城市防洪堤防設計與加固技術研究

謝嘉文

(江門市科禹水利規(guī)劃設計咨詢有限公司，廣東 江門 529000)

1 工程概況

西江大堤位于廣東省鶴山市東北部，靠近西江下游的右岸，是鶴山市的重要堤圍，其保護著鶴山市城區(qū)及5個鎮(zhèn)，人口21.2萬人，耕地5.85萬畝，同時保護江肇高速公路、佛開高速公路、廣珠鐵路、廣佛江珠輕軌等一大批重要基礎設施。大堤是鶴山市西江的一道屏障，對保障當?shù)毓まr業(yè)生產和人民財產安全起著重要的作用。當前，大堤為2級堤防，距今已運行十多年。為確保鶴山市西江大堤安全，急需對鶴山市西江大堤古勞水鄉(xiāng)景區(qū)(樁號4+800)至利豐路口(樁號11+330)段進行加固和環(huán)境整治，以提高堤防的防洪安全性及優(yōu)化大堤周邊環(huán)境。

2 堤防存在的問題

2.1 堤基軟弱，沉降量較大

堤防于2004年完成達標加固，但由于堤基土層為淤泥質土且該土層較為深厚，沉降量較大。原設計堤頂高程為9.81 m～9.42 m之間；根據(jù)實測地形，現(xiàn)狀堤頂高程9.56 m～8.64 m之間，堤頂范圍沉降量普遍在0.25 m～0.78 m之間；原設計反壓平臺高程為2.5 m，現(xiàn)狀為1.79 m～2.49 m之間，普遍下沉0.4 m左右。

2.2 堤頂高程不足

現(xiàn)狀堤防根據(jù)省水利廳1982年頒布的《珠江三角洲網河區(qū)洪(潮)水面線》，按防御西江50 a一遇洪水的標準復核堤頂高程。本次根據(jù)2002年頒發(fā)的《西北江下游及其三角洲網河河道設計洪潮水面線(試行)》，按防御西江50 a一遇洪水的標準復核堤頂高程。經復核，本次設計堤頂高程在9.78 m～9.02 m之間；現(xiàn)狀堤頂高程由于堤身沉降影響，普遍在9.56 m～8.64 m之間，現(xiàn)狀大堤部分堤頂高程不足，堤頂最大需加高0.73 m。

2.3 現(xiàn)有堤頂?shù)缆份^窄，無法滿足日益增長的交通需求

西江大堤是通往古勞鎮(zhèn)中心和古勞水鄉(xiāng)的主要通道，也是鶴山市通往高明區(qū)最近的跨境道路。隨著古勞鎮(zhèn)社會經濟的快速發(fā)展，古勞水鄉(xiāng)旅游業(yè)的蓬勃興起，途經西江大堤的交通量大幅增加，現(xiàn)有的堤頂路面8 m寬已逐漸無法滿足當?shù)氐男枰⒊蔀橹萍s古勞鎮(zhèn)經濟社會快速發(fā)展的重要因素。

3 城市防洪堤防加固設計分析

為方便進行研究，以鶴山市西江大堤為例，大堤(樁號4+800～11+330堤段)加固技術的設計進行分析。此次堤段長6.53 km，工程項目總占地面積57.80 hm2，永久占地31.22 hm2，臨時占地26.58 hm2。該堤段是個軟基段，沿線堤基土層為淤泥質土且該土層較為深厚，部分堤段沉降量較大，使得堤防基礎軟弱，地勢低水面寬，造成堤壩受到嚴重的沖刷。大堤建成使用后雖多次進行加固，但由于原大堤坐落在軟土地基，沉降量較大，堤頂高程無法滿足現(xiàn)行規(guī)范的的要求，存在一定的安全隱患。為了避免發(fā)生險情，決定對該堤段進行加固處理，以確保能有效的發(fā)揮城市防洪體系的作用。

3.1 工程地質條件

據(jù)勘探結果，按巖土成因及工程地質特征，本堤段地層分為5大層，地層序號及代號分別為：(1)人工填土(Q4s)；(2)沖積層(Q4al)；(3)殘積層(Q4al)；(4)基巖(T33dγη)；(5)基巖(∈3s)。

3.2 堤防加固設計

3.2.1 堤線布置

堤線布置基本按現(xiàn)有堤線走向沿河岸布置，具體布置原則：堤線基本按原大堤堤線走向沿西江右岸布置，大堤基本利用原堤身斷面，爭取達到較高的原堤身利用率，盡量避免大挖大填和減少新增占地。穿過自來水廠、居民點段，在滿足防洪和交通需求的前提下，盡可能在原有道路的基礎上適當擴寬，盡量做到少拆遷。

