摘要：防洪工程是基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分, 它的重要性不言而喻。本文結(jié)合江西省五河治理防洪工程設(shè)計, 對防洪堤設(shè)計中遇到的堤頂高程、筑堤材料、加固斷面型式、設(shè)計質(zhì)量等方面進(jìn)行剖析, 并輔以工程實例論述, 對防洪堤工程設(shè)計具有一定的參考價值。
關(guān)鍵詞：防洪工程; 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn); 堤頂超高; 筑堤材料;
防洪工程是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要構(gòu)成部分, 隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快防洪工程不僅是抵御洪澇災(zāi)害、保障經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生命財產(chǎn)安全的屏障, 還成為提升城市親水環(huán)境、構(gòu)建城鎮(zhèn)生態(tài)景觀的重要組成部分。這是現(xiàn)階段防洪工程出現(xiàn)的新的特點, 也對設(shè)計工作提出了更高標(biāo)準(zhǔn)的要求。做好前期設(shè)計工作, 并對其中涉及的一些關(guān)鍵問題深入剖析并總結(jié), 對做好防洪工程的建設(shè)具有重要指導(dǎo)意義。
江西省五河治理防洪工程涉及到全省主要河流 (贛、撫、信、饒、修五大河干流及其主要支流和湘江支流淥水, 共19條河流) , 項目涉及河道長度3 730km, 治理河段長1 512km, 工程總投資近137億元。項目開展到可研報告 (報批稿) 報送水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院審查, 歷時兩年。項目點多面廣, 每個單項又有自己的獨特之處, 設(shè)計過程中有許多問題值得進(jìn)行認(rèn)真的總結(jié)和探討。
1 堤頂高程的確定問題
堤頂高程的確定是防洪工程的重中之重, 它是由堤防工程的重要性、工程級別以及防洪標(biāo)準(zhǔn)等綜合確定, 具體通過設(shè)計洪水位和堤頂超高來表現(xiàn)。
1.1 設(shè)計洪水位
合理確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是確定設(shè)計洪水位的首要前提。根據(jù)各單項工程各堤段保護(hù)對象的大小和重要性, 依據(jù)相關(guān)規(guī)程規(guī)范, 以及流域規(guī)劃、各城市總體規(guī)劃、已批復(fù)的各城市防洪規(guī)劃, 確定各堤段的洪水標(biāo)準(zhǔn)。
防洪標(biāo)準(zhǔn)從某種意義上講又是一個動態(tài)觀念, 由于洪水變化的幅度很大, 尤其是上游山區(qū)性河流, 洪峰大, 但歷時較短, 洪水陡漲陡落。過高的標(biāo)準(zhǔn), 必然造成工程投資增加, 在經(jīng)濟(jì)性上顯然是行不通的。防洪標(biāo)準(zhǔn)實質(zhì)上的是根據(jù)區(qū)域當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)情況, 確定一定的防洪安保體系, 同時也承擔(dān)超過設(shè)定標(biāo)準(zhǔn), 失事后帶來的風(fēng)險, 取兩者的一個相對均衡點[1]。
修水縣城位于修河上游, 修河由西至東將縣城劈成兩半。根據(jù)已批復(fù)防洪規(guī)劃, 城西發(fā)展片區(qū)為城市規(guī)劃新區(qū), 現(xiàn)狀主要由荒地與農(nóng)田組成, 規(guī)劃新建黃田里土堤與堤后高地連接, 自成一完整的防洪體系。根據(jù)現(xiàn)有規(guī)程規(guī)范, 采用10年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)即可滿足要求, 考慮日后修水縣城市協(xié)調(diào)發(fā)展及當(dāng)?shù)鼐用駥Ψ篮榘脖ＵJ(rèn)知等社會穩(wěn)定因素, 設(shè)計時采用與其他片區(qū)一樣的防洪標(biāo)準(zhǔn), 即20年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)。
