组合式金属防洪挡板在浙江余姚临时型防汛中的应用情况分析

(杭州中车车辆有限公司，浙江 杭州 311223)

组合式金属防洪挡板技术通过拼装式的铝合金墙体与立柱达到抵御洪水的目的。组合式金属防洪挡板是一种能够在一定受限的工作面进行安装的防洪墙结构，并且能够与现有堤防结合，有效解决现有堤防防洪高程不足、堤防高度与景观生态不协调等问题，并有效控制其占地面积。目前，该技术在国内处于起步阶段。该技术除应用在作业面积受限的中心城区堤防加高工程外，也能够用于重要建筑物防护。本文结合余姚防汛背景介绍了组合式金属防洪挡板在余姚的应用现状，并提出了改进建议。

1 余姚防汛背景

1.1 水文条件

余姚市位于浙江省宁绍平原，地处长江三角洲南翼，水资源总量丰富。姚江、最良江穿主城区而过。余姚市东接宁波市，临近太平洋，受到梅雨型洪水及台风型洪水的双重影响。梅汛期从4月持续至7月，自7月中旬进入主汛期(台汛期)，持续至9月底。9月底至10月，较易受到由广东、福建等东南沿海地区登陆的台风外围气旋带来的降雨影响，台汛期的时间有可能持续至10月下旬。

2013年10月5—9日，受第23号强台风“菲特”和24号热带风暴“丹娜丝”及冷空气共同影响，姚江最高水位余姚站上涨至3.49m(85高程)，超过历史最高水位0.53m，城市内涝十分严重，余姚经济损失超过227.70亿元，约为当年余姚市国民生产总值的33%。70%主城区受淹，交通瘫痪，因进水导致部分变电所、水厂、通信设备障碍，供电供水出现困难。主城区全线停水、停电，商业、贸易行业损失严重[1]。

1.2 项目简介

2013年12月，浙江省委十三届四次全会提出“五水共治”计划，余姚因地制宜对症下药，将防洪排涝列入城市基础设施建设重点工程之首，计划三年内投入约112亿元用于防洪排涝建设。城区和卫星镇防洪标准则要基本达到50年一遇，排涝标准为20年一遇积水24h排除[2]。

2015年年底，余姚市宣布将实施姚江城区段堤防加固工程(二期)，该工程是姚江干流防洪整治工程的重要组成部分。在姚江城区段堤防加固工程(二期)中，拟加固堤防总长度共计19.22km，具体为姚江干流(食禄桥江—竹山江)段加固堤防长度8.96km，最良江段加固堤防长度7.37km，老最良江(临溪路—最良江)段加固堤防长度2.89km[3]，其中采用组合式防汛挡板的区段长约4.60km。

2 适用背景分析

组合式金属防洪挡板在余姚城区的运用主要基于以下几点：

余姚市流经城区的有三条主要河流，分别是姚江、最良江、老最良江。其中，姚江、最良江将余姚主城区分割为两地四岸，主城区普遍开挖面积受限。以最良江北岸为例，需要进行堤防提标的区域宽度最窄处仅有3m左右，河道两侧均为密集的居民生活区或者紧邻道路。故与此地情况类似的区域需要使用一种能够在较窄的受限作业面进行施工的防洪墙结构[4]。

2013年10月8日，余姚全城被洪水围困，最高水位达3.46m，超出历史最高水位0.53m。据资料显示，非汛期及梅汛期5年一遇洪水位为2.50m，余姚地区50年一遇设计洪水位为3.60～3.57m。在2015—2017年实施的姚江城区堤防加固加高工程一期、二期中，设计堤顶高度在50年一遇的设计洪水位高程基础上再次提标，堤顶标高在4.18～4.23m。数据显示，2013年10月8日部分代表站的水位为1962—2013年的最高值[5](见表1)。

表1 代表站历年最高水位情况

表2 暴雨重现期分析

然而，根据重现期数据，在2013年严重水灾时达到的最大水位在10年、20年出现的可能较低(见表2)。以2010年水雨情数据为例，在2010年，未达到50年一遇的设计水位，在6—10月的梅汛期后期至台汛期，水位明显超出常水位，但是河网及水库仍未达到高位运行[6]。故为了达到堤防提标要求，需要一种能够在具有防汛高程要求时起到防洪作用，在非汛期姚江处于常水位(姚江常水位为1.33m)时能够从现场移除的防洪墙结构。

随着城市现代化建设的不断加速，对城市建设目标多功能、高品位的要求不断提升。随着“五水共治”理念不断深入人心，人们对水环境认识和利用的深入，中心城区的堤防建设不仅要满足其设计标高的需求，更要与亲水环境、城市景观相融合，以人与环境和谐发展的方式推动堤防提标工程的建设[7]。

比如，参考已成为展示武汉市城市整体形象的窗口的武汉江滩目前情况，存在的主要不足是，现有钢筋混凝土防洪墙堤顶高出地面(路面)3.5～5m，高耸的墙体难以满足市民和游客堤内外观景和亲水的要求，从堤外进入到堤内需要经过向上抬高3.5～9m的阶梯形步道[8]。在汛期，闸口采用回填黏土的方式进行封闭，汛期结束后的一段时间内，闸口附近十分泥泞，严重影响城市景观和卫生环境。

