雁田水鳳崗段整治工程堤岸設計方案探討

廖 鑫

(廣東建科水利水電咨詢有限公司，廣州 510650)

1 概述

水安全問題一直是社會關注的重點，其直接影響經濟發展和人民生命財產安全。黨的十八大以來，生態文明思想得到重視，生態、安全地進行河道整治，是全面貫徹可持續發展觀念的必然需要。在新時代的河道整治工作中，運用生態堤防設計方法不僅可以使人類良好地利用河流，也可以促進河道回歸自然化，從而產生生態效益[1]。本文以東莞市雁田水鳳崗鎮治理工程堤岸設計方案選取為例，分析各類堤岸形式的優缺點和適用性，提出城市河道整治堤岸設計的基本原則，可為其他類似工程提供借鑒[2]。

2 工程概況

東莞市為廣東省經濟發達區域之一,改革開放以來，工業發展速度快，尤以集體所有制工業發展較快，市內的主要河道有石馬河、寒溪河、東江西北干流、東江南支流等。 雁田水是石馬河的最大一級支流，位于石馬河最上游，發源于深圳市黃竹簕山，流經東莞市鳳崗鎮和塘廈鎮，下游與觀瀾水匯合后稱石馬河。雁田水集雨面積為160 km2，河長為34.8 km，承擔著鳳崗河塘廈鎮的行洪和排澇功能。近年來因城鎮發展和房地產開發，河流占灘、淤泥和阻水等問題比較嚴重，雁田水鳳崗鎮段河道現狀主要存在以下問題。

1) 河道多處仍為無堤防狀況。

2) 已建堤防的防御標準偏低，部分堤段現狀防洪標準低于5年一遇，達不到50年一遇的設防標準。

3) 河道行洪能力不足，河底泥沙沉積，加之雜草叢生和生活垃圾堆積，導致河水流速慢，已嚴重影響行洪。

4) 河道的瓶頸卡口阻礙了行洪，河道內橋梁底部高程低，寬度窄，對河道行洪影響嚴重。

5) 河道穿過鳳崗鎮中心區和多個村莊、工業園區，兩岸建筑物密集，道路縱橫交錯，跨河橋梁較多，沿河兩岸布有截污管線，征拆難度大，影響河道斷面的擴寬。

近幾年石馬河流域出現了多次特大洪水,洪澇災害尤其嚴重。為減少流域內洪澇災害，需要開展雁田水河流環境綜合整治工程。雁田水鳳崗鎮段河流整治工程以城市防洪功能為主，以城市景觀綠化功能為輔，并兼顧河流沿線的堤頂道路交通功能。工程涉及河道整治和兩岸堤路建設，其中河道整治全長為10.09 km，兩岸堤路建設總長約18.603 km。本工程設計防洪標準為50年一遇，堤防級別為2級。

3 堤岸設計

3.1 堤頂高程確定

堤頂高程按設計洪水位加堤頂超高確定，堤頂超高按式(1)計算[3]：

Y=R+e+A

(1)

式中：

Y——堤頂超高,m；

R——設計波浪爬高,m；

e——設計風壅水面高度,m；

A——安全加高,m。

計算工況：

① 不允許越浪堤頂超高；

② 允許越浪堤頂超高。

河堤為2級建筑物，對不允許越浪的爬高累積頻率取2%，對允許越浪的爬高累積頻率取13%。河道多年平均年最大風速為13 m/s，設計波浪的計算風速取多年平均年最大風速的1.5倍，即19.5 m/s。

堤頂超高計算成果見表1。本工程河道貫穿鳳崗鎮鎮區，堤后地面高程大多高于設計洪水位或相差不大，堤頂設計均采用硬底化砼路面，有較完善的排水措施，為避免影響城鎮景觀，本工程按允許越浪設計，堤頂高程由設計洪水位加堤頂超高0.80 m確定[4]。

表1 堤頂超高計算成果

3.2 堤岸形式比選

依據現場的實際情況，并根據堤防兩側的地形地質條件、地貌景觀要求及市政、交通、規劃等地方行政管理部門的有關規定，在充分考慮堤防征地拆遷難度、工程造價和周邊環境景觀要求等各類因素的基礎上，對比了斜坡式、直墻式和階梯式3種典型堤岸斷面設計形式，各種斷面形式優缺點見表2。

表2 各種堤岸斷面形式優缺點對比

在斜坡式、直墻式和階梯式3種典型堤岸斷面設計形式對比的基礎上，提出以下堤身設計方案。

1) 斜坡式堤身方案

斜坡式截面為最傳統的堤身截面形式，具有經濟安全、施工簡便等優勢，但其主要問題在于斷面占地范圍大，實施階段容易受土地問題制約，且在有限的用地范圍前提下，無法布置人行道和綠化帶。該方案適用于現狀堤后用地不受局限，可放坡開挖拓寬河道，或現狀堤坡平緩段，可按照斜坡式堤身方案進行修坡護岸。

本方案沿原河道岸線布置，兩岸采用斜坡式斷面，在斜坡中段設馬道，馬道以上邊坡坡比為1:2，馬道以下為1：2.5，迎水坡均采用連鎖式植草磚護坡。

經估算，斜坡式堤身方案每延米投資7 200元(720萬元/km)，典型斷面示意見圖1。

圖1 斜坡式堤身方案典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

2) 直墻式堤身方案

直墻式斷面是常用的堤身形式，具有占地面積小、施工簡單、施工時間短等優勢，缺點是美觀性及親水性差，施工費用高，適用于現狀堤坡陡峭段的河段。

直墻式堤身方案包括懸臂式鋼筋砼擋墻和排樁直墻2種結構形式。在可以臨時開挖放坡的堤段，采用懸臂式鋼筋砼擋墻結構，擋墻高為3.0～5.5 m，底板寬為3.0～5.5 m、厚度為0.5 m，擋墻墻后回填土分層壓實，墻邊線較坡式堤防擴寬約4.5 m，既能有效解決堤頂碧道布置用地問題，又不束窄河道行洪斷面[6]。