1.2 堤頂超高
根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》堤頂超高 (Y) 由設(shè)計波浪爬高 (R) 、設(shè)計風(fēng)雍水面高度 (e) 和安全加高 (A) 相加, 即Y=R+e+A[2,3]。其中R經(jīng)采用經(jīng)驗公式可得, 江河堤防風(fēng)雍水高度e通常在10-4m級別上, 可忽略不計。安全加高A根據(jù)堤防級別由《堤防工程設(shè)計規(guī)范》查表可得, 如表1。
結(jié)合堤頂防汛公路路面硬化, 在保證堤防安全的條件下, 若按允許越浪的堤防設(shè)計, A可取小值。計算波浪爬高時, 風(fēng)向、風(fēng)區(qū)長度與風(fēng)速對其影響很大, 為簡化計算通常保守的做法都是按最不利因素疊加計算, 尤其是汛期高水位時的風(fēng)向并不都是與堤線垂直, 這樣就片面的增大了堤頂超高。本文認(rèn)為, 在山區(qū)河流洪水歷時較短的地方, 可人為降低波浪爬高, 甚至不計波浪影響, 僅按堤防等級選取安全加高。
萍鄉(xiāng)市的安源主城區(qū)及湘東副城區(qū)位于淥水中游萍水河段, 萍水河從城區(qū)穿過, 根據(jù)水文氣象資料按照規(guī)范計算堤頂超高見表2。
選取的典型斷面計算安全超高值主城區(qū)為1.71m, 湘東副城區(qū)為1.45m。因萍鄉(xiāng)市地處淥水中上游, 洪水歷時較短, 現(xiàn)有地面基本與設(shè)計洪水平齊或不低于設(shè)計洪水50cm, 若按保守計算選取堤頂超高, 將阻擋居民親水視線, 不利城市親水景觀建設(shè), 結(jié)合萍鄉(xiāng)市已建達(dá)標(biāo)工程防洪標(biāo)準(zhǔn), 主副城區(qū)堤頂超高均取1m。
在鄉(xiāng)鎮(zhèn)防洪與河段整治工程中, 有一些防洪工程地面高程基本與水位平齊或不低于設(shè)計水位30cm, 若新建堤防, 不但壓占土地, 還將改變原有排水體系, 帶來新的內(nèi)澇問題。結(jié)合審查單位意見, 設(shè)計對此類工程一律取消新建堤防, 僅對原有岸坡進(jìn)行防護(hù), 并在坡頂修建防汛道路, 汛期允許其高水位時越浪。此外, 同等級別沿河兩岸及上下游堤防工程堤頂超高應(yīng)統(tǒng)一、協(xié)調(diào)確定, 保證沿河居民防洪安保安全感, 促進(jìn)社會穩(wěn)定、和諧發(fā)展。
2 筑堤材料問題
目前我國筑堤料主要還是采用土料, 在《堤防工程設(shè)計規(guī)范》中對筑堤料有明確要求, 設(shè)計時按要求選取即可, 但在有些地區(qū)尤其是山區(qū), 本身土料就比較匱乏, 滿足筑堤要求的土料場距工程區(qū)較遠(yuǎn)。因此, 若在筑堤中能合適就近取用當(dāng)?shù)氐牟牧? 通過采取相應(yīng)的工藝控制措施, 保證筑堤質(zhì)量, 這將大大減少工程投資[4]。
位于饒河干流的景德鎮(zhèn)市, 其航空工業(yè)園區(qū)的呂蒙堤, 土料場距工程區(qū)較遠(yuǎn), 工程區(qū)附近的宋家山風(fēng)化料場其儲量及質(zhì)量均滿足筑堤要求, 從工程投資經(jīng)濟(jì)性考慮, 并結(jié)合當(dāng)?shù)氐谭澜ㄔO(shè)經(jīng)驗, 采取粘土斜墻防滲、背填風(fēng)化料的堤身斷面, 通過計算, 堤身抗滑、滲流穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。
