韶关市小岛片区旧堤改造加固工程的设计探究

2022-08-03余昱

黑龙江水利科技 2022年6期

余昱

(韶关市防洪管理中心，广东韶关 512000)

1 工程概述

韶关市小岛片区旧堤改造加固工程位于韶关市浈江区内的小岛片区，韶关市位于广东省北部，北界湖南，东邻江西，东南面、南面和西面分别与本省河源、惠州、广州及清远等市接壤。韶关市区属侵蚀-堆积的地貌特征，沿北江和支流武江、浈江两岸发育Ⅰ、Ⅱ级阶地，构成丘陵区山间冲积盆地。沿河两岸还发育有高漫滩、低漫滩和河中沙洲。北江及支流两岸局部零星分布有Ⅲ、Ⅳ级基座阶地。Ⅰ级阶地高程约52-58m，Ⅱ级阶地高程约58-65m。

从勘探成果及防洪堤倒塌事故分析，发现旧堤基础大部分虽已置于砂卵砾石层上，但存在基础埋深不够，堤脚抗冲刷深度浅，清基不彻底，地基处理达不到要求的情况。堤身浆砌石质量差，堤身浆砌石不饱满，空洞较多。堤后回填土多为以黏性土为主的杂填土，洪水骤降消落时堤后排水不畅。从上述对旧堤防情况分析，旧堤防堤基处理和堤身质量未达规范要求，应进行加固处理。

本工程范围内，已建堤防中新堤基本不存在抗滑稳定、抗渗稳定、抗震稳定问题和特殊土引起的问题，堤基地质结构较简单，新堤亦未发生历史险情，堤基工程地质条件较好，属B类。旧堤基本不存在抗渗稳定、抗震稳定问题和特殊土引起的问题，堤基地质结构较简单，但旧堤存在堤基因埋置深度浅，堤脚抗冲刷深度不够，堤脚、堤基易冲刷掏蚀破坏，堤后回填土抗剪强度低，旧堤防存在抗滑稳定的问题[1]。旧堤出现多处险情，历史险情较普遍，综合评价旧堤堤基工程地质条件较差，属C类。

2 工程建设的必要性与防洪标准及总体方案

2.1 工程建设的必要性

韶关市区防洪排涝工程第一、二期工程的新建河堤部分均已完工并发挥了其防洪的功效，2010年初市区旧堤部分从武江右岸的江湾名庭处至北江右岸的林桥坑出口处的旧堤加固与排污管网结合工程第一阶段工程也已完成，达到了旧堤加固、沿途截污和统一排污的功效，同时也起到了美化河岸和市容市貌的效果[2]。但旧堤其他部分随着韶关市经济的快速发展、城市建设的不断完善，在安全、美观性等问题上已越来越突出，特别是在汛期洪水行洪涨水时，旧堤容易漫顶，容易崩塌，旧堤的现状已经成为严重危及市民的生命及财产安全的隐患，而且崩塌时对市区的市容市貌影响很大，制约了韶关市建设文明城市、生态城市的步伐[3]。

本工程的建设不论从对市区旧堤安全加固、满足防洪要求的角度上，还是从还市民一个安全、美观适于休闲散步的一段滨江路段的角度上，都有着其充分的必要性，对韶关市区建设、提高城市品位、建设文明城市意义重大。

2.2 防洪标准及总体方案

根据国家防洪标准及原相关韶关市区防洪排涝工程批文批复，韶关市城市等级为Ⅲ级，属中等城市，堤防工程级别定为2级。韶关市小岛片区旧堤改造加固工程按20a一遇防洪标准设计，库堤结合后达到防御100a一遇洪水标准。由于海关段2.21km(桩号武左0+000-武左0+770段和浈右0+000-浈右1+442段)长的堤段地势较低，若按20a一遇防洪标准设防，加固后堤顶将高出现状堤顶2.3m(最高点)，会对城市景观、群众生活造成影响(该段是市区群众观赏江景的繁华段)。为将影响降至最低，韶关市政府组织开展关于本工程海关段加固方案的民意调查，调查结束后市政府组织召开了关于本工程海关段加固方案的讨论会，会议决定将海关段河堤分近、远期两阶段进行加固设计，近期使其防洪标准达到10a一遇，远期使其防洪标准达到20a一遇，逐步完善韶关河堤的防洪体系。综上本次加固工程海关段2.21km仅考虑近期目标，即海关段河堤按10a一遇洪水标准进行加固(该方案亦为民意调查支持率最高的方案)，该方案既满足了市区群众观赏江景的需求，也保证了市区河堤的防洪能力，除海关段以外其余段防洪标准仍为20a一遇不变[4]。

为了提高韶关市区的防洪能力及旧堤的安全性，近期将对韶关市区武江和浈江进行旧堤改造加固。工程范围为韶关市区武江左岸、浈江右岸，其中武江左岸从一期河堤起点至海关处，浈江右岸从东河大桥至海关处。工程建设的内容为旧堤加固。工程总布置长度7.488km，其中浈江右岸加固长2.088km(韶关海关至东河大桥)。武江左岸加固长度5.40km(韶关海关至韶关市第一污水处理厂出水口下游约470m一期河堤新建起点处)[5]。

