城市堤防加固與景觀融合設計研究

陳 莉

(廣東省水利水電第三工程局有限公司，廣東 東莞 523710)

0 引言

城市河道堤防是阻擋洪水、保護城區環境的水工建筑物，是城市基礎設施的重要組成部分，對城市總體建設和發展起著至關重要的作用[1]。城市河流的價值正在廣泛地為人們所重新認識，人們對河流的要求亦不僅限于傳統的防洪和興利。景觀視覺形象、環境生態綠化和大眾行為心理深刻影響著城市河道景觀設計思路，在此基礎上提出了河流多樣化和高品質的要求。在城市河道加固中，應全程貫徹生態理念，兼顧堤防防洪和景觀雙重功能，打造和諧宜人的親水空間，將防洪和周邊環境價值相統一。

1 工程概況

沙基涌段堤岸現狀是花基結構，堤線凌亂，堤防存在岸線參差不齊、堤身單薄、堤圍破壞嚴重等問題，不利于堤防建設與管理，現狀花基堤頂高程2.7 m～3.2 m，遠未達到200 a一遇設計高程，因此，該區域遇到臺風、珠江高潮位時，堤岸存在嚴重安全隱患，對堤后的生活生產活動等造成嚴重影響。

沙基涌堤防達標加固工程，堤防達標全長約2.5 km，涉及現有基礎上提高沙基涌堤岸高度，抵御200 a一遇洪水，長度約2.5 km，本工程堤防工程級別為Ⅰ級，對沙基涌堤岸景觀整治，橋底進行清洗，粉刷，適當立體綠化，長度約1.3 km，位置示意見圖1。

圖1 堤防達標加固段示意圖

2 堤防加固設計方案

景觀型堤防是在防洪疏導的功能基礎上充分考慮環境生態、大眾行為心理和視覺廊道，與城市周邊環境深度融合的堤防形式，其設計思路主要滿足以下要求：

(1)服從流域防洪規劃，滿足防洪排澇要求。

(2)尊重河道及周邊環境的景觀價值，結合親水性完善河道景觀需求結合人文自然價值充分融合周邊環境。

2.1 堤防型式設計

沙面島與廣州大陸被沙基涌分割，面積約0.3 km2，其上有兩個國家駐廣州領事館，是外籍人士的主要活動區域。沙基涌堤防沿線有很多過人的出口，未形成閉合系統。基于沙面島特殊人文環境和生態景觀需求，結合堤防現狀，擬定相應的堤防斷面予以綜合比選。

2.1.1 方案一

拆除原有花基，在岸邊做150 mm厚C30鋼筋砼平臺，在臨涌邊的墩臺上做可升降式玻璃欄桿及鐵藝景觀欄桿，在臨水側做花槽，種植時花。當沒有洪水時，將防洪板下移至規范要求欄桿高度；洪水來之前，將防洪玻璃欄桿通過電動起吊車抬升至設計堤頂標高，達到防洪要求。防洪玻璃為10+10雙層夾膠鋼化玻璃，分2 m一段，中間做鋼筋混凝土柱達到固定。升降式玻璃欄桿上部兩端均有提升吊環，利用起吊小車將防洪玻璃升降時能更輕便快捷，一個人即可操作。五個橋及各個路口運用臨時性防洪擋板或者堆沙包的形式將防洪體系閉合。效果圖見圖2。

圖2 方案一非防洪狀態背立面圖效果圖

2.1.2 方案二

重建花基，在花基內隱藏防洪擋板，當沒有洪水時，將防洪板下移至花基內；洪水來之前，將防洪擋板提升上來，達到防洪要求。防洪擋板為鋁合金材質，邊框和中間柱配件為304不銹鋼。防洪擋板一般分3 m一段，中間用活動立柱連接，也可根據現場情況調整分段距離。升降式防洪擋板采用半自動升階方式，在防洪擋板升降時擰動鎖扣就能輕便快捷操作，二人即可輕松操作。五個橋及各個路口運用臨時性防洪擋板或者堆沙包的形式將防洪體系閉合。效果圖見圖3。

