東帝汶現(xiàn)役軍人住宅項(xiàng)目防洪工程設(shè)計(jì)分析

陳平川，曹志成

（1.中電建生態(tài)環(huán)境集團(tuán)有限公司，廣東 深圳 518100；2.中國(guó)電建中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014）

1 概述

東帝汶位于東南亞努沙登加拉群島最東端，島國(guó)。國(guó)土面積14874 km2，境內(nèi)多山，屬熱帶草原雨林氣候。東帝汶現(xiàn)役軍人住宅項(xiàng)目位于東帝汶首都帝力以東約30 km 麥地那羅(Metinaro)村附近的小河溝下游右側(cè)小型沖洪積扇上。該項(xiàng)目建設(shè)用地面積3 hm2，建筑面積約9000 m2，主要建筑為100 套軍人住宅。

該項(xiàng)目于2010 年4 月份正式動(dòng)工興建，重慶外建公司通過議標(biāo)方式取得該項(xiàng)目承建權(quán)。2010 年10 月，軍人住宅項(xiàng)目區(qū)域遭遇暴雨，住宅項(xiàng)目旁邊的小河洪水暴漲，溢出的洪水經(jīng)項(xiàng)目背后坡地以及沖溝沖擊項(xiàng)目施工場(chǎng)地。由于東帝汶方面專為軍人住宅項(xiàng)目修建的擋水墻早在以前洪水中遭淘刷倒塌，因此本次洪水長(zhǎng)驅(qū)直入淹沒整個(gè)施工場(chǎng)地，淹沒水深約1 m，淹沒時(shí)間約3 h。洪水退卻后，場(chǎng)地內(nèi)淤積大量泥沙，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，并由此遲滯住宅項(xiàng)目施工工期約1個(gè)月。

洪水事件發(fā)生以后，中國(guó)政府決定援建東帝汶防洪設(shè)施，確保現(xiàn)役軍人住宅項(xiàng)目滿足20 年一遇的防洪標(biāo)準(zhǔn)。

2 基本思路

軍人住宅項(xiàng)目防洪基本思路是：在河道右岸，用防、排兩種方案，防止洪水對(duì)住宅的威脅。第一種方案為防洪堤，該方案在河道出峽谷口以下，沿河道右岸1200 m 范圍布置防洪堤，使洪水歸集于主河道，防止洪水對(duì)軍人住宅項(xiàng)目的威脅；第二種方案為排洪渠，該方案是在軍人住宅項(xiàng)目南邊及西北邊坡地一帶，布置一道排洪渠，排泄主河道溢出的洪水，防止洪水對(duì)軍人住宅區(qū)的威脅。

排洪渠方案存在以下缺點(diǎn)：1)由于排洪渠地勢(shì)低于主河道10 m～25 m，且主河道與排洪渠之間的坡地為沖洪積扇砂卵礫石地層，主河道溢出的洪水極易在坡地形成沖溝。長(zhǎng)此以往，主河道極有可能變道于排洪渠，這非常不利于軍人住宅的安全；2)洪水期間一旦排洪渠淤塞，排洪渠將失去排洪作用，洪水將直接進(jìn)入軍人住宅區(qū)；3) 排洪渠穿越大部分軍人住宅區(qū)征地，使住宅區(qū)征地使用價(jià)值大為減少。

綜上，排洪渠方案基本不可行，選擇防洪堤方案作為本項(xiàng)目防洪方案。

3 防洪堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 防洪堤斷面尺寸擬定

3.1.1 防洪堤各斷面設(shè)計(jì)水位計(jì)算

防洪堤河道范圍較小，僅1200 m，且河道較順直規(guī)則，考慮在設(shè)計(jì)洪水情況下，按恒定均勻流推求各斷面設(shè)計(jì)洪水位。

式中：Q 為洪水流量，243 m3/s；A 為過流斷面面積，m2；R 為水力半徑，m；n 為河道糙率，0.035；i 為河道坡降，0.03～0.025。

河道可近似看做矩形斷面：

式中：b 為河道寬度，23 m；h 為河道水深，m。

已知Q、n、I，可解方程求得河道水深。防洪堤各斷面設(shè)計(jì)洪位見表1。

3.1.2 堤頂高程

堤頂高程：本項(xiàng)目屬5 級(jí)堤防，堤頂高程=設(shè)計(jì)洪水位+安全超高+風(fēng)浪爬高。安全超高取0.5 m(不允許越浪)，沿程堤頂高程見表1。

