韶关市堤防加固及水环境改造实践方案

李日养

(广东省韶关市防洪管理中心，广东 韶关 512026)

韶关市区位于北江、武江、浈江交汇处，市区堤防2000年开始建设，到2015年已新建堤防约为43 km，新堤发挥良好的防洪功效，且起到美化河岸效果[1]。但市区旧堤随着城区发展，安全、环保等问题愈显突出，如旧堤防洪标准低、城区污水沿堤直排污染水环境等，故无论从防洪还是环保角度，对其实施加固和改造很有必要。

1 旧堤及城区排水原状

1.1 旧堤原状

市区旧堤均建于20世纪七八十年代，防洪标准达不到20年一遇，年久失修且安全稳定性差。旧堤不同程度存在基础掏空、堤面开裂脱落、堤后回填料流失等隐患(见图1)，部分堤段甚至出现过垮塌[2]。其原因主要包括：

图1 旧堤及城区排水原状示意

1)堤身防洪标准不达标。旧堤参照市政标准建设，为一般挡土墙，功能单一未考虑行洪、排洪等功能，防洪标准不达标。

2)堤后回填土多为粘性土等杂填土，透水性差，洪水骤降消落时堤后排水不畅，侵水后抗剪强度降低幅度大。

3)堤脚回填以砂质黏土为主，且堤脚抗冲刷深度和防护措施不足，抗冲能力差。

鉴于以上不利因素，受河水长期迎流顶冲或非迎流顶冲，旧堤易失稳破坏，已成为城区防洪安全的隐患。

1.2 城区排水原状

韶关市区排水系统均建于20世纪80年代，排水管道没有统一规划和设计，管道陈旧老化、管网未优化布置，城区生产、生活污水沿堤出水涵管直排出河(见图1)，造成河道水体污染，影响河岸水环境。

此外，沿堤出水涵管高程低于河道正常水位，暴雨期外江水位高涨、顶托，容易造成排水不畅和形成内涝。

2 项目主体设计方案

2.1 堤防加固设计

经现场设计勘察，旧堤范围内大部分河段的地质状况良好，基本不存在抗滑稳定、抗渗稳定、抗震稳定问题和软土等薄弱地质问题，但旧堤堤基埋深浅，容易造成抗冲失稳。故本工程设计在不影响河道行洪，且保证旧堤安全以及改善河道水环境前提下，采用结合原旧堤结构在外侧加厚堤身进行贴坡加固[3](截污管沿加固堤脚布设，截留沿途污水并统一排放到下游第二污水处理厂处理，新旧堤典型设计断面见图2)。

图2 新旧堤典型设计断面示意(单位：高程 m，尺寸 mm)

为确保堤防满足设计地基承载力要求，加固堤基础须座落在稳定、中等密实的砂卵石层上，局部软基或失稳堤段采取抛填块石人工地基。加固堤轴线与旧堤保持一致，加固后堤防防洪标准达到20年一遇。此外，结合本工程特性，分别在北江河段建设2个大型亲水休闲平台。

堤防加固主体设计包括加固堤选材、断面形式和安全稳定等内容，具体如下：

1)加固材料比选

根据韶关实际情况及堤防加固施工经验，采用混凝土、浆砌石和埋石混凝土，3种建材对比如下：

通过综合比选(见表1)，各方案总投资相差不大，但混凝土施工速度快，能缩短工期，质量易控制，对市民影响也能降至最低，故本工程设计推荐C20混凝土作为堤防加固材料。

表1 加固材料比选

2)设计断面形式

经计算，加固堤顶宽度为1.6 m，结合旧堤原状，加固堤迎水面坡度为1:0.2～1:0.5，截污管设在堤脚部位(见图2)，加固堤在旧堤分缝处设置沥青木板伸缩缝，分缝间距不宜大于20 m。加固堤与旧堤的新旧接触面，应清洗、凿齿槽，齿槽须梅花形布置[3]。

3)挡墙稳定计算

根据工程实际，选取现状最高断面(高10 m)进行结构稳定计算。本工程为2级堤防工程，由《堤防工程设计规范》查得土基正常运行条件抗滑稳定安全系数不小于1.30，非常运用条件不小于1.15[4]。挡墙稳定计算采用水利部推荐使用的PC1500中的G-9程序进行计算。

① 原状旧挡墙稳定计算

计算断面：取墙顶宽1.80 m，迎水面及背水面坡比均为1:0.25，墙趾台阶高2.0 m，宽1.5 m(见图3)。

图3 原状挡墙断面计算示意(单位：mm)

