番禺新造水道堤防加固工程設計和穩定性分析

張志遠

（廣州市珠江前后航道流域事務中心，廣東 廣州 510000 ）

1 番禺新造水道堤防加固工程必要性分析

1.1 防潮防洪效果較差，部分堤防設施嚴重老化

番禺新造部分水道堤段已建有堤防，但堤頂高程及堤頂寬均不能滿足1 級堤防的規范要求，部分已建堤段堤防老化，年久失修，不能達到規范要求的防洪潮標準；局部堤段現狀無護岸，存在一定的安全隱患。部分堤段經過多次加高加固，堤岸、堤基結構復雜，難以確定其具體形式，雖然現狀堤防基本穩定，但是不搞清堤防內部結構，在此基礎上加高加固極易給將來留下安全隱患。同時，由于護堤線不明確，違章建筑較多，部分居民及工廠直接將房子建于岸邊，嚴重影響堤防工程的建設。此外，堤頂防汛道路標準較低，部分路段路面高低不平，將影響防汛搶險。

1.2 堤岸結構單一，不能滿足生態堤防的要求

部分堤線段現狀堤防不達標或無堤防，且堤后有空地，新建堤防的條件比較充足，加之現有堤防均為漿砌石擋墻，毫無生態景觀設計，而珠江為景觀河，在城市建設越來越重視景觀、生態效果的形勢下，作為城市基礎設施的堤防工程，其設計理念理應順應這種理念，應更多地考慮景觀、生態因素，而此次新建堤防均配合景觀設計，營造江邊綠色景觀帶，因此在具備條件堤段新建堤防是十分必要的。

2 番禺新造水道堤防加固工程設計

2.1 新建混合式堤防

根據不同的地形地質條件預制沉箱的規格可分為1.70 m高和2.07 m高兩種，2.70 m沉箱僅適用于定海公司～番禺靈川飼料公司段，長210 m；其余為1.70 m 高沉箱共長1 768 m。預制沉箱混合式堤防方案詳述如下：該方案為沉箱結構和放坡相結合堤型，根據地質鉆孔資料可知，整段堤防內有深淺不一的軟土層，必須進行一定的地基處理，方可作為沉箱結構的基礎。為了提高地基承載力，減少基礎沉降，保證堤防穩定，按不同地質條件箱底采用不同的處理方式：

第一，地基基礎條件較好的堤段箱底采用碎石墊層或碎石填筑，共長303 m。第二，堤基軟土層深度小的堤防，采用挖除軟土置換塊石的方法處理，共長760 m。第三，堤基軟土層深度大的堤防，在碎石墊層底部采用Ф600 間距1.20 m 的水泥攪拌樁。第四，新建混合式堤防設計堤頂高程3.60 m，堤防采用“3 m寬濱江人行道+6.30 m寬斜坡綠化帶+8 m寬防汛道路”的型式，防汛道路路面結構采用瀝青混凝土路面，迎水面設石材欄桿，欄桿高1.10 m。

2.2 新建斜坡式堤防

2.2.1 斜坡式一

番禺靈川飼料公司～新造油庫段和新造油庫宿舍～新造糧庫段采用斜坡式一。堤頂具有3.60 m高程，堤頂設寬8 m防汛道路，利用瀝青混凝土澆筑路面，石材欄桿布設于路面迎水側，欄桿高1.10 m；濱江人行道路面為花崗巖材質，可用作消浪平臺，平臺寬度和高程分別為3 m 和2 m，迎水面設石材欄桿，欄桿高1.10 m；消浪平臺下方設置1:3坡度的護坡，結構形式為預制螺母塊（厚度25 cm），結合現場環境特點選擇適宜的水草種植與螺母塊之中；將高程0.50 m的拋石護腳布置于低潮位以下部分；消浪平臺以上斜坡坡度為1:3，護坡為綠化混凝土，用于滿足生態親水景觀建設需求；背水坡護坡形式為小灌木點綴于腐殖土草皮之中，坡度比為1:3，按照50 m 間距將豎向排水溝布置于坡面，同時將縱向排水溝布設于堤腳。對于存在較大填方的堤段，鋪設土工格柵，增強土體抗剪性能。格柵由堤頂以下1 m開始鋪設，豎向間距0.50 m。

2.2.2 斜坡式二

南村油庫～永大集團段采用斜坡式二。該段堤防在治導線外有較大的灘地，且灘地坡度較緩，同時堤后有足夠空間，為了適應這種地形，營造更具親水性的綠色堤岸線，濱江人行道路面為花崗巖材質，可用作消浪平臺，平臺寬度和高程分別為3 m和2 m，迎水面設石材欄桿，欄桿高1.10 m；消浪平臺下方設置1:3坡度的護坡，結構形式為預制螺母塊（厚度25 cm），結合現場環境特點選擇適宜的水草種植與螺母塊之中；將高程0.05 m的拋石護腳布置于低潮位以下部分，在斜坡式一的基礎上將消浪平臺以上迎水坡坡度調整為1:5。部分區域由于新增荷載多且軟土層厚，通過堤防穩定計算，基礎處理采用攪拌樁。

