城市防洪堤工程的设计

摘 要 ：在城市水利防洪工程中,防洪堤工程是防御洪水的重要基础设施.但随着城市的发展和防洪形势的变化,给城市防洪堤工程提出了更高的要求.本文结合工程实例,阐述了城市防洪堤工程的设计思路,介绍了防洪堤堤轴线布置与结构设计等,确保防洪堤的设计质量.

关 键 词 ：城市防洪堤；堤轴线；布置；结构设计；结构型式

随着我国城市化进程逐步加快,人口和社会财富逐渐向城市高度集中,这就要求城市有更高的防洪保障.然而,我国目前城市防洪体系还比较薄弱,防洪能力相对不高,特别是近几年,我国不少城市还发生了不少洪水灾害,严重威胁到城市人们的生命财产安全,破坏社会的稳定.因此,作为防御洪水的重要屏障的防洪堤就显得尤为重要.下面,就结合具体工程实例,阐述了城市防洪堤工程的设计思路.

1.工程概况

某堤防工程任务以防洪为主,全长2.98 km,防洪堤保护对象主要为城区居民及各项基础设施、住宅、公共建筑、交通道路等.防洪标准设计为20年一遇,50年一遇不漫顶.

2.防洪堤堤轴线布置

2.1 堤轴线选择原则

（1）符合该流域水利规划的具体要求；

（2）在满足防洪要求的前提下,考虑城建、交通的建设和发展,兼顾滨江道路的建设和其他景观要求,统一协调；

（3）堤线力求平顺,与河势流向相适应,各堤段平缓连接,转弯半径尽可能大,以利于泄洪；局部弯曲河段进行整修时,应根据实际情况控制最小曲率半径；

（4）尽可能利用原有堤防和有利地形,并留有适当宽度的滩地；

（5）结合当地城镇防洪体系的布置以及经济社会发展的需要.

2.2 堤轴线布置

本工程防洪堤位于坝段右岸河滩地,防洪堤主要分为两段,老堤段和新堤段,堤防长度分别为602m和2502m,总长3.1km.老堤段沿原有防洪堤走向在下部进行加固处理；新堤段新建上、下两级重力式挡墙.

3.防洪堤结构设计主要特点

3.1 针对不同堤段采用不同结构型式

（1）老堤段结构型式.老堤段原有简易挡墙,挡墙上部是房屋,房屋距离挡墙边很近,如遇洪水,生命财产安全将受到严重威胁.为保护人民的生命财产安全,又不拆掉现有房屋,拟对该段老堤进行整修加固处理.该段原挡墙基础埋深浅,外侧土坡坡度大,存在开挖安全隐患.在距离原建筑物基础3m处设置一小挡墙,挡墙开挖时,需加强对建筑物的保护.挡墙墙高1.5m,迎水面坡1：0.1,背水面坡1：0.4,基础为50cm厚的C20砼底板.底板外侧为6m宽的灌砌卵石平台,厚度40cm.平台、挡墙每隔10m设一道伸缩缝,缝宽2cm,缝间嵌沥青松木板.为防止堤脚冲刷破坏,平台外侧采用钢筋砼护坦+沉井防冲结构,沉井形状为1.0m×1.0m正方形,长3.0m,C25钢筋混凝土护坦厚度0.4m.每间隔200m左右设置1宽2m的踏步,以利行走并可至平台.

（2）新堤段结构型式.新堤段建设用地受山体与河道围合限制,土地资源有限,选择上下两级重力式挡墙的复合式断面型式,此种断面型式占地少,在满足防洪要求的前提下,最大限度利用有限的土地.堤顶“路堤结合”作为城市主干道,上、下级重力挡墙均由砼灌砌卵石砌筑,挡墙迎水面坡1：0.1,背水面边坡1：0.5,采用50-80cm厚的C20砼底板.挡墙中部设置平台,宽6m,由厚40cm的50%C20砼灌砌卵石和厚15cm的细卵石垫层组成.上、下级挡墙及平台每隔10m设一道伸缩缝,缝宽2cm,缝间嵌沥青松木板.挡墙体内设φ10PVC排水管,填土端采用土工布袋装砂卵石压口,按间距2.5m布置.为防止堤脚冲刷破坏,平台外侧采用钢筋砼护坦+沉井防冲结构,沉井形状为1.0m×1.0m正方形,长3.0m,C25钢筋混凝土护坦厚度0.4m.堤身回填采用工程区内的砂砾料填筑,填筑相对密度要求不小于0.70.每间隔200m左右设置一宽2m的踏步,以利行走并可至平台（见图1）.