余姚是一座有着悠久历史的人杰地灵的古城，同时余姚河姆渡遗址是国家级文物保护单位[9]。这就要求在防洪工程提标中，需要注意与城市古典风貌相结合的景观要求。结合余姚市目前的自然环境，需要根据不同区段的现有堤防的情况采用不同类型的预防性防洪结构。故为了满足与城市环境协调相适应的景观要求，需要一种在防汛期间较为美观、与城市环境良好协调的防洪墙结构型式，避免使用沙袋或者回填黏土的方式进行堤防封闭工作，减少对人行、车行环境的影响，降低汛期过后的日常清理工作压力。

3 应用情况

基于以上原因，在余姚市姚江城区堤防加固加高工程(二期)中使用的是一种由轻型移动式防洪挡板组成的防洪墙。该防洪墙由组合式防汛挡板(叠梁)、立柱、止水密封件、下压扣件、预埋件组成(见图1)。止水密封件在产品加工过程中安装在防汛挡板(叠梁)的底部、立柱垂直于地面的槽内、立柱的底部。防洪挡板(叠梁)、立柱、预埋件的每个部件重量控制在25kg以内，单个部件可以由一名操作人员搬运。

图1 组合式金属防洪挡板各部件示意图

3.1 预埋件施工

预埋件是首先进行施工的部分，先进行混凝土基础浇筑。根据预埋件顶面宽度，如针对1m防洪高度的预埋件，其开挖宽度可以控制在50cm以内，在余姚市中心城区的施工过程中，部分区域重新进行表面铺装，开挖作业面可拓宽至3m左右。混凝土浇筑完成后，预埋件与道路完全持平，不会影响路面的平整度，不影响车行、人行交通(见图2)。组合式挡板不进行安装时，螺栓孔以内六角螺丝封闭，可以起到一定的保护作用。

3.2 立柱设置

根据余姚市中心城区现状堤防情况，除西石山桥道路附近采取1.75m高立柱(防洪高度1.60m)外，其他区域采用1.15m高立柱(防洪高度1m)。立柱为整个结构的支撑结构，起到类似承重梁的作用[10]。应用于余姚市的组合式金属防洪挡板属于无斜撑的类型。

3.3 防汛挡板安置

防汛挡板是防洪墙最为主要的部件。当洪水来临时，挡板就会被直接安装进每两根立柱之间进行堆叠，最上部使用下压件进行固定，挡板与挡板之间利用其自身机械咬合及配套密封条进行密封。标准件每块挡板的高度为20cm，五块挡板即可堆建起一面1m防洪高度的防洪墙。标准防洪宽度为3m的一块挡板，重量仅为21kg，仅需要一个工人就可以抬起进行搬运，安排两个工人则可以更快地从两边抬起并完成拼装工作。挡板为中空结构(见图3)，水位上升时，立柱靠近迎水面的密封件在水压力作用下，可使水流缓慢进入空腔挡板内部，使挡板自重增加，进一步提升密封效果。图4为姚江南岸组合式防洪挡板安装的现场情况。

图3 防汛挡板空腔截面图

图4 安装实景(姚江南岸姚江怡景花园门口)

除梅雨、台风所带来的降雨外，余姚市姚江堤防加固工程(二期)中的一项重要内容是加强“北排”措施。以2013年余姚水灾中的情况为例，10月5—8日的连续暴雨正值农历九月初天文大潮，受到高潮位顶托，姚江干流整体排水不畅，同时上游来水不断，加剧了姚江干流及姚西北的整体排涝压力。在暴雨过境后，城区内积水也持续一段时间才缓慢排净。故在针对中心城区进行提标设计时，采取了中心城区包围的防洪策略，采用了偏向于“堵”的措施，即在短时间内采用安装轻型组合式金属防洪挡板，防止姚江、最良江水位过高倒灌进城市居民区，给城市排水系统及各个泵站排水赢得时间。

4 需要改进的建议措施

目前，应用于余姚中心城区的组合式金属防洪挡板能够满足占地面积较小、可拆卸、与景观协调适应的要求，但在运行过程中也暴露出了一些缺陷与不足，需要在设计和生产制造层面加以提升。

a.组合式防洪挡板对于防洪环境的适应性仍然有待提高。目前，余姚中心城区在全民健身中心等区域，出现了大量的不规则地区，比如出现90°、135°或其他不规则度数的应用区域，目前能够满足90°、135°防洪墙设计，但是对于落差较大等非常规区域仍然适应能力不足。

b.目前组合式防洪挡板及其他类似的轻型移动式防洪墙没有准确的、可供参考的设计标准。目前对防洪挡板及轻型防洪墙的强度设计、监测等采用现行《钢结构设计规范》(GB 50017)、《铝合金结构设计规范》(GB 50429)等进行，并参考现行《变形铝、镁及其合金加工制品拉伸试验用试样及方法》(GB/T 16865)、《铝及铝合金化学分析方法等材料或材料加工制品的标准》(GB/T 20975)进行检测。根据该产品结构的自身特点，结合混凝土施工标准、水闸设计规范、钢闸门设计规范等，尽快出台相应的标准也是目前的工作重点之一。

5 结 语

组合式金属防洪挡板能够与余姚市城区对景观保护的要求相契合，能够满足城区防洪排涝的相关标准。余姚市姚江城区段堤防加固工程(二期)中大规模应用组合式防汛挡板，在国内是首次，是以组合式防洪挡板为代表的轻型装配性、移动式防洪墙在国内应用的里程碑。在此次应用中也暴露出该结构型式的不足之处，在保证其轻便性的同时，应将增强其适应性、推动相关标准的出台作为工作重点。