圖3 方案二非防洪狀態背立面圖

2.1.3 方案三

拆除原有花基，在岸邊做150 mm厚C30鋼筋砼平臺，在臨涌邊的墩臺上做可升降式玻璃欄桿，在臨水側做花槽，種植時花。當沒有洪水時，將防洪板下移至規范要求欄桿高度；洪水來之前，將防洪玻璃欄桿抬升至設計堤頂標高，達到防洪要求。防洪玻璃為10+10雙層夾膠鋼化玻璃，分2 m一段，中間做鋼筋混凝土柱達到固定。升降式玻璃欄桿采用液壓桿加滾輪輔助作用，在防洪玻璃升降時能更輕便快捷，兩個人即可操作。五個橋及各個路口運用臨時性防洪擋板或者堆沙包的形式將防洪體系閉合。效果圖見圖4。

圖4 方案三非防洪狀態背立面圖

2.2 方案比選

針對本項目特性，對比結果見表1。

由表1可看出，推薦方案優勢更大，所以主選方案1，其設計斷面見圖5。

圖5 堤防設計斷面圖

表1 各設計方案綜合比選

2.3 設計方案可靠性和合理性驗證

2.3.1 穩定計算

(1)抗滑穩定計算公式

式中：K為抗滑穩定安全系數；f為建筑物與地基間的摩擦系數；∑W為作用于建筑物上的全部荷載對計算滑動面的法向分量；∑P為作用于建筑物上的全部荷載對計算滑動面的切向分量。

(2)抗傾穩定計算公式

式中：KO為抗傾穩定安全系數；MR為對計算截面前趾對穩定力矩之和，kN·m；MO為對計算截面前趾對傾覆力矩之和。

(3)擋墻加高部分的穩定安全系數允許值

加高部分為堤防的一部分，與堤防同為1級建筑物，抗滑穩定安全系數的允許值見表2。

表2 擋墻加高部分的穩定安全系數的允許值

(4)計算工況

穩定計算的工況包括以下3種。正常運用工況：完建工況；設計水位工況。非常運用工況Ⅰ：設計水位降落工況；非常運用工況Ⅱ：地震工況。

穩定計算成果見表3。

表3 穩定復核計算成果

從表3可看出，堤岸擋墻在各種工況下抗滑穩定系數、抗傾穩定系數滿足規范要求。

2.3.2 堤防沉降計算

(1)土堤沉降計算公式：

式中：S為最終沉降量，mm；n為壓縮范圍的土層數；e1i為第i土層在平均自重應力作用下的孔隙比；e2i為第i土層在平均自重應力和平均附加應力共同作用下的孔隙比；hi為第i土層的厚度，mm；m為修正系數，一般堤基的m=1.0，對于軟土地基可采用1.3～1.6。

在排水預壓荷載作用下，地基土中某點某一時間的抗剪強度及固結度可按以下兩式計算：

τft=τf0+Δσz·Uttanφcu

根據上述公式，經計算，堤防平均最終沉降量為850 mm，沉降量較大，需進行處理。經預壓固結計算，若采用間距為1.2 m×1.2 m的塑料排水板，深至淤泥層下限以上1 m，利用堤身填土堆載預壓4個月，可達到90%的固結度，即施工期完成約90%的沉降量，工后沉降量僅為約85 mm，可滿足堤防的正常使用要求。

3 結語

城市河道加固處理中對景觀價值需求日益提升，使得河道堤防從滿足防洪的單一目標向著景觀性、生態型方向轉移。本文通過構建城市堤防與周邊景觀融合的理念完成了堤防設計方案并從地質條件、穩定性和沉降性方面進行安全合理性驗證，設計思路對實現河道治理的多目標價值具有積極的推進意義。