表1 防洪堤主要參數(shù)表

3.1.3 堤頂寬度

根據(jù)堤身穩(wěn)定和防洪搶險(xiǎn)要求，對(duì)土堤及土石混合堤，堤頂寬度不宜小于4 m，本工程取4.3 m。

3.2 防洪堤結(jié)構(gòu)形式選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘，工地現(xiàn)場(chǎng)缺少粘土及石料，但存在大量沖洪堆積的砂卵礫石，該砂卵礫石級(jí)配較差，中小顆粒含量較多，粗顆粒及細(xì)顆粒含量少，且顆粒中含有一定量片巖顆粒，巖性強(qiáng)度較低。

為充分利用當(dāng)?shù)夭牧希篮榈讨黧w結(jié)構(gòu)采用砂卵礫石填筑，考慮防滲、防沖刷及穩(wěn)定要求，堤身迎水面采用懸臂式混凝土擋墻。為防止洪水對(duì)基礎(chǔ)的淘刷，混凝土擋墻基礎(chǔ)迎水面設(shè)淺齒墻，深度0.8 m，平均厚度0.64 m，同時(shí)混凝土齒墻也可起到一定的防滲作用。為防止洪水對(duì)堤腳的淘刷，懸臂擋墻臨水面底部采用級(jí)配碎石+塊石護(hù)腳。防洪堤背水面坡腳設(shè)置棱體排水，采用級(jí)配碎石填筑，排水體與堤身之間設(shè)置土工布反濾。以防滲水帶走大量細(xì)顆粒而危及堤身安全。防洪堤結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 防洪堤典型斷面

3.3 防洪堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1)懸臂式混凝土擋墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

懸臂式混凝土擋墻最大高度3.27 m，擋墻迎水面坡度1∶0.1，背水面坡度1∶0.1，底板最大厚度0.6 m，最長(zhǎng)2.7 m。底板迎水側(cè)混凝土齒墻深0.8 m，平均厚度0.64 m。

2)主體填筑物及背水面坡度擬定

防洪堤主體結(jié)構(gòu)采用砂卵礫石填筑。背水面坡度擬定1∶2.0。背水面抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用理正邊坡穩(wěn)定設(shè)計(jì)軟件，在防洪堤的長(zhǎng)度方向截取12 m 長(zhǎng)(混凝土擋墻分縫長(zhǎng)度)的截條作為計(jì)算對(duì)象，采用圓弧滑動(dòng)瑞典條分法進(jìn)行整體滑動(dòng)驗(yàn)算，計(jì)算工況見表2。

表2 背水面抗滑穩(wěn)定計(jì)算工況表

物理參數(shù)：墻后填土內(nèi)摩擦角30°；墻后填土粘聚力0.0 kPa；墻后填土容重為9.50 kN/m3。

背水面抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算結(jié)果見表3。

表3 背水面抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果表

3)背水面排水體設(shè)置

背水面基礎(chǔ)部位設(shè)置排水棱體，高0.8 m，背水面坡度1∶1.4，臨水面坡度1∶1，采用級(jí)配碎石填筑，排水棱體與堤身及地基面之間設(shè)置土工布反濾。

4 順壩設(shè)計(jì)

考慮到先前東帝汶方面專為軍人住宅項(xiàng)目修建的擋水墻有過在洪水中遭淘刷倒塌的教訓(xùn)，為進(jìn)一步讓洪水歸流主河道，降低洪水流速，減小對(duì)防洪堤基礎(chǔ)的淘刷，特沿防洪堤布置一定數(shù)量的順壩（順壩長(zhǎng)約30 m，間距約60 m，與堤防夾角約17°），順壩布置見圖2。

