木蘭溪白塘段生態護坡防洪堤設計研究

陳瑞椿

(福建省莆田市萩蘆溪水電管理處，福建 莆田 351100)

1 工程概況

木蘭溪系閩中最長的河流，流經仙游縣、莆田市華亭、城廂區、白塘等地至三江口匯入興化灣。河流長105km，總面積1732km2，河道坡降1.50‰，木蘭溪流域上游為山區，植被覆蓋良好，森林茂密；中游為丘陵和河谷平原區，沿溪兩岸高程一般在8-38m；下游自瀨溪舊橋到三江口為沖積平原和部分丘陵臺地，平原高程一般在5-7m之間，地勢平坦，土質肥沃。防洪工程處于港利至三江口河段，為地勢平坦的下游入海區，河流連續急彎，其中白塘段為木蘭溪下游涵壩水閘至寧海橋上570m堤段[1]。

木蘭溪下游防洪工程分四期建設，其中一期、二期工程已經實施，三期荔涵段和四期防洪工程正在建設，但下游尚未閉合。白塘段保護主城區涵江區，現有堤防防洪標準低，5a一遇以上洪水就會漫灘，屬于主城區防洪閉合重要河段之一。白塘段位于木蘭溪下游河段的干流左岸，莆田市涵江區境內，堤段規劃建設范圍上游起自涵壩水閘，下游至寧海古橋的上游約570m處。河道防洪現狀未達到國家標準且未能形成連續的防洪體系，一旦遇到洪水將嚴重威脅著沿河居民安全。為進一步提升堤防行洪和防洪能力，保護莆田市主城區防洪安全，結合木蘭溪水系分布情況和白塘段地貌形態特征，擬對木蘭溪白塘段進行整治。結合守在損失程度及其可能產生的影響以及防護對象重要等級，按照相關的設計規范確定木蘭溪白塘段為50a一遇防洪標準[2]。

2 河段防洪現狀及治理措施

木蘭溪流域的洪水主要由7-10月上旬的臺風雨和4-6月的鋒面雨引起，尤其是臺風暴雨，降雨集中，雨強大，過程雨量大，造成洪水陡漲陡落，一般洪水過程2-3d。木蘭溪下游南北洋平原水害頻繁發生，形成水災的原因有：①由于南北洋平原海拔低，地勢平坦低洼，遇到暴雨，水不能及時排出，產生洪澇災害。②下游防洪體系未閉合，防洪工程除一、二期已建外，三期和四期未完成建設。③該地區處在感潮河段，前身系淺海灣，地面高程在潮水位變幅范圍內，形成的洪水受潮水頂托，洪、潮、澇三方面的自然因素造成的。④流域臺風雨強大，日暴雨量最高可達到100-300mm，雨強大且較為集中，一般歷時 2-3d，常造成嚴重的洪澇災害。⑤部分跨河建筑物阻水，影響洪水宣泄，加重水患，河道淤積，洪水出流受阻。⑥水浮蓮等水生生物阻水，嚴重地影響行洪。⑦人與河道爭地，灘地耕地種植、建房都造成大面積河障，影響行洪[3]。

木蘭溪流域經過長期的水利建設，尤其是2000年木蘭溪下游防洪防洪工程全面實施以來，流域已初步形成了由江堤海堤、各類排水閘(涵)和水庫等工程組成的流域防洪保安工程體系，使得莆田市初步形成了防洪減災體系，在一定程度上提升了其自然災害低于能力。

使莆田市防災減災工程體系初步形成，抵御自然災害的能力不斷提高。①堤防工程：木蘭溪下游一期、二期防洪工程實施后，新建17.45km堤防，完成8.51km河道整治；三期荔涵段防洪工程堤防10.53km正在建設，但下游尚未閉合，未形成封閉的堤防。②非工程措施主要是雨、水情監測預警系統，包括村級預警廣播設施、鄉鎮預警發布平臺、縣級監測預警指揮中心以及雨水雨水情監測、視頻監視等子系統，實現了國土、氣象信息的共享。

木蘭溪下游一期、二期防洪工程建設基本解決了莆田市主城區未設防問題，初步實現了洪水歸槽，然而下游河段堤防尚未閉合，白塘段現有堤防為上世紀五六十年代投工投勞修筑，堤身斷面小又沒有進行堤基處理，防洪標準不足十年一遇，這些年雖然局部堤段有進行加固，但總體防洪標準較低、岸線曲折不規整；四期堤段的華林段和華亭段興沙堤段在建[4]。

3 生態式護坡防洪堤設計

木蘭溪白塘段防洪工程長570m，斷面區間為LM19-32，治理河寬235-395m，綜合糙率值為0.028-0.035。堤型選擇應符合就地取材、因地制宜的基本原則，根據堤段所處的地形、地質條件、防護對象的重要性程度、筑堤材料分布情況(即土石料分布特征、質量狀況、數量多少、運輸條件等)、水流特性、河勢變化情況、工程造價、環境景觀、管理與運行要求等要素，并參考附近已建堤防的結構型式，經過技術、經濟比較后綜合確定，最終選取的三種比選堤型為土堤、加筋土堤、土石復合堤[5]。

3.1 堤身斷面型式

1)土堤斷面型式：設計土堤堤頂寬10.0m，堤頂布置凈寬6.0m混凝土防汛道路，臨水側設高1.0m、寬0.45m的M7.5漿砌條石防浪墻。堤防迎水坡坡比為1∶2.75，采用生態混凝土護坡，厚140mm，其中無砂混凝土基座120mm，面層覆土20mm并植草綠化，以滿足草籽種植、生長等要求，坡面每4.0m設C25鋼筋混凝土框格梁一道，坡腳為M7.5漿砌塊石護腳；背水坡坡比為1∶2.5，草皮護坡，坡腳設M7.5漿砌塊石排水溝。

