城市堤防工程設(shè)計(jì)的體會與思考

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簡介： 在堤防建設(shè)中，城市堤防的新建和加固占有相當(dāng)比例。建設(shè)城市堤防工程，不能與城市總體建設(shè)截然分開。作者在參與沿海城市和內(nèi)陸城市的堤防設(shè)計(jì)中，遇到了堤防建設(shè)與城市建設(shè)之間的矛盾，設(shè)計(jì)中根據(jù)各堤防的實(shí)際情況，采用合理的設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合采用適宜的景觀設(shè)計(jì)，較好的解決了這些矛盾。
關(guān)鍵字：城市堤防 堤型選擇 可持續(xù)發(fā)展

1 前言

　　改革開放以來，我國城市建設(shè)取得了迅猛的發(fā)展，完成了一大批直接影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活水平的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，人們的工作、生活環(huán)境也得到大大的改善。但城市建設(shè)發(fā)展越快，因洪澇災(zāi)害給城市建設(shè)帶來的損失也越大。因此，對城市防洪的要求愈來愈迫切，特別是遭遇1998年的特大洪水后，各級部門對防洪工作的重要性有了更加明確的認(rèn)識。近幾年來，通過新建堤防、對原有堤防除險(xiǎn)加固等措施，大大提高了城市防洪抗災(zāi)的能力。

　　城市堤防工程，是城市總體建設(shè)的重要組成部分,不能與之截然分開。作者參與沿海城市和內(nèi)陸城市的一些堤防設(shè)計(jì)，遇到了堤防建設(shè)與城市建設(shè)之間的矛盾，設(shè)計(jì)中根據(jù)各堤防的實(shí)際情況，采用合理的設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合采用適宜的景觀設(shè)計(jì)，較好的解決了這些矛盾，在建設(shè)堤防的同時(shí)，進(jìn)一步美化城市環(huán)境。本文就城市堤防工程設(shè)計(jì)中的問題談?wù)剛€(gè)人的幾點(diǎn)認(rèn)識。

2 城市堤防設(shè)計(jì)的新思路

　　堤防的主要功能，是使某一保護(hù)范圍能抵御一定防洪標(biāo)準(zhǔn)的洪水的侵害。城市市區(qū)的江河沿岸常常是人口集中和經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的地帶。因此，城市防洪堤對城市的生存和發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

　　隨著現(xiàn)代化建設(shè)的推進(jìn)，城市多功能高品位的建設(shè)目標(biāo)和可持續(xù)發(fā)展的總體要求，對城市堤防建設(shè)提出了新的更高的要求，即城市防洪堤不但要具有防洪功能,還要具有景觀環(huán)境功能,必要時(shí)具有交通、商業(yè)等多種功能，走可持續(xù)發(fā)展之路。人們對對防洪工程的認(rèn)識在不斷深化，單純的工程水利正在逐步包含環(huán)境水利、資源水利等新的內(nèi)容，從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉(zhuǎn)變。對于受洪水威脅的城市來說，防洪設(shè)施的首要功能是防洪抗災(zāi)。但隨著人們的環(huán)境意識日益增強(qiáng)，對生態(tài)環(huán)境的要求越來越高，過去那種單一的防洪功能的堤防建設(shè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代人的需求。在城市堤防建設(shè)中，如何把防洪工程與城市的生態(tài)建設(shè)有機(jī)地結(jié)合起來，怎樣結(jié)合城市特點(diǎn)，發(fā)揮防洪設(shè)施的多種功能，為美化城市發(fā)揮作用，是建設(shè)者們必須考慮的問題。在加強(qiáng)堤防建設(shè)，提高抗洪能力的同時(shí)，積極探索綠化城市、美化城市、造福于民的多方位堤防功能，成為一條結(jié)合城市建設(shè)、完善堤防功能的新思路。上海市的黃埔江外灘堤防, 廣州珠江堤防和其他許多城市堤防建設(shè)中已經(jīng)逐步融入這樣的新概念。

3、堤防設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題

　　通過參與沿海城市和內(nèi)陸城市的堤防建設(shè)，以及對珠江流域一些堤防的調(diào)研,體會到城市堤防工程具有的特殊要求。例如,要提高城市的防洪標(biāo)準(zhǔn)，就需要進(jìn)行堤防或堤岸加高，若設(shè)計(jì)中處理不當(dāng)，極易形成“圍城”效應(yīng)，必然給原有的城市景觀帶來不利的影響。因此,建設(shè)中除了考慮一般堤防的共同點(diǎn)外,更需要注意以下幾個(gè)方面的問題：