图1 新堤段防洪堤典型结构

3.2 实现城市堤防工程建设与城市景观结合

城市的临江地带,大都是当地的繁华地段或景区,不但是城市居民休闲放松的场所,更是各地观光游玩者接近自然、接触新鲜空气的休闲区.堤防在满足城市河流应有的防洪泄洪功能的条件下,中部设置亲水平台,供游人漫步、休憩,并结合河道堰坝,形成宽阔的水面,实现防洪、景观、游憩、生态功能,为市民提供丰富的最具活力的城市滨水空间,充分发挥“水”的生态环境价值,营造“水清、岸绿、景美”的城市风景线.

3.3 充分考虑区块排水

根据工程各排水口与20年一遇水位过程分析,大桥以上现状地势较高,堤后地坪高程基本高出外港20年一遇水位,而下游堤后地坪高程均较低,20年一遇水位基本高出堤后地坪高程时间4-14h,易造成汛期洪水倒灌,大桥上游排水箱（管）涵出水口不设拍门,下游排水箱（管）涵出水口设置拍门.坝区块未设截洪沟,山洪主要根据自然地势自流排放.

3.4 防冲结构设计

该河为山区河流,河水平行岸坡的冲刷能力较强,最大流速5.0m/s左右,堤防堤脚掏空为最主要的破坏形式.根据现场踏勘,现状河床局部冲刷深度为2.0-3.0m,根据砂砾石允许不冲流速计算,设计河底以下岸坡最大冲刷深度为1.5m.考虑到河道挖沙采砂严重,设计中冲刷深度以理论计算为基础,考虑到现场实际冲刷情况较严重,结合当地设计部门经验,最后确定防冲深度为3.4m.

堤脚防冲采用护坦+沉井防冲结构型式,主要包括：“L”形C25钢筋混凝土护坦,厚40cm；C30钢筋混凝土预制沉井,外缘为1.0m×1.0m矩形,长3.0m.沉井下部回填砂砾石,顶端采用C25混凝土封口,并梅花形布置插筋与护坦上层钢筋绑扎,护坦外侧采用“L”形肋结构与沉井咬合,不仅可加强沉井及挡墙自身稳定性,还可使沉井与护坦连接为整体,增加其抗冲刷整体性和安全性.沉井基坑回砂砾石土,分层压实,层厚不超过50cm. 护坦+沉井防冲型式结构牢固,整体性强,安全性高,适合冲刷较严重的河道.沉井多用于我国沿海淤泥、粉质粘土等软性地基地区,小型沉井可用于江河堤防堤脚防冲.此次沉井+护坦结构技术作为防冲结构在该地区是首次应用,也是沉井+护坦基础结构技术应用于水利工程一个成功典范（见图2）.

图2 护坦+沉井结构

3.5 合理设定堤顶高度

防洪堤工程原防洪标准为20年一遇,堤顶高程按洪水归槽和考虑堰坝雍水影响后的20年一遇洪水位+0.7m安全超高设计.2012年7月份,普降大暴雨,该地区遭遇特大洪水.考虑到本次洪水遭受损失的实际及城镇地位的重要性,根据洪水进一步评估防洪堤设防标准以及工程设计方案的合理性.最终,确定防洪堤满足20年一遇标准设计、50年一遇不漫顶的设计要求,即按50年一遇洪水位+15cm确定防洪堤堤顶高程.按照提高后的标准,防洪堤老堤段堤顶不需要加高,新堤段堤顶需整体加高,加高高度为0.65m,加高型式采用堤顶防浪墙+栏杆结合方式,即在原堤顶上设置C20钢筋砼防浪墙,与挡墙压顶连成整体,防浪墙高度为0.65m,防浪墙上部为青石栏杆.

城市堤防高度的合理设置与否关系到人民的生命财产安全,因此堤防的高度必须进行合理的设置.通常来说,堤防高度取决于洪水水位,按照《堤防工程设计规范》的有关公式计算,可根据具体情况,具体问题具体分析,制定出适合城市发展的堤防的高度和安全超高,确保堤防建设达到既安全又美观的标准.

4.体会与思考

通过这次防洪堤工程的设计,笔者有以下几点体会,希望能给以后堤防工程设计提供一点帮助.

（1）做好基本资料的收集、整理工作,了解工程实施地点的周边环境,就地取材,优先考虑利用当地材料筑堤；

（2）根据当地的自然环境、地质条件以及河道的实际情况,选用合适的堤防结构型式；

（3）堤防设计应考虑景观要求,保护河道生态环境,实现人与自然的和谐发展；

（4）设计过程中解决好堤防渗透变形和岸坡稳定问题,防止堤脚冲刷破坏；

（5）交叉建筑物是堤防工程设计中不可或缺的一部分.

5.结语

总之,城市防洪堤工程是城市建设的重要组成部分,其重要性不言而喻.因此,在设计中,应结合实际情况进行多方案比较、论证,在保证防洪功能的基础上,尽可能地实现生态恢复、人水和谐的效果,走堤防建设、城市建设、景观建设及环境美化融为一体的可持续发展之路.