城市堤防工程设计的体会与思考

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简介： 在堤防建设中，城市堤防的新建和加固占有相当比例。建设城市堤防工程，不能与城市总体建设截然分开。作者在参与沿海城市和内陆城市的堤防设计中，遇到了堤防建设与城市建设之间的矛盾，设计中根据各堤防的实际情况，采用合理的设计方案，并结合采用适宜的景观设计，较好的解决了这些矛盾。
关键字：城市堤防 堤型选择 可持续发展

1 前言

　　改革开放以来，我国城市建设取得了迅猛的发展，完成了一大批直接影响国民经济和人民生活水平的基础设施建设，人们的工作、生活环境也得到大大的改善。但城市建设发展越快，因洪涝灾害给城市建设带来的损失也越大。因此，对城市防洪的要求愈来愈迫切，特别是遭遇1998年的特大洪水后，各级部门对防洪工作的重要性有了更加明确的认识。近几年来，通过新建堤防、对原有堤防除险加固等措施，大大提高了城市防洪抗灾的能力。

　　城市堤防工程，是城市总体建设的重要组成部分,不能与之截然分开。作者参与沿海城市和内陆城市的一些堤防设计，遇到了堤防建设与城市建设之间的矛盾，设计中根据各堤防的实际情况，采用合理的设计方案，并结合采用适宜的景观设计，较好的解决了这些矛盾，在建设堤防的同时，进一步美化城市环境。本文就城市堤防工程设计中的问题谈谈个人的几点认识。

2 城市堤防设计的新思路

　　堤防的主要功能，是使某一保护范围能抵御一定防洪标准的洪水的侵害。城市市区的江河沿岸常常是人口集中和经济比较发达的地带。因此，城市防洪堤对城市的生存和发展起着至关重要的作用。

　　随着现代化建设的推进，城市多功能高品位的建设目标和可持续发展的总体要求，对城市堤防建设提出了新的更高的要求，即城市防洪堤不但要具有防洪功能,还要具有景观环境功能,必要时具有交通、商业等多种功能，走可持续发展之路。人们对对防洪工程的认识在不断深化，单纯的工程水利正在逐步包含环境水利、资源水利等新的内容，从传统水利向现代水利转变。对于受洪水威胁的城市来说，防洪设施的首要功能是防洪抗灾。但随着人们的环境意识日益增强，对生态环境的要求越来越高，过去那种单一的防洪功能的堤防建设远远不能满足现代人的需求。在城市堤防建设中，如何把防洪工程与城市的生态建设有机地结合起来，怎样结合城市特点，发挥防洪设施的多种功能，为美化城市发挥作用，是建设者们必须考虑的问题。在加强堤防建设，提高抗洪能力的同时，积极探索绿化城市、美化城市、造福于民的多方位堤防功能，成为一条结合城市建设、完善堤防功能的新思路。上海市的黄埔江外滩堤防, 广州珠江堤防和其他许多城市堤防建设中已经逐步融入这样的新概念。

3、堤防设计中的几个问题

　　通过参与沿海城市和内陆城市的堤防建设，以及对珠江流域一些堤防的调研,体会到城市堤防工程具有的特殊要求。例如,要提高城市的防洪标准，就需要进行堤防或堤岸加高，若设计中处理不当，极易形成“围城”效应，必然给原有的城市景观带来不利的影响。因此,建设中除了考虑一般堤防的共同点外,更需要注意以下几个方面的问题：

　　1）堤防工程建设必须考虑城市自然条件、社会环境、经济发展等因素。首先,必须服从流域防洪规划, 堤岸线的布置应保证排洪的需要; 同时应与城市总体规划协调，服从城市总体规划所赋予堤防的功能任务。

　　2）重视堤防工程对城市景观的影响, 可考虑与城市旅游设施建设相结合。城市的滨江地带，往往是重要的旅游风景区，不但是城市居民休闲游玩的好去处,旅游观光者能在此接触自然、感受城市美景。因此, 应充分注意河流两岸的生态环境和景观建设，遵循保持自然、回归自然的原则,使城市防洪工程成为一道亮丽的风景线。

　　3）合理确定堤顶高程。堤防的高度取决于洪水位和超高，根据目前情况，波浪爬高和安全超高均采用《堤防工程设计规范》（GB 50286—98）有关公式计算，这一高度有些余地。首先，波浪爬高在大部分城市，特别是内河城市，洪水来势猛，流速大，江面宽度在几十米到几百米之间，吹程短，且高水位持续时间短，与设计风速的组合机率非常稀少；其次，由于城市堤防，特别是老城区的堤防，多与道路相结合，堤身经砌护后的安全度较高，允许短时间越浪。且大部分城市洪水涨退速度快，高水位持续时间短。因此，根据城市的不同情况，可参照规范适当降低堤防的安全超高。但在堤身结构和基础处理等方面增加一定的安全度，做到既安全又美观。