圖2 順壩平面布置示意面

順壩的設(shè)置主要為減小洪水對(duì)堤身基礎(chǔ)的淘刷，防止河道往右岸發(fā)展，因此順壩的高度不宜超過設(shè)計(jì)洪水位，本順壩頂部高程按低于設(shè)計(jì)洪水位約0.4 m 考慮。順壩采用塊石鋼絲籠，頂部寬1.0 m，迎水面和背水面坡度均為1∶1，順壩高度1.2 m，基礎(chǔ)埋深0.6 m。

5 堤岸及順壩沖刷深度計(jì)算

5.1 順岸（壩）沖刷深度計(jì)算

水流平行于岸坡產(chǎn)生的沖刷按下式計(jì)算:

式中：h 為沖刷深度，m；VCP為平均流速，為3 m/s；V允為允許不沖流速，砂卵石河床取0.75 m/s；n 為指數(shù)，取n=1/4。

經(jīng)計(jì)算，h=0.4，最大沖刷深度0.4 m，防洪堤基礎(chǔ)埋深1.4 m，順壩基礎(chǔ)埋深0.6 m，均大于最大沖刷深度，滿足防沖刷要求。

5.2 凹岸沖刷深度計(jì)算

凹岸沖刷按下式計(jì)算:

式中：Δhp為從河底算起的局部沖深，m；a 為水流流向與岸坡交角，取90°；m 為防護(hù)建筑物迎水面邊坡系數(shù)，為0；d 為坡腳處土壤計(jì)算粒徑，取6.8 cm；Vj為水流的局部沖刷流速，為3 m/s。

經(jīng)計(jì)算Δhp=0.7，凹岸最大沖刷深度0.7 m，防洪堤基礎(chǔ)埋深1.4 m，大于凹岸最大沖刷深度，滿足防沖刷要求。

6 山洪預(yù)警系統(tǒng)

為發(fā)生超標(biāo)準(zhǔn)洪水時(shí)進(jìn)行應(yīng)急響應(yīng)，本著經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、便于維護(hù)的原則，建設(shè)一套簡(jiǎn)易山洪預(yù)警系統(tǒng)。流域上游山區(qū)居民稀少，當(dāng)?shù)赝当I情況嚴(yán)重，因此在流域內(nèi)建設(shè)水雨情監(jiān)測(cè)站不合適。僅在項(xiàng)目所在地建設(shè)1 個(gè)雨量監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)檢測(cè)降雨量。當(dāng)發(fā)生連續(xù)降雨，雨量超過100 mm 時(shí)即以短信方式發(fā)送至相關(guān)人員手機(jī)，以引起重視。該系統(tǒng)配置接收計(jì)算機(jī)、雨量計(jì)、短消息模塊、太陽(yáng)能光板、電池等。投資少，后期運(yùn)行費(fèi)用低，在發(fā)生強(qiáng)降雨時(shí)能起到預(yù)警作用，同時(shí)為本區(qū)域積累寶貴的雨量資料。

7 結(jié)語(yǔ)

東帝汶軍人住宅項(xiàng)目防洪工程作為商務(wù)部援外項(xiàng)目，規(guī)模不大，堤防長(zhǎng)度約1.2 km。但方案設(shè)計(jì)周全仔細(xì)，首先總體上對(duì)防、排兩種思路進(jìn)行比較選擇，其次在進(jìn)行堤防結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，充分考慮應(yīng)用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)場(chǎng)土石材料。并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，建設(shè)簡(jiǎn)易山洪預(yù)警系統(tǒng)，既節(jié)省投資，又發(fā)揮預(yù)警效果。本工程運(yùn)行效果良好，得到了東帝汶政府的充分肯定和感謝，可供類似工程參考。