城市堤防加固与景观融合设计研究

陈 莉

(广东省水利水电第三工程局有限公司，广东 东莞 523710)

0 引言

城市河道堤防是阻挡洪水、保护城区环境的水工建筑物，是城市基础设施的重要组成部分，对城市总体建设和发展起着至关重要的作用[1]。城市河流的价值正在广泛地为人们所重新认识，人们对河流的要求亦不仅限于传统的防洪和兴利。景观视觉形象、环境生态绿化和大众行为心理深刻影响着城市河道景观设计思路，在此基础上提出了河流多样化和高品质的要求。在城市河道加固中，应全程贯彻生态理念，兼顾堤防防洪和景观双重功能，打造和谐宜人的亲水空间，将防洪和周边环境价值相统一。

1 工程概况

沙基涌段堤岸现状是花基结构，堤线凌乱，堤防存在岸线参差不齐、堤身单薄、堤围破坏严重等问题，不利于堤防建设与管理，现状花基堤顶高程2.7 m～3.2 m，远未达到200 a一遇设计高程，因此，该区域遇到台风、珠江高潮位时，堤岸存在严重安全隐患，对堤后的生活生产活动等造成严重影响。

沙基涌堤防达标加固工程，堤防达标全长约2.5 km，涉及现有基础上提高沙基涌堤岸高度，抵御200 a一遇洪水，长度约2.5 km，本工程堤防工程级别为Ⅰ级，对沙基涌堤岸景观整治，桥底进行清洗，粉刷，适当立体绿化，长度约1.3 km，位置示意见图1。

图1 堤防达标加固段示意图

2 堤防加固设计方案

景观型堤防是在防洪疏导的功能基础上充分考虑环境生态、大众行为心理和视觉廊道，与城市周边环境深度融合的堤防形式，其设计思路主要满足以下要求：

(1)服从流域防洪规划，满足防洪排涝要求。

(2)尊重河道及周边环境的景观价值，结合亲水性完善河道景观需求结合人文自然价值充分融合周边环境。

2.1 堤防型式设计

沙面岛与广州大陆被沙基涌分割，面积约0.3 km2，其上有两个国家驻广州领事馆，是外籍人士的主要活动区域。沙基涌堤防沿线有很多过人的出口，未形成闭合系统。基于沙面岛特殊人文环境和生态景观需求，结合堤防现状，拟定相应的堤防断面予以综合比选。

2.1.1 方案一

拆除原有花基，在岸边做150 mm厚C30钢筋砼平台，在临涌边的墩台上做可升降式玻璃栏杆及铁艺景观栏杆，在临水侧做花槽，种植时花。当没有洪水时，将防洪板下移至规范要求栏杆高度；洪水来之前，将防洪玻璃栏杆通过电动起吊车抬升至设计堤顶标高，达到防洪要求。防洪玻璃为10+10双层夹胶钢化玻璃，分2 m一段，中间做钢筋混凝土柱达到固定。升降式玻璃栏杆上部两端均有提升吊环，利用起吊小车将防洪玻璃升降时能更轻便快捷，一个人即可操作。五个桥及各个路口运用临时性防洪挡板或者堆沙包的形式将防洪体系闭合。效果图见图2。

图2 方案一非防洪状态背立面图效果图

2.1.2 方案二

重建花基，在花基内隐藏防洪挡板，当没有洪水时，将防洪板下移至花基内；洪水来之前，将防洪挡板提升上来，达到防洪要求。防洪挡板为铝合金材质，边框和中间柱配件为304不锈钢。防洪挡板一般分3 m一段，中间用活动立柱连接，也可根据现场情况调整分段距离。升降式防洪挡板采用半自动升阶方式，在防洪挡板升降时拧动锁扣就能轻便快捷操作，二人即可轻松操作。五个桥及各个路口运用临时性防洪挡板或者堆沙包的形式将防洪体系闭合。效果图见图3。

图3 方案二非防洪状态背立面图

2.1.3 方案三

拆除原有花基，在岸边做150 mm厚C30钢筋砼平台，在临涌边的墩台上做可升降式玻璃栏杆，在临水侧做花槽，种植时花。当没有洪水时，将防洪板下移至规范要求栏杆高度；洪水来之前，将防洪玻璃栏杆抬升至设计堤顶标高，达到防洪要求。防洪玻璃为10+10双层夹胶钢化玻璃，分2 m一段，中间做钢筋混凝土柱达到固定。升降式玻璃栏杆采用液压杆加滚轮辅助作用，在防洪玻璃升降时能更轻便快捷，两个人即可操作。五个桥及各个路口运用临时性防洪挡板或者堆沙包的形式将防洪体系闭合。效果图见图4。

图4 方案三非防洪状态背立面图

2.2 方案比选

针对本项目特性，对比结果见表1。

由表1可看出，推荐方案优势更大，所以主选方案1，其设计断面见图5。

图5 堤防设计断面图

表1 各设计方案综合比选

2.3 设计方案可靠性和合理性验证

2.3.1 稳定计算

(1)抗滑稳定计算公式

式中：K为抗滑稳定安全系数；f为建筑物与地基间的摩擦系数；∑W为作用于建筑物上的全部荷载对计算滑动面的法向分量；∑P为作用于建筑物上的全部荷载对计算滑动面的切向分量。

(2)抗倾稳定计算公式

式中：KO为抗倾稳定安全系数；MR为对计算截面前趾对稳定力矩之和，kN·m；MO为对计算截面前趾对倾覆力矩之和。

(3)挡墙加高部分的稳定安全系数允许值

加高部分为堤防的一部分，与堤防同为1级建筑物，抗滑稳定安全系数的允许值见表2。

表2 挡墙加高部分的稳定安全系数的允许值

(4)计算工况

稳定计算的工况包括以下3种。正常运用工况：完建工况；设计水位工况。非常运用工况Ⅰ：设计水位降落工况；非常运用工况Ⅱ：地震工况。

稳定计算成果见表3。

表3 稳定复核计算成果

从表3可看出，堤岸挡墙在各种工况下抗滑稳定系数、抗倾稳定系数满足规范要求。

2.3.2 堤防沉降计算

(1)土堤沉降计算公式：

式中：S为最终沉降量，mm；n为压缩范围的土层数；e1i为第i土层在平均自重应力作用下的孔隙比；e2i为第i土层在平均自重应力和平均附加应力共同作用下的孔隙比；hi为第i土层的厚度，mm；m为修正系数，一般堤基的m=1.0，对于软土地基可采用1.3～1.6。

在排水预压荷载作用下，地基土中某点某一时间的抗剪强度及固结度可按以下两式计算：

τft=τf0+Δσz·Uttanφcu

根据上述公式，经计算，堤防平均最终沉降量为850 mm，沉降量较大，需进行处理。经预压固结计算，若采用间距为1.2 m×1.2 m的塑料排水板，深至淤泥层下限以上1 m，利用堤身填土堆载预压4个月，可达到90%的固结度，即施工期完成约90%的沉降量，工后沉降量仅为约85 mm，可满足堤防的正常使用要求。

3 结语

城市河道加固处理中对景观价值需求日益提升，使得河道堤防从满足防洪的单一目标向着景观性、生态型方向转移。本文通过构建城市堤防与周边景观融合的理念完成了堤防设计方案并从地质条件、稳定性和沉降性方面进行安全合理性验证，设计思路对实现河道治理的多目标价值具有积极的推进意义。