3.2.2 堤身結構設計

本次設計根據(jù)大堤沿線實際地形，分段采取不同的堤身斷面進行設計。

(1)樁號4+800～6+750段(長1950 m)現(xiàn)狀堤頂已填平加寬，堤頂寬度為28 m～126 m之間，高程與堤頂齊平。該段堤身主要往內側加寬培厚，堤頂總寬26 m，主要由8 m綠道和18 m道路組成，堤頂高程在9.78 m～9.54 m之間。

外江側8 m綠道=2 m(人行道)+4 m(自行車道)+2 m人行道。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m；中間自行車道采用黑色瀝青路面，厚0.12 m；為確保綠道行人安全，在外江設仿木樁護欄，內涌側通過道路花圃進行分隔。內側18 m道路由外江至內涌側依次為：中央分隔帶2 m+路肩1 m+行車道2 m×3.5 m+行車道2 m×3.5 m+路肩1 m。路基采用0.71 m水泥穩(wěn)定碎石填筑，路面采用改性瀝青混凝土路面，厚0.195 m。

外江漿砌預制混凝土六角塊護坡，坡比為1∶3，目前質量完好，本次對外江護坡不做處理。內坡1∶2.5，草皮護坡。

(2)樁號6+750～9+530段(長2780 m)原堤頂為混凝土路面，寬8 m，本次設計將其改造為8 m綠道，堤頂高程在9.54 m～9.23 m之間。8 m綠道=2 m(人行道)+4 m(自行車道)+2 m人行道。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m；中間自行車道采用黑色瀝青路面，厚0.12 m；為確保綠道行人安全，在兩側設仿木樁護欄。堤頂路面排水：綠道路面向兩側傾斜，坡度為2%。外江漿砌預制混凝土六角塊護坡，坡比為1∶3，目前質量完好，本次對外江護坡不做處理。內坡1∶2.5，草皮護坡；在4 m高程處設有反壓平臺，寬18 m，兼作道路路面。

該段道路設計路面橫斷面均為：18 m=1 m(路肩)+2×3.5 m(機動車道)+2 m(中央分隔帶)+2×3.5 m(機動車道)+1 m(路肩)。路基采用0.71 m水泥穩(wěn)定碎石填筑，路面采用改性瀝青混凝土路面，厚0.195 m。為減少新填堤身占用內河涌，本次擬在內涌側采用U型混凝土板樁進行支護，樁長15 m。為減小地基沉降變形，本次擬采用φ500水泥攪拌樁對道路路基進行地基處理，單根樁平均樁長20 m，樁間距1 m×1 m，梅花型布置。

(3)樁號9+530～9+800段(長270 m)往內側加寬培厚，設計堤頂總寬26 m，主要由8 m綠道和18 m道路組成，堤頂高程在9.23 m～9.20 m之間。

外江側8 m綠道=2 m(人行道)+4 m(自行車道)+2 m人行道。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m；中間自行車道采用黑色瀝青路面，厚0.12 m；為確保綠道行人安全，在外江設仿木樁護欄，內涌側通過道路花圃進行分隔。內側18 m道路由外江至內涌側依次為：2 m(中央分隔帶)+1 m(路肩)+2×3.5 m(行車道)+2×3.5 m(行車道)+1 m(路肩)。路基采用0.71 m水泥穩(wěn)定碎石填筑，路面采用改性瀝青混凝土路面，厚0.195 m。為減小地基沉降變形，本次擬采用φ500水泥攪拌樁對道路路基進行地基處理，單根樁平均樁長20 m，樁間距1 m×1 m，梅花型布置。

外江采用漿砌預制混凝土六角塊護坡，坡比為1∶3，目前質量完好，本次對外江護坡不做處理。內坡1∶2.5，在4 m高程處設有反壓平臺，寬8 m，草皮護坡。

(4)樁號9+800～10+680(長880 m)段往外江側加寬培厚，設計堤頂總寬18 m，堤頂高程在9.20 m～9.10 m之間。堤頂?shù)缆酚赏饨羶扔總纫来螢椋? m(人行道)+2×3.5(行車道)+2×3.5(行車道)+2 m(人行道)。路基采用0.71 m水泥穩(wěn)定碎石填筑，路面采用改性瀝青混凝土路面，厚0.195 m。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m，為確保行車安全，在外江和內涌側均設波形梁護欄。樁號9+800～10+350和樁號10+530～10+650段由于堤頂與現(xiàn)有地面高差較大，為減少占地，在樁號9+800～10+350、10+530～10+650段外江側設C20混凝土重力式擋土墻，墻高3.2 m，墻頂寬0.4 m，底板寬2.6 m，墻前垂直、墻后1∶0.5，底板厚度均為0.4 m。