2)加筋土堤斷面型式：設計堤頂寬10.0m，堤頂布置凈寬6.0m混凝土防汛道路，臨水側設高1.0m、寬0.45m的M7.5漿砌條石防浪墻。堤防迎水面與背水面均采用三維排水生態袋護面，基礎為C20混凝土底板，袋體間采用加筋土工格柵拉結，垂直方向每0.5-0.8m設柵一道，格柵間夯填黏性土筑堤。堤防迎水面與背水面坡比均為 1∶0.5，因堤基存在有深厚的淤泥質粉質黏土，為滿足堤防邊坡抗滑穩定及護面結構沉降變形要求，生態袋護坡下部基礎采用Ф600mm水泥攪拌樁加固處理。

3)土石復合堤斷面型式：設計堤頂寬10.0m，堤頂布置凈寬6.0m混凝土防汛道路，臨水側設高1.0m、寬0.45m的M7.5漿砌條石防浪墻。堤防迎水面為C20埋石混凝土重力式擋墻，擋墻迎水坡、迎水坡比為1∶0.25和1∶0.25，頂寬1.0m，擋墻底板為C20鋼筋混凝土結構，前趾外挑長0.6m，基礎埋深1.0m。因堤基存在深厚的淤泥質粉質黏土，為滿足堤防邊坡抗滑及擋墻基礎承載穩定要求，擋墻基礎采用Ф600mm水泥攪拌樁進行加固。墻后夯填黏性土至設計洪水位以上1.0m，背水坡坡比為1∶2.5，草皮護坡[6]。

3.2 堤型方案的比選

堤型方案比較選取樁號BT0+150.00斷面進行計算，堤防填筑高度3.42m，以15m堤長作為一個計算單元，從工程量、生態性、工程投資3個方面比較以上三種堤型，如表1。其中，各方案的比選不含共有部分的防浪墻、堤頂路面、排水溝等內容。

3.3 結果分析

1)工程量對比分析。由于白塘段新建堤防沿線房屋密集，加筋土堤占地最少，可有效減少工程征地、拆遷工程量，因此加筋土堤工程量最少，土堤次之，土石復合堤最高，三種方案的工程量對比結果與工程投資基本相同。

2)生態性比較。土石復合堤的迎水面選用C20重力式埋石混凝土擋墻，外觀生硬，生態融合性不好，堤型設計不作推薦方案，可用于施工圖設計時結合局部景觀節點建設需要有選擇地采用；加筋土堤對土質要求較高，現場開挖土基本無法利用，且堤身填筑時需逐層鋪設加筋格柵，生態袋需人工袋裝黏性土后逐層堆砌，墻背填土采取人工夯填，施工工藝復雜，工效底，質量控制要求高；土堤斷面已在一、二期和在建三期荔涵段防洪工程新建堤防中得以應用，累積了豐富的建設、施工和管理經驗，土堤的堤身填筑可充分利用開挖土，減少土方外棄，節省工程投資，且部分堤段因灘地寬度較大，生態性較好，在自然條件下堤防整體穩定即可滿足要求，堤基無需采取其他加固措施。

表1 防洪堤數據統計表

3)工程投資對比。土堤方案的工程投資部分最省約為其它兩種方案的70%，且部分堤段因灘地寬度較大，在自然條件下堤防整體穩定即可滿足要求，加筋土堤與土石復合堤兩種方案的工程投資相當。由于白塘段新建堤防沿線房屋密集，加筋土堤占地最少，可有效減少工程征地、拆遷工程量和補償投資，加筋土堤工程總投資最少，土堤次之，土石復合堤最 高，但三個方案的總投資差額占工程總投資的比重較小。因此，土堤與加筋土堤方案的最大差異在工程征地、拆遷部分。土堤斷面背水坡為1:2.5，工程占地多，需要征地、拆遷的工程量大，但由于項目區處于城市的規劃建控區，雖然現有房屋年代已久、結構老化，但未經政府規劃部門許可，群眾無法自行翻建，當地群眾對改善現有居住環境的意愿強烈。另外，當地政府及拆遷戶對結合防洪工程建設進行該片區的總體拆遷和規劃改造的意愿強烈，項目的社會認可度和支持率高，基本可以保證征地拆遷工作的有效推進，現場不存在影響工程建設的制約因素。

綜上分析，木蘭溪白塘段防洪工程建設過程當地政府已累積了豐富的建設、施工和管理經驗，采用土堤方案工程投資最省，且現場不存在影響項目建設的制約因素，生態性較好。經工程量、工程投資、施工難易程度、工程布置和地形地質條件適應性等多方面比較，土堤結構的施工簡單、工程布置較好、地形適應能力強且不受基礎條件限制。因此，從工程布置的連續性和建筑物結構與自然環境的融合性考慮，土堤結構為堤防工程治理的最佳方案。

4 結 論

白塘段防洪治理工程位于木蘭溪下游河段的干流左岸，河道連續急彎，地勢平坦低洼，受洪、潮、澇三方面自然因素以及部分跨河建筑物阻水作用，加之人與河道爭地、灘地耕地種植、建房造成大面積河障等因素，極易形成水災，對莆田市主城區防洪安全和經濟發展構成嚴重威脅。為進一步提升河道行洪與防洪能力，更好的匹配木蘭溪下游防洪工程建設，從工程量、生態性、工程投資3個方面對比分析了土堤、加筋土堤、土石復合堤方案。結果表明：土堤方案的工程投資最省且現場不存在影響項目建設的制約因素，部分堤段因灘地寬度較大，生態性較好，該方案可作為堤防治理的最佳方案。