濱水景觀超級堤工程設計要點研究

彭繼承

(廣州市南沙區番順聯圍管理所，廣東 廣州 511470)

廣州市南沙區地處珠江三角洲出?？?，易受洪水和臺風暴潮的侵襲，歷來是潮、澇為患之地。增強城鄉防洪抗旱排澇能力，加快防災減災體系建設，是城市水務主管部門一直高度關注的課題。結合歷年明珠灣慧谷片區堤圍受災損毀情況，為滿足南沙區經濟快速發展的需要，保障人民生命財產安全，建設濱水景觀超級堤工程十分迫切。

景觀超級堤的概念起源于日本，是指在保障防洪安全的基礎上，通過融合生態景觀元素，利用綠化景觀帶、多級緩坡平臺等加寬堤岸，將單一城市防洪工程與城市道路建設、碼頭建設、城市景觀建設、濱海旅游休閑等基礎設施建設結合起來，達到緩沖海浪越岸沖擊力，營造多層次、高標準濱海空間的目的[1]。與傳統堤防相比，超級堤的高度與寬度之比達1∶10以上，堤防寬度達數十米至數百米，在降低堤頂高度的同時，具有防洪效果好、景觀效果優的特點[2]。本文結合明珠灣慧谷片區超級堤工程建設實際，對其主要設計要點進行了探討。

1 工程概況

慧谷片區位于南沙街南部，北以莞佛高速為界，南臨鳧洲水道、蕉門水道， 東臨獅子洋，西接慧谷西組團，其規劃目標為特色水上居住區、多元親水中心區和高端濱水都會區，是南沙的商業高端配套中心。片區范圍內涌水閘至大角山段現狀堤圍長度約4.82 km，該段堤圍始建于20世紀50年代末期，21世紀初曾進行過加固改造。經多年運行后，現狀堤防存在的主要問題如下：(1)防浪墻頂高程不滿足200年一遇防潮標準。(2)堤防工程堤型單一，多為硬質斜坡斷面，其安全性和景觀性較差，不適合區域未來“高端商貿、科技創新、優質生活”的發展定位。(3)堤后規劃市政道路緊靠堤防，因項目處于深厚軟土地區，市政道路的建設將對堤防的結構穩定產生不利影響。綜上，對慧谷片區進行景觀超級堤建設是必要的。工程建設范圍西起工業區涌水閘處，沿南岸東至大角山，總長4.675 km。

2 基礎建設條件

2.1 水文氣象條件

南沙區地處亞熱帶季風氣候區，屬亞熱帶季風海洋氣候，由于背山面海，海洋性氣候顯著，主要表現為氣候溫和潮濕，且具有溫暖多雨、光熱充足、溫差較小、夏季長等氣候特征。南沙區為臺風影響區，臺風一般發生在7—9月。據1959—1998年統計資料顯示，造成影響的臺風共115次，年均受影響2.85次。臺風最大風力在9級以上，并帶來暴雨，破壞力極大。根據南沙站1963—2009年的歷年雨量資料，南沙區多年平均降水量約1700 mm，最大年降雨量為2134 mm(1981年)，最小年降雨量為887 mm(1963年)。

2.2 工程地質條件

表1 各巖土層主要物理力學指標建議值

3 設計要點分析

3.1 設計理念

濱水景觀超級堤工程采用“設防不圍城”的新理念，即通過利用環島海景、海水、灘涂、堤岸等，結合市政道路建設，將沙灘、休閑公園、自行車慢行系統、濱海廣場、歌影劇院等納入防洪體系設計中[3]。結合城市功能分區要求，在保證行洪安全的基礎上，建設以現代化公共設施為核心的濱海服務型經濟帶、景觀帶和文化帶，實現濱海環境提升、人-水-城和諧發展的目標。

3.2 工程等別和標準

明珠灣慧谷片區超級堤工程是廣州市防洪體系的重要組成部分。廣州市防洪標準為200年一遇，根據《海堤工程設計規范》(GB/T 51015—2014)、《廣東省海堤工程設計導則(試行)》(DB44/T 182—2004)、 《堤防工程設計規范》(GB 50286—2013 )等相關規定，確定慧谷片區海岸堤防的防洪(潮)設計標準為200年一遇，對應堤防工程的級別為1級；各穿堤建筑物與堤防標準相同(均為1級)。