(5)樁號10+680～11+330(長650 m)段往外江側加寬培厚，設計堤頂總寬18 m～27 m，堤頂為18 m～27 m寬道路，堤頂高程在9.13 m～9.02 m之間。樁號10+680～11+110段堤頂?shù)缆酚赏饨羶扔總纫来螢椋?0 m=2 m(人行道)+2×3.5 m(行車道)+2 m(花圃)+2×3.5 m(行車道)+2 m(人行道)；樁號11+110～11+330段堤頂?shù)缆酚赏饨羶扔總纫来螢椋?7 m=2 m(人行道)+3×3.5 m(行車道)+2 m(花圃)+3×3.5 m(行車道)+2 m(人行道)。路基采用0.71 m水泥穩(wěn)定碎石填筑，路面采用改性瀝青混凝土路面，厚0.195 m。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m；為確保行人安全，在外江和內涌側均設波形梁護欄。

3.3 堤頂結構設計

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》(GB 50286-2013)規(guī)定，堤頂寬度應根據(jù)防汛、管理、施工、構造及其他要求確定。2級堤防堤頂寬度不宜小于6 m[1]。

(1)樁號4+800～6+750段、樁號9+530～9+800段堤頂共26 m，由外江到內側依次為：8 m綠道+18 m道路，具體見圖1。其中，8 m(綠道)=2 m(人行道)+4 m(自行車道)+2 m(人行道)。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m；中間自行車道采用黑色瀝青路面，厚0.12 m；為確保綠道行人安全，在外江設仿木樁護欄，內涌側通過道路花圃進行分隔。

圖1 樁號4+800～6+750、9+530～9+800段堤頂結構圖

(2)樁號6+750～9+530段原堤頂為混凝土路面，寬8 m，本次設計將其改造為8 m綠道，具體見圖2。8 m(綠道)=2 m(人行道)+4 m(自行車道)+2 m(人行道)。兩側人行道采用紅色防水防滑環(huán)保磚鋪設，厚0.06 m；中間自行車道采用黑色瀝青路面，厚0.12 m；為確保綠道行人安全，在兩側設仿木樁護欄。堤頂路面排水：綠道路面向兩側傾斜，坡度為2%。

圖2 樁號6+750～9+530段堤頂結構圖

(3)樁號9+800～11+330段堤頂為18 m～27 m寬道路，見圖3，圖中所示為18 m寬堤頂?shù)缆贰?/p>

圖3 樁號9+800～11+330段堤頂結構圖

3.4 堤身加固措施

針對西江大堤(樁號4+800～11+330堤段)，由于沿線堤基大部分位于淤泥層上，其壓縮性大，抗剪強度低，內摩擦角小，對堤身安全存在一定的威脅，為此，決定對堤身采用在加高培厚措施進行處理。并嚴格按照要求，進行開挖、回填以及碾壓，以達到挖填平衡的要求。同時還應實施相應的防護加固措施，尤其是對于疏松土壤，要及時的進行處理，以避免長時間裸露在外。此外，對于開挖后的土料，應及時的進行清除，若不能未及時進行處理，應在其周圍設置擋土地，以避免發(fā)生水土流失，保證堤防加固施工活動順利進行[2]。

此外，堤防加固還需做好預防白蟻打洞，損壞堤防。一旦發(fā)現(xiàn)堤防上出現(xiàn)蟻穴，及時采用藥物或火燒的方式消滅。最后，在西江大堤附近，要做好養(yǎng)殖戶禁止養(yǎng)殖泥鰍、小龍蝦、螃蟹等水生物的工作，以防止這些水生物給大堤帶來威脅。

4 結語

堤防是防止水肆意橫流的防護工程，這些水利建筑工程不能疏忽大意，否則一旦洪水來襲，將會帶來巨大的災難。為此，本文以鶴山市西江大堤為例，對大堤存在的問題進行分析，并針對該問題提出了加固設計方案，通過對西江大堤(樁號4+800～11+330堤段)干堤加固培厚，能有效的解決本地區(qū)威脅最大的洪、澇等自然災害，并可抵御50 a一遇洪水、臺風暴雨的侵襲，從而有效地發(fā)揮防洪作用。同時，工程采用合適的堤防加固技術，不會產生新的污染源，這能有效消除工程對當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的不利影響。而大幅擴寬現(xiàn)有道路寬度，不僅能改善當?shù)氐慕煌ǔ鲂校迯蜕鷳B(tài)環(huán)境，還能有效發(fā)揮城市防洪與美化大堤周邊環(huán)境的雙重作用。