　　1）堤防工程建設(shè)必須考慮城市自然條件、社會環(huán)境、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素。首先,必須服從流域防洪規(guī)劃, 堤岸線的布置應(yīng)保證排洪的需要; 同時(shí)應(yīng)與城市總體規(guī)劃協(xié)調(diào)，服從城市總體規(guī)劃所賦予堤防的功能任務(wù)。

　　2）重視堤防工程對城市景觀的影響, 可考慮與城市旅游設(shè)施建設(shè)相結(jié)合。城市的濱江地帶，往往是重要的旅游風(fēng)景區(qū)，不但是城市居民休閑游玩的好去處,旅游觀光者能在此接觸自然、感受城市美景。因此, 應(yīng)充分注意河流兩岸的生態(tài)環(huán)境和景觀建設(shè)，遵循保持自然、回歸自然的原則,使城市防洪工程成為一道亮麗的風(fēng)景線。

　　3）合理確定堤頂高程。堤防的高度取決于洪水位和超高，根據(jù)目前情況，波浪爬高和安全超高均采用《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—98）有關(guān)公式計(jì)算，這一高度有些余地。首先，波浪爬高在大部分城市，特別是內(nèi)河城市，洪水來勢猛，流速大，江面寬度在幾十米到幾百米之間，吹程短，且高水位持續(xù)時(shí)間短，與設(shè)計(jì)風(fēng)速的組合機(jī)率非常稀少；其次，由于城市堤防，特別是老城區(qū)的堤防，多與道路相結(jié)合，堤身經(jīng)砌護(hù)后的安全度較高，允許短時(shí)間越浪。且大部分城市洪水漲退速度快，高水位持續(xù)時(shí)間短。因此，根據(jù)城市的不同情況，可參照規(guī)范適當(dāng)降低堤防的安全超高。但在堤身結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)處理等方面增加一定的安全度，做到既安全又美觀。

　　4）合理選用堤防結(jié)構(gòu)型式。在城市沿江這一余地不大的范圍內(nèi)建設(shè)堤防，要注重城市景觀和節(jié)省土地等要求。在有條件的地方可考慮堤防與城市交通道路結(jié)合建設(shè)，并與城區(qū)交通道路相連接，發(fā)揮防洪搶險(xiǎn)道路在非汛期的作用。需要時(shí)可與商業(yè)建設(shè)相結(jié)合。比如，建設(shè)箱式防洪墻，可以用作商業(yè)鋪面,如圖1。堤防斷面選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或土堤，或是其他種類堤型,需作多方案比較。基礎(chǔ)處理根據(jù)工程地質(zhì)條件和堤防工程特點(diǎn)，盡可能的節(jié)省工程投資。

　　5）盡可能減少拆遷。由于諸方面的原因，有些城市的河道旁大多已興建了各種不同類型的建筑物，所剩空間很少甚至于完全沒有。工程建設(shè)需要大量拆遷，有時(shí)是很難做到的。因此，需要采取合理的措施加以解決。如在建筑物較多的老城區(qū)，采用直立式擋墻結(jié)構(gòu)，以減少拆遷工程量。

　　6）與城市排水工程和城市污水處理工程相結(jié)合。以往在進(jìn)行城市規(guī)劃中，城建部門負(fù)責(zé)市區(qū)的排水規(guī)劃，水利部門負(fù)責(zé)河道防洪規(guī)劃，人為地將城市排水規(guī)劃與城市防洪規(guī)劃截然分開。在排澇計(jì)算方法上兩個(gè)部門存在很大差異，致使城市排水與城市河道洪水計(jì)算不能順利的銜接。建設(shè)中應(yīng)把城市排水與城市防洪工程協(xié)調(diào)起來。將城市規(guī)劃中雨水污水處理工程與城市防洪工程結(jié)合考慮。

4、工程設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1堤頂高程的確定

　　珠江堤防海運(yùn)局碼頭至海軍碼頭段位于廣州國際會議展覽中心附近，是廣州市一江兩岸的重要組成部分。堤防工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，為1級堤防。

　　珠江屬于感潮河道，汛期受流溪河、北江、西江洪水的影響，東江洪水的頂托，更受到來自伶汀洋潮汐作用，洪潮混雜，水流流態(tài)十分復(fù)雜?？萜趧t以潮流作用為主。各頻率洪潮位差相差不大。200年一遇高潮位為2.60m。