隨著土工技術(shù)的發(fā)展, 越來越多的新型筑堤材料得到應(yīng)用, 既要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況, 又要考慮工程對環(huán)境的影響[5]。贛江下游尾閭地區(qū), 河道開闊, 河床下切嚴(yán)重, 河中多分布沙洲, 當(dāng)?shù)卣惩亮蠀T乏, 河道兩岸防洪堤基多為透水性較強(qiáng)的砂性土。結(jié)合區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平, 該區(qū)域防洪堤多采用拋石和吹填砂筑堤, 深層攪拌水泥土薄壁防滲墻防滲。采用該種筑堤方法具有施工簡單、節(jié)約工程投資等重要意義。
3 堤防加固斷面型式問題
本次設(shè)計范圍內(nèi)的萬畝農(nóng)田圩堤33座, 其中5萬畝以上的圩堤就有5座, 可以說他們是江西地區(qū)的重要產(chǎn)糧基地。這些圩堤大都建設(shè)年代相對較遠(yuǎn), 存在著土層碾壓不夠充分等問題。歷年來, 僅對出現(xiàn)過較大險情的堤段進(jìn)行過處理。對這些圩堤的加固, 既要對險情有針對性的處理, 又要保證堤防斷面達(dá)標(biāo)。
地處修河支流潦河的宋埠堤, 現(xiàn)狀堤頂已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計洪水位, 但由于筑堤料質(zhì)量參差不齊, 尤其是采用砂土筑堤的部分段落在外河高水位時, 堤后常有泡泉出現(xiàn), 根據(jù)滲流計算結(jié)果, 采用在堤后蓋重砂土, 蓋重厚度根據(jù)計算結(jié)果確定。在未出險堤段, 部分堤段雖然堤頂寬度不足4.0m, 但是在計算堤頂高程處, 堤身寬度已然大于4.0m, 堤坡約為1:2, 故不對此類堤段堤身加高培厚, 僅在堤頂鋪設(shè)3.5m寬防汛道路以及對堤容堤貌進(jìn)行修整, 典型斷面如圖1所示。
位于贛江支流袁河上的袁河南聯(lián)圩, 處于凹岸的部分段落受河水沖刷, 岸腳壤土層淘刷、崩塌嚴(yán)重, 危及堤防的安全運行。結(jié)合江西省內(nèi)堤防工程的成功經(jīng)驗, 采取水下拋石固岸處理, 拋石料單塊質(zhì)量根據(jù)計算選取。對堤寬與堤坡不滿足要求的, 在迎水坡按1:2.5坡度填筑粘土并壓實, 背水坡在滿足滲流及抗滑穩(wěn)定的前提下, 在堤坡約為1:2的前提下, 原則上不對背水坡進(jìn)行培厚, 堅決避免一味追求標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計斷面, 采取貼表皮及“騎馬式”的培厚方式。典型斷面如圖2所示。
4 結(jié)語
江西省五河治理防洪工程是江西省基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分, 它關(guān)系到子孫后代福祉, 加強(qiáng)防汛抗旱工程體系建設(shè)與助力江西省社會與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要舉措之一。本文結(jié)合筆者親身參與設(shè)計及審查時遇到的問題, 對防洪堤設(shè)計中遇到的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、堤頂超高、筑堤材料、加固斷面型式、項目管理進(jìn)行剖析, 并輔以工程實例論述, 對防洪工程設(shè)計具有一定的參考價值。
參考文獻(xiàn)
[1]胡洪志, 王金航.杭州城市防洪工程設(shè)計若干問題思考[J].浙江水利科技, 2000, 增刊5-6.
[2]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院等.堤防工程設(shè)計規(guī)范 (GB50286-2013) [S].北京:中國計劃出版社, 2013.
[3]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計總院等.堤防工程設(shè)計規(guī)范 (GB50286-98) [S].北京:中國計劃出版社, 1998.
[4]歐文昌.梧州河?xùn)|防洪堤筑堤新技術(shù)應(yīng)用[J].人民珠江, 2007, 增刊 (2) :20-21.
[5]劉斯宏, 蔣亞清.圍墾筑堤新材料與新工藝研發(fā)與應(yīng)用[J].水利經(jīng)濟(jì), 2012, 30 (3) :35-39.
