滨水景观超级堤工程设计要点研究

彭继承

(广州市南沙区番顺联围管理所，广东 广州 511470)

广州市南沙区地处珠江三角洲出海口，易受洪水和台风暴潮的侵袭，历来是潮、涝为患之地。增强城乡防洪抗旱排涝能力，加快防灾减灾体系建设，是城市水务主管部门一直高度关注的课题。结合历年明珠湾慧谷片区堤围受灾损毁情况，为满足南沙区经济快速发展的需要，保障人民生命财产安全，建设滨水景观超级堤工程十分迫切。

景观超级堤的概念起源于日本，是指在保障防洪安全的基础上，通过融合生态景观元素，利用绿化景观带、多级缓坡平台等加宽堤岸，将单一城市防洪工程与城市道路建设、码头建设、城市景观建设、滨海旅游休闲等基础设施建设结合起来，达到缓冲海浪越岸冲击力，营造多层次、高标准滨海空间的目的[1]。与传统堤防相比，超级堤的高度与宽度之比达1∶10以上，堤防宽度达数十米至数百米，在降低堤顶高度的同时，具有防洪效果好、景观效果优的特点[2]。本文结合明珠湾慧谷片区超级堤工程建设实际，对其主要设计要点进行了探讨。

1 工程概况

慧谷片区位于南沙街南部，北以莞佛高速为界，南临凫洲水道、蕉门水道， 东临狮子洋，西接慧谷西组团，其规划目标为特色水上居住区、多元亲水中心区和高端滨水都会区，是南沙的商业高端配套中心。片区范围内涌水闸至大角山段现状堤围长度约4.82 km，该段堤围始建于20世纪50年代末期，21世纪初曾进行过加固改造。经多年运行后，现状堤防存在的主要问题如下：(1)防浪墙顶高程不满足200年一遇防潮标准。(2)堤防工程堤型单一，多为硬质斜坡断面，其安全性和景观性较差，不适合区域未来“高端商贸、科技创新、优质生活”的发展定位。(3)堤后规划市政道路紧靠堤防，因项目处于深厚软土地区，市政道路的建设将对堤防的结构稳定产生不利影响。综上，对慧谷片区进行景观超级堤建设是必要的。工程建设范围西起工业区涌水闸处，沿南岸东至大角山，总长4.675 km。

2 基础建设条件

2.1 水文气象条件

南沙区地处亚热带季风气候区，属亚热带季风海洋气候，由于背山面海，海洋性气候显著，主要表现为气候温和潮湿，且具有温暖多雨、光热充足、温差较小、夏季长等气候特征。南沙区为台风影响区，台风一般发生在7—9月。据1959—1998年统计资料显示，造成影响的台风共115次，年均受影响2.85次。台风最大风力在9级以上，并带来暴雨，破坏力极大。根据南沙站1963—2009年的历年雨量资料，南沙区多年平均降水量约1700 mm，最大年降雨量为2134 mm(1981年)，最小年降雨量为887 mm(1963年)。

2.2 工程地质条件

表1 各岩土层主要物理力学指标建议值

3 设计要点分析

3.1 设计理念

滨水景观超级堤工程采用“设防不围城”的新理念，即通过利用环岛海景、海水、滩涂、堤岸等，结合市政道路建设，将沙滩、休闲公园、自行车慢行系统、滨海广场、歌影剧院等纳入防洪体系设计中[3]。结合城市功能分区要求，在保证行洪安全的基础上，建设以现代化公共设施为核心的滨海服务型经济带、景观带和文化带，实现滨海环境提升、人-水-城和谐发展的目标。

3.2 工程等别和标准

明珠湾慧谷片区超级堤工程是广州市防洪体系的重要组成部分。广州市防洪标准为200年一遇，根据《海堤工程设计规范》(GB/T 51015—2014)、《广东省海堤工程设计导则(试行)》(DB44/T 182—2004)、 《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013 )等相关规定，确定慧谷片区海岸堤防的防洪(潮)设计标准为200年一遇，对应堤防工程的级别为1级；各穿堤建筑物与堤防标准相同(均为1级)。