　　根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286—98）有關(guān)公式:

　　堤頂高程=設(shè)計(jì)高潮位+波浪爬高+安全超高經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)波浪爬高為0.65m。1級堤防安全加高取1.0m。計(jì)算得到堤頂超高為1.65m。但按堤防設(shè)計(jì)規(guī)范要求，1級堤防的堤頂(防浪墻頂)超高值不應(yīng)小于2.0m。因此，設(shè)計(jì)堤岸(防浪墻頂)高程應(yīng)為4.65m。

　　珠江堤防海運(yùn)局碼頭至海軍碼段堤岸現(xiàn)有高程為2.10m~2.60m, 堤岸附近地面高程一般不超過3.0m。如果按堤頂高程4.65m設(shè)計(jì)，堤防需高出地面近2.0m，如不采取一定的措施，按照一般堤防的建設(shè)，將在珠江岸邊形成圍墻，嚴(yán)重影響城市的景觀?？紤]到堤岸的地形高程已超過200年一遇高潮位2.60m，堤面經(jīng)砌護(hù)后的安全度較高，允許短時(shí)間越浪且城市潮水漲退速度快，高水位持續(xù)時(shí)間短，如加強(qiáng)堤身結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)處理，堤防的安全超高也可參照規(guī)范作適當(dāng)降低，經(jīng)與有關(guān)部門協(xié)商，采用200年一遇高潮位2.60m上加0.5m，即3.10m作為一期堤岸設(shè)計(jì)高程，做到既安全又美觀。將來結(jié)合城市綠化美化保護(hù)堤面等措施，達(dá)到防洪標(biāo)準(zhǔn)，如圖2。

4.2 堤型設(shè)計(jì)

　　城市防洪堤的結(jié)構(gòu)形式主要有兩類：一是土石堤，二是混凝土、鋼筋混凝土堤。前者邊坡較緩，占用面積空間大，其防滲防沖的可靠性以及抗御超額洪水與漫頂?shù)哪芰^弱?；炷恋谭辣M管本身堅(jiān)固耐沖，但對軟基的適應(yīng)能力差，且造價(jià)高。選用何種堤型, 應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況而定。

4.2.1土堤

　　旅游勝地西雙版納傣族自治州的首府景洪市位于瀾滄江干流上，干流穿城而過，將市區(qū)分為江南、江北兩區(qū)。景洪市堤防工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇，為2級堤防。

　　西雙版納是一個(gè)多民族集居的地區(qū)，她美麗的自然風(fēng)光、少有的氣候條件和獨(dú)特的民族風(fēng)情，不斷地吸引大批的中外游客。在這樣一個(gè)旅游城市環(huán)境中修建堤防，必定給城市景觀造成影響，能否將不利影響的程度降到最低，在建設(shè)的前期工作階段，引起了人們的普遍關(guān)注。不少人擔(dān)心修建堤防后產(chǎn)生“圍城效應(yīng)”，將會對景洪市景觀帶來致命的坡壞。因此，解決好這一問題也是設(shè)計(jì)工作的重中之重。

　　瀾滄江堤段緊靠新建的瀾滄江大橋，與濱江大道相連，是整個(gè)防洪大堤的主要部分，傣族每年一次“劃龍舟”、“潑水節(jié)”都在這理舉辦。此堤段地面高程540.0m~547.3m，堤身高7.3m~12.1m，堤頂高程552.1m，位于瀾滄江干流南岸，也是城市規(guī)劃的綠化風(fēng)景帶。設(shè)計(jì)中選擇了相同堤高的土石混合堤、漿砌石堤、均質(zhì)土堤、加筋土堤四種堤型，從工程投資、工程占地、對景觀的影響及施工難易等方面進(jìn)行比較。比較情況：

　?、贊{砌石：施工期長，造價(jià)較高，不易作綠化處理，對城市景觀影響較大，占地面積較小。

　?、?均質(zhì)土堤：施工簡單，造價(jià)最低，易于作綠化處理，對城市景觀影響小。但占地面積較大。

　?、凼┕じ蓴_大，工期長，造價(jià)較高，堤后易作綠化處理，對城市景觀影響較小，占地面積較均質(zhì)土堤小。

　?、?加筋土堤：占地面積小，但造價(jià)偏高，且景洪市屬于Ⅷ度地震烈度地區(qū)，存在地震情況下抗滑動技術(shù)問題。綜合各方面因素，認(rèn)為：堤防設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是城市景觀影響。因此，將均質(zhì)土堤作為設(shè)計(jì)選用堤型。從目前已完成施工的堤段來看，由于堤坡較緩，前后坡均作了綠化，與堤后現(xiàn)有綠地連成一體，避免了人們擔(dān)心的“圍城”出現(xiàn)。如今，已建堤防不但具備防洪的功能, 也已經(jīng)成為人們休閑的地方。