3.3 超級堤設計要點

3.3.1 堤線布置

堤線(包括堤岸治導線及堤頂線)布置應既能保證防洪安全，滿足防護區內社會經濟發展的需要，又能改善生態環境。根據慧谷片區海岸堤圍現狀、區內防洪(潮)排澇規劃，并結合交通路網規劃，確定該工程堤線布置原則如下：(1)確保堤線沿規劃河道控制線，盡量不占或少占河灘地，且堤線力求平順，避免出現折線或急彎，使水流暢順，以利行洪。(2)以現狀岸線為基礎，盡量利用舊堤的部分結構，以降低工程造價。(3)在滿足防洪(潮)安全的基礎上，堤型布置體現親水性，通過進行河岸景觀塑造，營造生態化的濱水景觀環境。根據上述布置原則，慧谷片區濱水景觀超級堤工程共劃分為四個區域，其總體布置為：三代同聚區(樁號0+000～1+300)、創新區(樁號1+300～2+670)、生活區(2+670～3+834)，以及自然區(3+834～4+675)。

3.3.2 堤防特征高程確定

超級堤工程采用復合式斷面，即臨水面為多級斜坡及低矮直墻結合，最高一級斜坡或直墻頂即為堤頂。在堤防斷面中，特征高程包括各級親水平臺高程、堤頂高程等[4]，各類高程取值影響因素如下：

(1)親水平臺高程。該高程取值應能貼近正常潮水位，以滿足親水需求及景觀要求；但也應高出正常潮水位，以避免經常受淹。

(2)堤頂高程。根據規范GB/T 51015—2014規定，堤頂高程應根據設計高潮(水)位、波浪爬高及安全加高值確定，其計算公式如下式(1)：

Zp=Hp+RF+A

(1)

式中：Zp為設計頻率的堤頂高程，m；Hp為設計頻率的高潮(水)位，m，該工程按P=0.5%設計；RF為按設計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值，m；A為安全加高值，m，該工程按允許部分越浪設計取為0.5 m。

經上述公式計算，超級堤堤頂高程在各分區將達到9.51 m(三代同聚區)、9.69 m(創新區、生活區)、9.97 m(自然區)，而堤后保護區為城市建設用地，地面規劃平整高程為8.00～8.50 m。若按上述計算結果確定堤頂高程，將高出規劃路面約1.01～1.97 m，從而會生硬地隔絕城市與水的聯系，造成堤防“圍城”的境況。為解決此困境，引入“蓄浪空間”設計理念，即于堤頂路兩側設置兩道防浪墻，兩道防浪墻之間即為蓄浪空間。當波浪越過第一道防浪墻后，能量受到削減導致爬高顯著降低，由于兩墻之間距離較遠(15～30 m)且設置堆坡造型，會造成風浪能量進一步沿程衰減而不漫過第二道防浪墻。在蓄浪空間內部，利用風浪的間歇性特點，通過自排方式將水流排回外海。上述設計可對后方道路及景觀帶形成保護。結合以上設計理念和現場實際情況，確定各分區堤防特征高程取值如表2。

表2 超級堤特征高程取值 m

3.3.3 堤身斷面設計

(1)三代同聚區。該段長度約為1300 m，堤型采用復合式大斜坡堤型，以最大限度地減少人工痕跡?，F狀堤防功能較完好，迎水面為斜坡式漿砌石或干砌石擋墻，目前結構較穩定。為降低工程造價，保留現狀堤防作為堤頂，并對堤頂后方進行景觀綠化打造。

(2)創新區、生活區、自然區。此三段堤防靠近研發辦公區，長度約為3375 m，故選擇多級直立式堤型以便于在堤頂建設市民休憩的廣場或公共活動空間。根據是否將堤防與城市交通道路結合細分為以下2種斷面型式：

①綠化為主段：該段堤防建設久遠，堤腳為拋石，迎水面為兩級布置的漿砌石或干砌石擋墻，兩級擋墻之間平面距離約2 m。目前砌石擋墻較完好，因此僅對現有一級擋墻進行加固處理。親水步道設置于加固的一級擋墻上部，親水步道寬6.0 m，高程為6.80 m，材質采用能抵抗風浪淘刷的干砌條石。親水步道至二級平臺前的第一道防浪墻區域堤坡，采用自嵌式瓶孔磚結構進行防護。第一道防浪墻至第二道防浪墻之間為景觀帶，在該范圍內布置人行步道、景觀平臺、廊亭等各類景觀小品。由于此區域受第一道防浪墻的防護，因此僅對越浪跌落區設置護坡措施(采用生態混凝土護坡，并于混凝土表面覆土植草綠化，在滿足景觀要求的同時，亦確保坡面不受越浪沖刷而破壞)。由于第一道防浪墻的消浪功能，越浪涌至第二道防浪墻時其破壞能力明顯減弱，故第二道防浪墻不必采用一堵單調的、硬化的鋼筋混凝土石墻，可采用波浪式的起伏土坡，或者花池、座凳，以及大塊景石等結構。