3.3 超级堤设计要点

3.3.1 堤线布置

堤线(包括堤岸治导线及堤顶线)布置应既能保证防洪安全，满足防护区内社会经济发展的需要，又能改善生态环境。根据慧谷片区海岸堤围现状、区内防洪(潮)排涝规划，并结合交通路网规划，确定该工程堤线布置原则如下：(1)确保堤线沿规划河道控制线，尽量不占或少占河滩地，且堤线力求平顺，避免出现折线或急弯，使水流畅顺，以利行洪。(2)以现状岸线为基础，尽量利用旧堤的部分结构，以降低工程造价。(3)在满足防洪(潮)安全的基础上，堤型布置体现亲水性，通过进行河岸景观塑造，营造生态化的滨水景观环境。根据上述布置原则，慧谷片区滨水景观超级堤工程共划分为四个区域，其总体布置为：三代同聚区(桩号0+000～1+300)、创新区(桩号1+300～2+670)、生活区(2+670～3+834)，以及自然区(3+834～4+675)。

3.3.2 堤防特征高程确定

超级堤工程采用复合式断面，即临水面为多级斜坡及低矮直墙结合，最高一级斜坡或直墙顶即为堤顶。在堤防断面中，特征高程包括各级亲水平台高程、堤顶高程等[4]，各类高程取值影响因素如下：

(1)亲水平台高程。该高程取值应能贴近正常潮水位，以满足亲水需求及景观要求；但也应高出正常潮水位，以避免经常受淹。

(2)堤顶高程。根据规范GB/T 51015—2014规定，堤顶高程应根据设计高潮(水)位、波浪爬高及安全加高值确定，其计算公式如下式(1)：

Zp=Hp+RF+A

(1)

式中：Zp为设计频率的堤顶高程，m；Hp为设计频率的高潮(水)位，m，该工程按P=0.5%设计；RF为按设计波浪计算的累积频率为F的波浪爬高值，m；A为安全加高值，m，该工程按允许部分越浪设计取为0.5 m。

经上述公式计算，超级堤堤顶高程在各分区将达到9.51 m(三代同聚区)、9.69 m(创新区、生活区)、9.97 m(自然区)，而堤后保护区为城市建设用地，地面规划平整高程为8.00～8.50 m。若按上述计算结果确定堤顶高程，将高出规划路面约1.01～1.97 m，从而会生硬地隔绝城市与水的联系，造成堤防“围城”的境况。为解决此困境，引入“蓄浪空间”设计理念，即于堤顶路两侧设置两道防浪墙，两道防浪墙之间即为蓄浪空间。当波浪越过第一道防浪墙后，能量受到削减导致爬高显著降低，由于两墙之间距离较远(15～30 m)且设置堆坡造型，会造成风浪能量进一步沿程衰减而不漫过第二道防浪墙。在蓄浪空间内部，利用风浪的间歇性特点，通过自排方式将水流排回外海。上述设计可对后方道路及景观带形成保护。结合以上设计理念和现场实际情况，确定各分区堤防特征高程取值如表2。

表2 超级堤特征高程取值 m

3.3.3 堤身断面设计

(1)三代同聚区。该段长度约为1300 m，堤型采用复合式大斜坡堤型，以最大限度地减少人工痕迹。现状堤防功能较完好，迎水面为斜坡式浆砌石或干砌石挡墙，目前结构较稳定。为降低工程造价，保留现状堤防作为堤顶，并对堤顶后方进行景观绿化打造。

(2)创新区、生活区、自然区。此三段堤防靠近研发办公区，长度约为3375 m，故选择多级直立式堤型以便于在堤顶建设市民休憩的广场或公共活动空间。根据是否将堤防与城市交通道路结合细分为以下2种断面型式：

①绿化为主段：该段堤防建设久远，堤脚为抛石，迎水面为两级布置的浆砌石或干砌石挡墙，两级挡墙之间平面距离约2 m。目前砌石挡墙较完好，因此仅对现有一级挡墙进行加固处理。亲水步道设置于加固的一级挡墙上部，亲水步道宽6.0 m，高程为6.80 m，材质采用能抵抗风浪淘刷的干砌条石。亲水步道至二级平台前的第一道防浪墙区域堤坡，采用自嵌式瓶孔砖结构进行防护。第一道防浪墙至第二道防浪墙之间为景观带，在该范围内布置人行步道、景观平台、廊亭等各类景观小品。由于此区域受第一道防浪墙的防护，因此仅对越浪跌落区设置护坡措施(采用生态混凝土护坡，并于混凝土表面覆土植草绿化，在满足景观要求的同时，亦确保坡面不受越浪冲刷而破坏)。由于第一道防浪墙的消浪功能，越浪涌至第二道防浪墙时其破坏能力明显减弱，故第二道防浪墙不必采用一堵单调的、硬化的钢筋混凝土石墙，可采用波浪式的起伏土坡，或者花池、座凳，以及大块景石等结构。