4.2.2鋼筋混凝土堤

　　第4.1節(jié)所介紹的廣州珠江堤防，位于珠江感潮河道，每天潮漲潮落，不停的對堤岸產(chǎn)生沖刷。堤防采用鋼筋混凝土沉箱，上部為“L”型擋墻和樁基礎(chǔ)上部為“L”型擋墻結(jié)構(gòu)。此堤型可結(jié)合城市景觀的要求，設(shè)計(jì)為親水結(jié)構(gòu)，如圖2。

4.2.3 其他堤型

　　土石混合堤是一種應(yīng)用較為廣泛的堤型，為土堤前坡采用鋼筋混凝土或漿砌石，可減少堤防占用河道，也用于路堤結(jié)合情況。如，廣東佛山大堤、江新聯(lián)圍、韓江南北堤等，都在部分堤段采用這種堤型，如圖3。

　　加筋土堤也在一些堤防中采用。加筋土是一種新技術(shù)新材料新結(jié)構(gòu)，其最大優(yōu)點(diǎn)是能夠節(jié)省天然建材，減少工程占地。由于加筋土的防滲性能還需作進(jìn)一步研究，目前大多用于堤岸型式，如圖4。

4.3堤防基礎(chǔ)處理

　　影響堤防基礎(chǔ)安全的因素較多,如河勢的變化、河道水流的沖淘,都會影響堤防的安全,這類問題一般通過丁壩、護(hù)腳、拋石等工程措施解決。但對堤防本身結(jié)構(gòu)而言,地基基礎(chǔ)大多為二元結(jié)構(gòu)。需要進(jìn)行處理的地基有三類：軟土淤泥、雜填土、砂性土。對軟土淤泥、雜填土,工程措施主要目的是解決承載力問題，而對砂性土工程措施主要目的是解決防滲問題。

　　在軟土淤泥上填筑土堤可采用換土墊層法、砂樁擠密法等地基處理方法。景洪堤防瀾滄江漫灘段, 地基為淤泥質(zhì)粘土,設(shè)計(jì)采用分層預(yù)壓加固法,在淤泥質(zhì)粘土上采取臨時(shí)措施后直接填筑,施工中加強(qiáng)觀測。此方法較之換土墊層法、砂樁擠密加固法等節(jié)省工程投資約400萬元，目前工程運(yùn)行情況良好。

　　在軟土淤泥或雜填土上修筑混凝土或鋼筋混凝土堤防, 可采用換土墊層法、砂樁(或碎石樁)擠密加固法、鋼筋混凝土預(yù)制樁、鉆孔(沉管)灌注樁等,具體采用哪種處理方法,視淤泥層厚及上部結(jié)構(gòu)型式而定。對淺層的軟土淤泥或雜填土,一般采用換土法處理；深厚的淤泥層地基, 一般采用樁基處理。廣州珠江堤防建設(shè)中, 對小于5.0m深的淤泥土,全部挖除，回填中粗砂或拋石,上部為鋼筋混凝土沉箱；對較深的淤泥土,采用鋼筋混凝土預(yù)制樁,上部為”L”型鋼筋混凝土擋土墻。廣西梧州市堤防位于深厚雜填土地基上,采用鉆孔灌注樁處理,上部為扶壁式鋼筋混凝土薄墻。

　　堤防防滲措施目前采用較多的有: 多頭攪拌樁混凝土防滲墻、高噴混凝土防滲墻、土工薄膜等,可根據(jù)工程具體情況采用。

5、結(jié)語

　　建設(shè)城市堤防工程，要考慮城市建設(shè)的特點(diǎn)。在進(jìn)行工程布置時(shí)，必須服從城市總體建設(shè)規(guī)劃和城市防洪規(guī)劃，全面考慮，統(tǒng)籌安排。充分重視堤防工程對城市景觀的影響，結(jié)合工程建設(shè)進(jìn)一步美化環(huán)境。設(shè)計(jì)中進(jìn)行多方案比較、論證，在保證達(dá)到工程建設(shè)目的的前提下，盡可能做到經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)省工程投資。