堤防工程設計幾點體會

堤防工程設計幾點體會

張曦

摘要：河流治理工程可以使人們更好地利用河流，產(chǎn)生經(jīng)濟效益，但同時也帶來一些不利影響，嚴重時人們不得不考慮將河流重歸“自然化”。隨著越來越認識和尊重自然規(guī)律，人們發(fā)現(xiàn)只有通過河流綜合管理，河流利用、河床演變以及河流生態(tài)三方面才能達到協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。本文總結我國近年來中小河流治河經(jīng)驗，提出了河流綜合種防洪工程設計新思路。河流防洪工程規(guī)劃應遵從以下三個原則：1）防洪工程在發(fā)揮傳統(tǒng)的防洪功能之同時，應兼顧河流的生態(tài)健康。2）增加河水在陸地上的流動時間，增加河長和降低流速；維護河道生態(tài)健康；3）保持和恢復河流的自然景觀。

關鍵詞：河流防洪工程，堤防設計，生態(tài)健康1引言

一直以來，河流綜合治理都是關乎國計民生的大事，如防洪、發(fā)電、航運、淡水養(yǎng)殖等對國民經(jīng)濟的增長做出了很大貢獻。河流和濱河水域既是魚類的棲息地，也是人們娛樂和休閑的好去處。隨著社會的發(fā)展，為了滿足人們對水和土地資源的需求，人們規(guī)劃設計河道防洪工程時，將河道進行渠化治理，尤其在城市段和風景區(qū)的防洪工程缺乏全局考慮、仍然沿用上世紀五六十年代的堤防設計思路，尤其是城市堤防建設，一般僅考慮防洪、航運等要求,進行堤岸加固、裁彎取直、修筑丁壩，極少考慮發(fā)揮河流自然生態(tài)、休息娛樂、景觀、提升城市形象等綜合功能。這些堤防工程雖然保障了社會安定，產(chǎn)生了巨大的社會效益,但也極大地改變了城市河流的結構和功能，造成一些生態(tài)環(huán)境問題。如堤防對河岸帶的侵占，嚴重破壞了岸邊生態(tài)環(huán)境，片面強調(diào)防洪功能，采用大量鋼筋混凝土、塊石建筑材料硬化渠道,兩岸陡直,河流完全被人工化、渠道化，淡化了河流的生態(tài)功能，破壞了自然河流的生態(tài)鏈和原有的生態(tài)平衡,導致生態(tài)環(huán)境惡化,并阻礙人與水的和諧共存。對河床演變和河流生態(tài)產(chǎn)生了不利影響，人們不得不考慮將河道重歸“自然化”。近年來，人們認識到只有通過河流綜合治理，河流利用、河床演變和河流生態(tài)景觀三者之間才能互相協(xié)調(diào)。2、堤防工程建設的幾點體會近年來，根據(jù)水利部和省政府等相關主管部門對《201*年上犧牲中小河綜合流治理規(guī)劃》批復意見，近兩年，我院承擔并完成了大量的中小河流治理中防洪工程，在回顧以往的堤防設計過程，發(fā)現(xiàn)工程設計存在以下幾點體會：（1）防洪工程在發(fā)揮傳統(tǒng)的防洪功能之同時，應兼顧河流的生態(tài)健康。河流生態(tài)健康其內(nèi)涵為在以往的河道堤防工程設計中，設計人員通過水文計算，推算出不同頻率年的洪水流量，根據(jù)河道現(xiàn)狀，確定行洪寬度和堤防高程，其中難免存在出現(xiàn)人水爭地的現(xiàn)象，尤其在河道城市段。導致防洪工程大多采用以重力式擋墻等硬護岸，割斷河道主槽和漫灘間的天然聯(lián)系，大大降低了天然河道的蓄洪、滯洪能力，繼而帶來一系列的小水大災、紅樹林和漫灘的消減退化，乃至消亡，破壞河道生物多樣性。使天然河道喪失原有的行洪輸沙、降解污染物的能力。

建議在河道防洪工程設計過程中，應根據(jù)河道天然狀況，合理利用原有的老岸坎，陡坡、崖壁、漫灘，構建立體式河道防洪工程，盡可能少占，或者不占河道漫灘。尤其在城市段，避免因城市用地緊張，而出現(xiàn)“人進河退”等違背河道自然規(guī)律的現(xiàn)象。盡可能利用天然河流系統(tǒng)構建城市濱河景觀帶，將城市河道打造成具有凈化空氣，需納城市暴雨洪水、涵養(yǎng)城市地下水資源。（2）堤防的加糙措施