②硬化為主段：該段堤后為城市商貿用地，人流量較大，而此段預留用于景觀建設的規劃用地相對有限。因此，此段景觀帶的建設宜充分利用現有土地，采用適宜設置活動廣場、公共活動空間的堤型(多級直立式堤型)，既滿足親水需求，又營造都市濱海景觀。該段堤岸部分結構與辦公區段相同，對于現狀一級砌石擋墻較完好的堤段，僅對其進行加固處理，親水步道設置于沉箱上部或加固的一級擋墻上部。親水步道上部為懸臂式直墻，墻頂高程為8.90 m；墻后為景觀平臺，其高程為8.80 m?？拷览藟μ幍木坝^平臺位于越浪跌落區，其地面采用硬化防護處理。為避免景觀平臺造型單一，部分堤段以硬化為主，形成公共活動空間；部分堤段以綠化為主，形成生態園林空間，二者交替布置，互為輝映。

3.3.4 堤頂寬度設計

堤頂寬度應根據防汛、管理、施工、構造及其他要求確定，根據規范GB/T 51015—2014規定，1級堤防的堤頂寬度(不包括防浪墻)不宜小于5 m。該超級堤工程不設固定的堤頂寬度，而是根據市政交通要求及景觀帶要求采用寬度漸變的方式。但對于任何堤段，應保證堤頂寬度不小于8.0 m。

3.3.5 堤防填筑設計

由于堤防寬度較大，堤身的填筑材料及填筑標準應分區而定。對于堤岸墻后的填筑材料，宜采用易于填筑及排水的中粗砂，中粗砂相對密度不低于0.65；對堤防迎水面10 m范圍內防滲區采用黏性土進行填筑，黏土壓實度要求不小于95%。

3.3.6 地基處理

設計堤岸填土平均高度約4 m，由于海岸及濱海景觀帶寬度較大，填土屬于大面積的堆載，經沉降計算，堤基最終沉降量將達到0.65～1.17 m。沉降量若不進行處理，將導致海岸及景觀帶的上部堤岸結構、景觀平臺等建筑物出現較大的沉降變形，從而影響堤岸的結構穩定[1]。因此，需對堤基進行加固處理。

針對各分區地質情況、填土高度、底部淤泥厚度等因素，分類制定地基處理方案：(1)三代同聚區硬質廣場及創新區采用攪拌樁復合地基，其樁徑為0.5 m，間距為1.0 m×1.0 m，同時市政道路和現狀堤防兩側采用雙排咬合攪拌樁圍封。樁頂鋪設30 cm厚碎石砂墊層，一層高韌聚丙烯加筋網。(2)生活區現狀堤后為低洼池塘地，其后緊接現狀市政道路。現狀堤身回填土為砂石土(夾碎石)，厚度約為2.5 m；道路邊坡處為粉砂，厚度約為3.0 m。為降低工程投資，低洼池塘采用塑料排水板堆載預壓處理，排水板間距為1.0 m×1.0 m，中粗砂排水導層厚600 mm，并鋪設一層高韌聚丙烯加筋網。為保證市政道路和現狀堤身的穩定，市政道路側采用格構式攪拌樁處理，現狀堤身側采用雙排咬合攪拌樁處理。(3)根據景觀設計方案，自然區將保留現狀堤后魚塘，僅進行景觀升級改造。但該區域需要填筑景觀園路以連接市政道路和堤身，鑒于景觀園路寬度窄、填土較高(現狀魚塘高程為4.40 m，填土高約4.5 m)，且需埋設涵管連接兩側魚塘，故景觀園路范圍內采用攪拌樁復合地基處理方案。

4 結 論

(1)景觀超級堤工程應采用“設防不圍城”的新理念，在保證防洪安全的基礎上，融合生態景觀要素，實現宜居水岸建設目的。

(2)應沿現狀海岸線進行堤線布置，以充分利用現有堤防，在降低造價的同時保證不縮窄河道行洪斷面。同時堤線布置應充分考慮城市景觀、休閑、旅游和生態等功能，滿足濱水景觀帶的建設要求。

(3)在兩級防浪墻間構建“蓄浪空間”，不僅可以削減涌浪爬高，還可保護后方景觀帶。設計堤防填土高度較高，形成過大堆載而產生沉降，因此須結合地質情況分區進行地基處理。

(4)沿海區域地基軟弱土層往往較厚，在上部超級堤荷載的作用下，雖進行了地基處理，但隨時間累積仍會緩慢發生次固結，引起一定程度的沉降徐變。建議今后對超級堤工程可展開此類課題的深入研究，從而為我國沿海地區深水建堤積累一定的現實經驗。