　　4）合理选用堤防结构型式。在城市沿江这一余地不大的范围内建设堤防，要注重城市景观和节省土地等要求。在有条件的地方可考虑堤防与城市交通道路结合建设，并与城区交通道路相连接，发挥防洪抢险道路在非汛期的作用。需要时可与商业建设相结合。比如，建设箱式防洪墙，可以用作商业铺面,如图1。堤防断面选择钢筋混凝土结构或土堤，或是其他种类堤型,需作多方案比较。基础处理根据工程地质条件和堤防工程特点，尽可能的节省工程投资。

　　5）尽可能减少拆迁。由于诸方面的原因，有些城市的河道旁大多已兴建了各种不同类型的建筑物，所剩空间很少甚至于完全没有。工程建设需要大量拆迁，有时是很难做到的。因此，需要采取合理的措施加以解决。如在建筑物较多的老城区，采用直立式挡墙结构，以减少拆迁工程量。

　　6）与城市排水工程和城市污水处理工程相结合。以往在进行城市规划中，城建部门负责市区的排水规划，水利部门负责河道防洪规划，人为地将城市排水规划与城市防洪规划截然分开。在排涝计算方法上两个部门存在很大差异，致使城市排水与城市河道洪水计算不能顺利的衔接。建设中应把城市排水与城市防洪工程协调起来。将城市规划中雨水污水处理工程与城市防洪工程结合考虑。

4、工程设计实例

4.1堤顶高程的确定

　　珠江堤防海运局码头至海军码头段位于广州国际会议展览中心附近，是广州市一江两岸的重要组成部分。堤防工程防洪标准为200年一遇，为1级堤防。

　　珠江属于感潮河道，汛期受流溪河、北江、西江洪水的影响，东江洪水的顶托，更受到来自伶汀洋潮汐作用，洪潮混杂，水流流态十分复杂。枯期则以潮流作用为主。各频率洪潮位差相差不大。200年一遇高潮位为2.60m。

　　根据《堤防工程设计规范》（GB 50286—98）有关公式:

　　堤顶高程=设计高潮位+波浪爬高+安全超高经计算，设计波浪爬高为0.65m。1级堤防安全加高取1.0m。计算得到堤顶超高为1.65m。但按堤防设计规范要求，1级堤防的堤顶(防浪墙顶)超高值不应小于2.0m。因此，设计堤岸(防浪墙顶)高程应为4.65m。

　　珠江堤防海运局码头至海军码段堤岸现有高程为2.10m~2.60m, 堤岸附近地面高程一般不超过3.0m。如果按堤顶高程4.65m设计，堤防需高出地面近2.0m，如不采取一定的措施，按照一般堤防的建设，将在珠江岸边形成围墙，严重影响城市的景观。考虑到堤岸的地形高程已超过200年一遇高潮位2.60m，堤面经砌护后的安全度较高，允许短时间越浪且城市潮水涨退速度快，高水位持续时间短，如加强堤身结构和基础处理，堤防的安全超高也可参照规范作适当降低，经与有关部门协商，采用200年一遇高潮位2.60m上加0.5m，即3.10m作为一期堤岸设计高程，做到既安全又美观。将来结合城市绿化美化保护堤面等措施，达到防洪标准，如图2。

4.2 堤型设计

　　城市防洪堤的结构形式主要有两类：一是土石堤，二是混凝土、钢筋混凝土堤。前者边坡较缓，占用面积空间大，其防渗防冲的可靠性以及抗御超额洪水与漫顶的能力较弱。混凝土堤防尽管本身坚固耐冲，但对软基的适应能力差，且造价高。选用何种堤型, 应根据工程实际情况而定。

4.2.1土堤

　　旅游胜地西双版纳傣族自治州的首府景洪市位于澜沧江干流上，干流穿城而过，将市区分为江南、江北两区。景洪市堤防工程防洪标准为50年一遇，为2级堤防。

　　西双版纳是一个多民族集居的地区，她美丽的自然风光、少有的气候条件和独特的民族风情，不断地吸引大批的中外游客。在这样一个旅游城市环境中修建堤防，必定给城市景观造成影响，能否将不利影响的程度降到最低，在建设的前期工作阶段，引起了人们的普遍关注。不少人担心修建堤防后产生“围城效应”，将会对景洪市景观带来致命的坡坏。因此，解决好这一问题也是设计工作的重中之重。