2.2.3 斜坡式三

新村段采用斜坡式三。該段堤防的現狀岸線超出治導線約150 m，此次設計擬按照治導線新建斜坡式堤防。由于治導線距岸邊較遠，無須設拋石護腳及消浪平臺等措施，故在斜坡式一的基礎上取消消浪平臺以下的結構，以節省投資。

2.3 舊堤改造

2.3.1 舊堤改造（新建防洪墻）

在新造糧庫～興華路段和新造渡口～新華沙廠段，堤后為新造鎮區，由于建設場地受限，若新建堤防拆遷難度大，為保證堤防可以安全度汛同時避免大量拆遷，此次設計主要針對現有的防洪缺口，新建花壇式防洪墻，防洪墻之間用防汛擋板進行擋水，保證防洪體系的封閉。

該方案是在原堤頂新建C25鋼筋混凝土U型花壇防洪墻，花壇壁厚0.25 m，高1.30～1.70 m，花壇內種植觀賞花卉，花壇之間用防汛擋板進行擋水，這樣既保證了在不擾動現有堤防的情況下岸線封閉，使現有堤防可以安全度汛，同時又不影響周圍居民的正常生活，還能起到綠化美化作用。詳見圖1。

2.3.2 舊堤改造（新建親水平臺）

新造油庫宿舍段堤后為新造油庫宿舍區及配套沿江道路，漿砌石斜坡堤岸存在局部損壞情況。興華路～南約涌段和南約涌～新造渡口段，堤后依次為3 m寬綠化帶、10 m寬海傍路、密集的居民區；此堤段岸線平順，堤岸為兩級漿砌石直立擋墻，由于建設年代較早，局部堤岸破損。

為充分利用現有堤岸，盡量減少對周圍居民影響，此次設計擬在上述兩個堤段臨水側新建L 型擋墻，墻頂高程3.06 m，墻內側為8 m 寬防汛道路，外側設一消浪平臺作為濱江人行道，平臺寬3 m，平臺頂高程1.50 m，平臺外側設高1.10 m 石材欄桿。

3 番禺新造水道堤防加固工程穩定性分析

3.1 滲流穩定計算

3.1.1 計算斷面和參數

此次計算選取樁號5+440.85（南村油庫～永大集團段）進行計算。計算參數采用地質報告建議參數，并參照附近類似土層選取。

3.1.2 計算方法

此設計采用有限元法進行滲流計算。

3.1.3 計算工況

穩定滲流：工況一：設計洪（潮）水位2.80 m，對應堤后無水（取地面高程）；工況二：多年平均低潮位-0.74 m，對應堤后無水（取地面高程）。非穩定滲流：工況三：多年平均高潮位0.78 m驟降（3 h）至多年平均低潮位-0.74 m，對應堤后無水（取地面高程）。

3.1.4 計算結果及分析

根據表1 計算成果，背水坡出逸比降均小于允許滲透比降，堤身不會發生滲透破壞，因此不需要采用其他工程措施。

表1 各土層滲透比降表

3.2 整體穩定計算

計算堤防整體穩定時，根據斷面形式、地基、新增荷載情況，選擇有代表性的斷面進行穩定計算，此次選擇定海公司～番禺靈川飼料公司段0+195.19 斷面等15 個斷面進行穩定計算。由于堤后高程普遍在2 m以上，堤防填高較小，因此，此次設計僅對臨水側邊坡進行穩定計算，背水側不予計算。

3.2.1 穩定計算工況

3.2.1.1 加固前

此次設計對現狀及加高后（不采取其他措施）的穩定進行復核，計算工況如下：現狀：采用現狀堤防斷面，外江水位采用多年平均低潮位-0.74 m或灘地，對應堤后水位取地面高程，計算外江側邊坡；加高后（不采取其他措施）：采用現狀堤防斷面并增加等效于加高堤身的荷載，外江水位采用多年平均低潮位-0.74 m或灘地，對應堤后水位取地面高程，計算外江側邊坡。

3.2.1.2 加固后

工況一：外江水位由設計潮水位2.80 m 降落-0.74 m 或灘地，對應堤后水位取地面高程，計算臨水側邊坡。工況二：外江水位為歷史最低潮位-1.93 m，對應堤后水位取地面高程，計算臨水側邊坡；工況三：施工期，外江水位為多年平均低潮位-0.74 m 或灘地，對應堤后水位取地面高程，計算臨水側邊坡；工況四：外江水位為多年平均高潮位0.78 m遇地震，對應堤后水位取地面高程，計算臨水側邊坡。

由于此工程對于存在較大填方的堤段，擬鋪設土工格柵，增強土體抗剪性能。未設土工格柵的穩定安全系數表明，對于較大填方堤段，未設土工格柵穩定不能滿足要求，設置土工格柵后穩定滿足要求。

3.2.2 穩定計算成果按照此設計加固后的堤防整體穩定在各個工況下均滿足要求，因此，此次設計方案是合理、可行的，同時也是必需的。

4 結語

綜上所述，為滿足區域內城市建設發展需求，相關工程單位新建了沉箱結構和放坡相結合堤型以及多種不同形式的斜坡式堤防實現了堤防結構區域水道現狀的有效契合，對于部分難以新建的區域采取了防洪墻及親水平臺修建等方式改善堤防結構破損老化問題；從滲流穩定與整體穩定兩方面對堤防加固方案進行了計算，確認方案穩定性滿足要求。