计算工况：

工况1：完建期工况；工况2：堤内水位到堤顶，堤外水位比堤内水位骤降1 m的情况。

经计算，以上2种工况稳定计算均满足规范要求(成果见表2～3)。

表2 原状旧挡墙稳定计算成果

表3 加固至堤顶挡墙稳定计算成果

② 加固至堤顶挡墙稳定计算

计算断面：取墙顶宽2.1 m(加固墙顶厚1.6 m，原旧堤顶宽取0.5 m)，迎水面坡比均为1:0.3，背水面坡比为1:0.25，墙趾台阶高取2.8 m，宽1.7 m(实际宽2.5 m，扣除排污管部分砼重,见图4)。

图4 加固至堤顶断面计算示意(单位：mm)

2.2 截污管设计

本工程设计包含污水截排的相关内容，即：将浈江左岸段、北江左岸段旧堤沿线外露的污水管全部接至堤内截污管，管线总长为10.302 km，截污管采取重力流原理将污水集排输送至下游污水处理厂进行处理。截污管主体设计包括管材比选、管道布设和流量计算等内容，具体如下：

1)管材比选

因截污管集污后统一排放至下游污水处理厂，故所选管材须满足污水处理和排洪要求。根据工程特性和类似项目经验对以下常用管材进行比选。

通过对管材强度、抗腐性、造价、管理维护等方面的综合比选(见表4)，本工程推荐使用HDPE增强中空壁缠绕管。

表4 管材综合比较

2)截污管布置

根据堤防沿线截排要求和污水处理厂排污规模，拟定该工程排污管总长为10.302 km，其中浈江左岸为3.802 km，管径为DN1 200 mm，管道坡度为1：2 000；北江左岸为6.500 km，管径为DN1 200 mm，管道坡度为1:2 000。

本工程将旧堤沿线外露排水管全部经连接管接至堤脚截污管，连接管位置根据实际确定，间隔约80 m布置一个检查井，以便于检修和清淤。

3)截污管流量计算

本工程截污管设计管径为DN1 200 mm，管道坡度为1：2 000，截污管流量根据城区建设密集度比例分段确定，具体为：浈江左岸设计排污规模为7.08万t/d，设计排污流量为0.82 m3/s；北江左岸设计排污规模为10万t/d，设计排污流量为1.16 m3/s[7]。

④ 总水头损失h=hf+hj。

经计算，选用的管道满足集污、排污要求(见表5)。

表5 管道水力计算

3 项目施工要点

为确保工程质量，施工时针对主体工程中的基础开挖、堤身加固混凝土、截污管道安装等关键环节进行重点管控[5-6]。

3.1 基础开挖

旧堤堤脚埋深较浅、堤基结构复杂，在旧堤邻近区域开挖须注意墙体稳定，避免因土体瞬间滑落、悬空造成旧堤失稳；开挖须防止超挖，密切观测边坡和旧堤稳定，并做好险情应急处理预案，有效掌控险情。施工流程为：测量放线→分层开挖→基坑验收→浇筑混凝土→养护→回填。

3.2 堤身加固施工

本工程主体结构为堤身C20砼，属大体积混凝土。浇筑前模板架设牢固，并掌控好仓面清理、入仓浇筑、振捣、养护等一系列工序的施工质量。同时做好砼施工的防雨、防冻措施，按规范做好质量检验，确保堤身加固质量符合设计要求。

3.3 截污管施工

施工前，对管材质量抽样检测和选定安装工艺。管道采用机械吊装，侧重点在管口连接上，须确保管道间连接强度和密闭性满足设计要求[8]。施工流程为：测量放线→吊装管道→管道调平对齐→钢丝绳固定→接口连接→管道闭水试验→埋管混凝土浇筑。

4 项目运行效益

韶关市区旧堤改造加固及环境改造工程于2015年底开工，经过有序实施，2017年6月完工并通过验收。

工程完建后，旧堤基本达到20年一遇防洪标准，起到良好的防洪屏障作用。此外，本工程增加截污、排污、休闲等技术元素，通过堤身截污管收集沿途污水至下游第二污水厂处理，有效杜绝直排出河污染水体现象，目前，河段水质状况全面改善且达标，水质均从Ⅲ类标准提升到Ⅱ类标准[9](均为国标)，河道水体洁净、河岸两边绿水碧波，以往河水营养化、浑浊甚至黑臭水体等水污染现象不复存在，有效改善河道水环境，堤顶绿道尤其是两个大型亲水平台成为周边区域热门的休闲场所和标志性水景观(如图5)。

图5 项目完建效果示意

5 结语

本工程实践证明，韶关市在堤防设计理念方面迈出创新一步，取得防洪效益和水环境等效益相得益彰的效果。工程因地制宜确定堤防加固标准和城区排污标准，做到防洪功能和截污功能的统筹兼顾的经验做法，可适用于在城市水污染整治中参考实施。[10]。