②硬化为主段：该段堤后为城市商贸用地，人流量较大，而此段预留用于景观建设的规划用地相对有限。因此，此段景观带的建设宜充分利用现有土地，采用适宜设置活动广场、公共活动空间的堤型(多级直立式堤型)，既满足亲水需求，又营造都市滨海景观。该段堤岸部分结构与办公区段相同，对于现状一级砌石挡墙较完好的堤段，仅对其进行加固处理，亲水步道设置于沉箱上部或加固的一级挡墙上部。亲水步道上部为悬臂式直墙，墙顶高程为8.90 m；墙后为景观平台，其高程为8.80 m。靠近防浪墙处的景观平台位于越浪跌落区，其地面采用硬化防护处理。为避免景观平台造型单一，部分堤段以硬化为主，形成公共活动空间；部分堤段以绿化为主，形成生态园林空间，二者交替布置，互为辉映。

3.3.4 堤顶宽度设计

堤顶宽度应根据防汛、管理、施工、构造及其他要求确定，根据规范GB/T 51015—2014规定，1级堤防的堤顶宽度(不包括防浪墙)不宜小于5 m。该超级堤工程不设固定的堤顶宽度，而是根据市政交通要求及景观带要求采用宽度渐变的方式。但对于任何堤段，应保证堤顶宽度不小于8.0 m。

3.3.5 堤防填筑设计

由于堤防宽度较大，堤身的填筑材料及填筑标准应分区而定。对于堤岸墙后的填筑材料，宜采用易于填筑及排水的中粗砂，中粗砂相对密度不低于0.65；对堤防迎水面10 m范围内防渗区采用黏性土进行填筑，黏土压实度要求不小于95%。

3.3.6 地基处理

设计堤岸填土平均高度约4 m，由于海岸及滨海景观带宽度较大，填土属于大面积的堆载，经沉降计算，堤基最终沉降量将达到0.65～1.17 m。沉降量若不进行处理，将导致海岸及景观带的上部堤岸结构、景观平台等建筑物出现较大的沉降变形，从而影响堤岸的结构稳定[1]。因此，需对堤基进行加固处理。

针对各分区地质情况、填土高度、底部淤泥厚度等因素，分类制定地基处理方案：(1)三代同聚区硬质广场及创新区采用搅拌桩复合地基，其桩径为0.5 m，间距为1.0 m×1.0 m，同时市政道路和现状堤防两侧采用双排咬合搅拌桩围封。桩顶铺设30 cm厚碎石砂垫层，一层高韧聚丙烯加筋网。(2)生活区现状堤后为低洼池塘地，其后紧接现状市政道路。现状堤身回填土为砂石土(夹碎石)，厚度约为2.5 m；道路边坡处为粉砂，厚度约为3.0 m。为降低工程投资，低洼池塘采用塑料排水板堆载预压处理，排水板间距为1.0 m×1.0 m，中粗砂排水导层厚600 mm，并铺设一层高韧聚丙烯加筋网。为保证市政道路和现状堤身的稳定，市政道路侧采用格构式搅拌桩处理，现状堤身侧采用双排咬合搅拌桩处理。(3)根据景观设计方案，自然区将保留现状堤后鱼塘，仅进行景观升级改造。但该区域需要填筑景观园路以连接市政道路和堤身，鉴于景观园路宽度窄、填土较高(现状鱼塘高程为4.40 m，填土高约4.5 m)，且需埋设涵管连接两侧鱼塘，故景观园路范围内采用搅拌桩复合地基处理方案。

4 结 论

(1)景观超级堤工程应采用“设防不围城”的新理念，在保证防洪安全的基础上，融合生态景观要素，实现宜居水岸建设目的。

(2)应沿现状海岸线进行堤线布置，以充分利用现有堤防，在降低造价的同时保证不缩窄河道行洪断面。同时堤线布置应充分考虑城市景观、休闲、旅游和生态等功能，满足滨水景观带的建设要求。

(3)在两级防浪墙间构建“蓄浪空间”，不仅可以削减涌浪爬高，还可保护后方景观带。设计堤防填土高度较高，形成过大堆载而产生沉降，因此须结合地质情况分区进行地基处理。

(4)沿海区域地基软弱土层往往较厚，在上部超级堤荷载的作用下，虽进行了地基处理，但随时间累积仍会缓慢发生次固结，引起一定程度的沉降徐变。建议今后对超级堤工程可展开此类课题的深入研究，从而为我国沿海地区深水建堤积累一定的现实经验。