對于河道兩岸建筑物較密集，征地拆遷難度大的堤段，則采用排樁直墻方案。排樁采用C30砼灌注樁，樁徑為0.8 m，樁距為0.9 m，平均樁長為14 m。樁頂采用鋼筋砼冠梁連接，冠梁采用C30砼，橫截面為1.1 m×1.2 m。排樁間采用高壓擺噴防滲，深度為5 m。

經估算，懸臂式鋼筋砼擋墻斷面每延米投資18 700元(1 870萬元/km)，排樁直墻斷面每延米投資36 400元(3 640萬元/km)，2種形式的典型斷面見圖2、圖3。

圖2 直墻式懸臂式擋墻典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

圖3 直墻式排樁護岸典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

3) 階梯式生態擋墻方案

傳統直立式擋墻的美觀性和親水性差，為此提出了階梯式生態擋墻堤身方案。階梯式生態擋墻方案采用預制新型生態擋墻砌體結構砌筑，兩岸擋墻平均高度約4.5 m，生態擋墻為砌塊階梯形，階梯組合坡度約1:1，擋墻階梯寬度約1 m。預制砌體為中空透水結構，通過填土實現生態植生。

階梯式生態擋墻方案具有生態美觀的優點，同時擋墻邊線較坡式堤防擴寬了約3.6 m，能滿足堤頂碧道布置的要求，不束窄河道行洪斷面，能滿足防洪要求。

階梯式斷面具有占地少的優勢，為后期綠道建設預留寬度，但其工程運用費用較高，不易維護[5]。

經估算，階梯式生態擋墻堤身方案每延米投資12 600元(1 260萬元/km)，典型斷面示意見圖4。

圖4 階梯式生態擋墻堤身方案典型斷面示意(單位：高程m，長度mm)

3.3 工程實施方案

根據上述各種斷面的適用性，結合工程的實際情況，對各堤段選取了不同的堤岸形式。本文以較為典型的幾處堤段為例，對實施情況介紹如下。

1) 樁號XZ2+406-XZ2+773(左岸)，堤線長為367 m，堤后為城鎮區，現狀岸坡平均坡比約1:2.5，為保留原有河道自然生態的環境，使城鎮段河道整治與河流生態相協調，該段采用斜坡式堤身方案，連鎖式植草磚護坡可以實現景觀綠化功能，在不影響生態治理的前提下達到防洪目的。

2) 樁號XY0+000-XY0+358(右岸)，堤線長為358 m，堤后多為草地及施工地，現狀岸坡平均坡比約1：1.5，現狀堤路可開挖，為滿足城鎮建設用地要求，該段采用懸臂式鋼筋砼擋墻方案，擋墻邊線較坡式堤防擴寬了約4.5 m， 有效解決了堤后碧道布置用地問題。

3) 樁號XY1+870-XY2+230(右岸)，堤線長為360 m，堤后為城鎮區，建筑物較密集，為減少征地拆遷，該段采用直墻式排樁護岸方案。

4) 樁號XY2+450-XY2+731(右岸)，堤線長為281 m，現狀堤后建有樓房民居，實施難度較大，不僅要保證防洪的安全性，行洪斷面不能束窄，同時要具備生態美觀性，滿足周邊居民的生態景觀需求，因此，該段采用了階梯式堤身方案。

東莞市雁田水鳳崗鎮治理工程堤岸設計在滿足防洪安全的前提下，針對河道不同岸段的特點，因地制宜地選擇相適應的堤岸建設形式，有效解決了河道整治與城鎮建設、防洪減災與生態治理的關系，既保障安全，又兼顧景觀，是生態文明思想在水利建設中的有益實踐[7]。

4 城市河道整治堤岸設計基本原則

結合東莞市雁田水鳳崗鎮治理工程堤岸建設實施，提出城市河道整治工程中堤岸設計應遵循的幾點基本原則。

1) 在堤頂硬化和堤后有較完善的排水措施情況下，為避免影響城市景觀，城市河道堤岸應按允許越浪進行設計。

2) 城市河道的整治應充分考慮城市發展的拓展空間，在滿足行洪斷面要求的前提下，盡可能少占土地。

3) 城市河道建設應盡可能采用生態護岸形式，以滿足城市景觀及周邊居民休閑需求[8]。

4) 對于城市用地緊張的堤段，盡量使用直墻式堤身方案，可有效擴寬堤頂，以解決綠道布置用地問題。

5 結語

本文以石馬河雁田水鳳崗段綜合整治工程為例，分析對比了幾種常用典型岸坡形式的優缺點，并根據工程現場地形條件和用地條件，對雁田水鳳崗段堤岸優先采用斜坡式斷面或階梯式生態擋墻斷面，沿岸用地緊張，河段則采用懸臂式擋墻斷面，沿岸房屋密集難以開挖，河段采用排樁式斷面，有效解決了該河段的防洪問題，在力求安全的同時也不失亮點，通過連鎖式植草磚護坡和階梯式生態擋墻方案，兼顧了河道生態治理需求。雁田水鳳崗段整治工程堤岸設計方案實現了既滿足防洪安全與用地需求，又兼顧景觀與生態建設，可為類似河道治理工程堤防建設提供借鑒。