3 韶关市小岛片区旧堤改造加固工程的设计要点

3.1 设计洪水

韶关市区北江洪水是由浈江和武江洪水遭遇叠加而成，韶关市区设计洪水，直接引用韶关站实测和调查的洪水资料进行分析计算。武江河口上游有犁市水文站，浈江河口上游有长坝水文站，故武江及浈江市区洪水采用面积比公式进行分析计算。韶关市区北江年最大洪峰流量成果如表1所示。

表1 韶关市区北江年最大洪峰流量成果表

韶关市武江集雨面积7097km2，采用水文类比法的面积比公式计算韶关市武江的20a一遇(P=5%)频率洪水流量：

(1)

同理可求得韶关市武江10a一遇(P=10%)洪水流量为4218m3/s，5a一遇(P=20%)洪水流量为3442m3/s。

韶关市浈江集雨面积7554km2，采用面积比公式计算浈江河100a一遇(P=1%)频率、洪水流量。

(2)

同理可求得韶关市区浈江10a一遇(P=10%)洪水流量为4489m3/s，5a一遇(P=20%)洪水流量为3706m3/s。

3.2 堤线布置

工程总布置长度7.488km，其中浈江右岸加固长2.088km(韶关海关至东河大桥)。武江左岸加固长度5.40km(韶关海关至韶关市第一污水处理厂出水口下游约470m一期河堤新建起点处)。

1)桩号浈江右岸桩号浈右0+000-浈右1+442段(韶关海关至怡景花园附近)长1.442km，本段加固后堤顶高程为10a一遇洪水高程，该高程高于现状堤顶，高差在0-1m范围内，该堤型设小台阶与地面相接，堤顶设人行平台，平台外侧设防浪墙。

桩号浈右1+442-浈右2+088段(怡景花园至东河大桥)长0.646km，本段加固后堤顶与现状堤顶齐平，堤顶设人行平台，平台外侧设防浪墙[6]。

2)武江左岸桩号武左0+000-武左0+770段(韶关海关至武江桥附近)长0.770km，本段加固后堤顶高程为十年一遇洪水高程，该高程高于现状堤顶，高差在0-1m范围内，该堤型设小台阶与地面相接，堤顶设人行平台，平台外侧设防浪墙。需特别指出的是桩号武左0+019处为观景平台，该观景平台现状堤顶能达到本次加固的防洪标准，为降低本工程对现状景观的影响该平台本次不改造[7]。

桩号武左0+770-武左3+400段(武江桥附近至五里亭大桥附近)长2.63km，本段加固后堤顶与现状堤顶齐平，堤顶设人行平台，平台外侧设防浪墙。

桩号武左3+400-武左4+435段(五里亭大桥附近至敏捷地产附近)长1.035km，本段加固后堤顶高程为20a一遇洪水高程，该高程高于现状堤顶，高差在0-1m范围内，该堤型设小台阶与地面相接，堤顶设人行平台，平台外侧设防浪墙[8]。

桩号武左4+435-武左5+400段(敏捷地产附近至一期新建河堤起点)长0.965km，本段加固后堤顶与现状堤顶齐平，堤顶设人行平台，平台外侧设防浪墙。

3.3 堤线及堤型选择

本工程属于旧堤改造加固工程，工程等加固建筑物均在原河堤外侧及堤顶实施，故本工程基本无方案选线比较[9]。

本工程为旧堤改造加固工程，而且位于韶关市区中心位置，为尽量避免工程对市民的工作及生活造成太大影响，同时也达到节省工程造价的目的，对旧堤进行拆除重建是不现实也不可行的，故采用结合原旧堤结构在外侧加厚堤身的方式是最为可行且较唯一的加固型式。本阶段推荐采用加固堤的加固材料采用混凝土材料。

3.4 堤防设计

1)堤防设计方法。本次的旧堤加固设计采用结合原旧堤结构在外侧加厚堤身的方式进行加固，故设计加固堤型仍根据原旧堤的实际情况采用贴坡式堤型。为保证本工程旧堤改造加固堤段能满足一定的防洪要求，同时避免堤顶过高影响城市美观，故采用以下的设计布置原则：当旧堤堤顶高程低于设计洪水位(海关段2.21km本次只实施近期方案，该方案设计洪水为10a一遇，其余段设计洪水为20a一遇)时，加固堤顶高程与设计洪水位齐平；当旧堤堤顶高程高于设计洪水位时，加固堤顶高程与旧堤顶高程齐平。加固堤顶以上设置防浪墙(材料为大理石)以满足防浪、超高及人群安全要求。

原则上加固堤加固宽度为1.6m，挡墙迎水面坡度为1∶0.2。部分堤段因现状迎水面坡度较缓加固后坡度仍基本以原旧堤坡度为准取1∶0.25或1∶0.3。挡墙加固堤材料为C20混凝土(外悬部分为钢筋混凝土结构)。

2)河堤稳定计算。根据本阶段各河段旧堤加固河堤高度和断面布置情况，现选取堤型2(加固堤顶与现状堤顶齐平的堤型)中的最高的断面(高11m)、堤型3(加固堤顶高于现状堤顶1m以内的堤型)中的最高的断面(高11m)进行结构稳定计算。本工程为2级堤防工程，主要建筑物级别为3级。由《水工挡土墙设计规范》查得土质地基基本组合抗滑稳定安全系数≥1.25，特殊组合≥1.10，抗倾覆安全系数基本组合≥1.5，特殊组合≥1.4。

挡墙稳定计算结果如下：

a)堤型2稳定计算结果如下：

计算工况为：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1m的情况。经计算，计算成果见表2。