　　澜沧江堤段紧靠新建的澜沧江大桥，与滨江大道相连，是整个防洪大堤的主要部分，傣族每年一次“划龙舟”、“泼水节”都在这理举办。此堤段地面高程540.0m~547.3m，堤身高7.3m~12.1m，堤顶高程552.1m，位于澜沧江干流南岸，也是城市规划的绿化风景带。设计中选择了相同堤高的土石混合堤、浆砌石堤、均质土堤、加筋土堤四种堤型，从工程投资、工程占地、对景观的影响及施工难易等方面进行比较。比较情况：

　　①浆砌石：施工期长，造价较高，不易作绿化处理，对城市景观影响较大，占地面积较小。

　　② 均质土堤：施工简单，造价最低，易于作绿化处理，对城市景观影响小。但占地面积较大。

　　③施工干扰大，工期长，造价较高，堤后易作绿化处理，对城市景观影响较小，占地面积较均质土堤小。

　　④ 加筋土堤：占地面积小，但造价偏高，且景洪市属于Ⅷ度地震烈度地区，存在地震情况下抗滑动技术问题。综合各方面因素，认为：堤防设计的重点是城市景观影响。因此，将均质土堤作为设计选用堤型。从目前已完成施工的堤段来看，由于堤坡较缓，前后坡均作了绿化，与堤后现有绿地连成一体，避免了人们担心的“围城”出现。如今，已建堤防不但具备防洪的功能, 也已经成为人们休闲的地方。

4.2.2钢筋混凝土堤

　　第4.1节所介绍的广州珠江堤防，位于珠江感潮河道，每天潮涨潮落，不停的对堤岸产生冲刷。堤防采用钢筋混凝土沉箱，上部为“L”型挡墙和桩基础上部为“L”型挡墙结构。此堤型可结合城市景观的要求，设计为亲水结构，如图2。

4.2.3 其他堤型

　　土石混合堤是一种应用较为广泛的堤型，为土堤前坡采用钢筋混凝土或浆砌石，可减少堤防占用河道，也用于路堤结合情况。如，广东佛山大堤、江新联围、韩江南北堤等，都在部分堤段采用这种堤型，如图3。

　　加筋土堤也在一些堤防中采用。加筋土是一种新技术新材料新结构，其最大优点是能够节省天然建材，减少工程占地。由于加筋土的防渗性能还需作进一步研究，目前大多用于堤岸型式，如图4。

4.3堤防基础处理

　　影响堤防基础安全的因素较多,如河势的变化、河道水流的冲淘,都会影响堤防的安全,这类问题一般通过丁坝、护脚、抛石等工程措施解决。但对堤防本身结构而言,地基基础大多为二元结构。需要进行处理的地基有三类：软土淤泥、杂填土、砂性土。对软土淤泥、杂填土,工程措施主要目的是解决承载力问题，而对砂性土工程措施主要目的是解决防渗问题。

　　在软土淤泥上填筑土堤可采用换土垫层法、砂桩挤密法等地基处理方法。景洪堤防澜沧江漫滩段, 地基为淤泥质粘土,设计采用分层预压加固法,在淤泥质粘土上采取临时措施后直接填筑,施工中加强观测。此方法较之换土垫层法、砂桩挤密加固法等节省工程投资约400万元，目前工程运行情况良好。

　　在软土淤泥或杂填土上修筑混凝土或钢筋混凝土堤防, 可采用换土垫层法、砂桩(或碎石桩)挤密加固法、钢筋混凝土预制桩、钻孔(沉管)灌注桩等,具体采用哪种处理方法,视淤泥层厚及上部结构型式而定。对浅层的软土淤泥或杂填土,一般采用换土法处理；深厚的淤泥层地基, 一般采用桩基处理。广州珠江堤防建设中, 对小于5.0m深的淤泥土,全部挖除，回填中粗砂或抛石,上部为钢筋混凝土沉箱；对较深的淤泥土,采用钢筋混凝土预制桩,上部为”L”型钢筋混凝土挡土墙。广西梧州市堤防位于深厚杂填土地基上,采用钻孔灌注桩处理,上部为扶壁式钢筋混凝土薄墙。

　　堤防防渗措施目前采用较多的有: 多头搅拌桩混凝土防渗墙、高喷混凝土防渗墙、土工薄膜等,可根据工程具体情况采用。

5、结语

　　建设城市堤防工程，要考虑城市建设的特点。在进行工程布置时，必须服从城市总体建设规划和城市防洪规划，全面考虑，统筹安排。充分重视堤防工程对城市景观的影响，结合工程建设进一步美化环境。设计中进行多方案比较、论证，在保证达到工程建设目的的前提下，尽可能做到经济合理，节省工程投资。