過去堤防建設，在人們的印象中，江河堤防是保護人民生命財產(chǎn)安全的屏障，它用沒有生命的軀體保護著生命，是清一色由灰白組成的冷色調(diào)。一般僅考慮防洪、航運等要求,進行堤岸加固、裁彎取直、修筑丁壩，極少考慮發(fā)揮河流自然生態(tài)、休息娛樂、景觀、提升城市形象等綜合功能。

河流是生命的載體，為各種水生生命提供棲息地。增加河水在陸地上的流動時間可以為水生物種提供更多的棲息地，并有利于人們對河流的利用。灘地和濱河濕地的生物多樣性之所以很高是因為它們處于水陸交界地帶�？梢酝ㄟ^延長河道或降低流速的方法來實現(xiàn)這個目標。而河道渠化、河岸硬化、裁彎取直和清障減糙等工程不符合這個原則。彎曲是河流的本性，將蜿蜒的河流改成順直違背了河流的本性。裁彎取直集中了水流能量，引起河道沖刷和河岸侵蝕，導致河道不穩(wěn)和破壞水生棲息地，不符合河道自然規(guī)律。

河道渠化涉及那些用來控制洪水、提高過水能力、開發(fā)和維持航運以及控制河岸侵蝕的工程，包括加寬河道、重新規(guī)劃河道、硬化河岸、筑堤以及加固原有的渠道或新建渠道等，疏浚和清障工程也屬于渠化工程。渠化對河流地貌和生態(tài)都產(chǎn)生不利影響。用混凝土硬化河道和河岸的做法違背了原則一，光滑河岸相對于自然河岸糙率要小很多，導致近岸流速提高，威脅河岸和大堤安全。人們已經(jīng)認識到光滑河岸不利于防洪安全，一些地方為控制近岸流速，將大石塊鑲嵌在光滑護岸上以增加河岸糙率。

對于河流生態(tài)，河流的管理應該降低河流流速。河流清障減糙與此原則相違背。另外，河流的阻力建設十分重要，阻力分布決定河流縱剖面和河床的穩(wěn)定性。河流上游阻力增大，流速降低，尖而高的洪峰變得低平，大大降低下游洪水威脅。201*年嘉陵江洪水陡長陡落，許多大船因為河水陡落而擱淺。如果加大河道阻力，當?shù)睾樗�就不會陡長陡落，下游防洪壓力也會減小。同時，河流棲息地更加穩(wěn)定，適合度指數(shù)也將增加。（3）堤防的綠化

綠化是建設江河堤防防護體系的組成部分，主要包括堤內(nèi)護堤林、堤外防浪林、植物護坡、水源及灌溉等工程，目的是在非硬護范圍內(nèi)合理布設植物防護措施，確保堤防免受踐踏、沖刷等破壞，為堤防作用的有效發(fā)揮提供保證。江河堤防綠色防護工程一直是水利綠化的重要組成部分，也是我省水利綠色通道建設的主要工程。渭河、漢江、以及延河堤防工程建設伊始，省水利廳就提出建設一流堤防、配套一流綠色防護體系的目標，并對兩江堤防的綠化進行了專項設計，要求在設計理念上考慮生態(tài)建設與自然景觀的和諧，美化、綠化與文化的統(tǒng)一。西安、咸陽在總結堤防綠化經(jīng)驗和充分論證的基礎上，實施了大規(guī)模的堤防綠化建設。

堤防綠化不同于街道綠化和大地造林，其土質主要為生土，土壤肥力低，且施工戰(zhàn)線長。因此，地方綠化建設應開展前期實驗工作，針對不同的河道堤防列堤防綠化試驗段，并組織有關專家進行了充分的考察和論證，在批復的堤防綠化設計中對工程總體布置、工程措施、植物措施、施工管理與維護和工程概算等都進行了詳細闡述，為其科學施工提供了可靠的依據(jù)。3結論

總之、在新一輪的中小河流治理的過程中，尤其是堤防工程，應遵循河流的自然規(guī)律，結合流域綜合治理規(guī)劃，在充分認識治理河段現(xiàn)狀的基礎上，統(tǒng)籌兼顧，全面規(guī)劃，確保治理河段的生態(tài)健康。

參考文獻：

【1】王兆印論河流治理的方向[J]泥沙研究201*【2】淺析生態(tài)堤防設計[J]人民珠江201*

【3】任東升吉林前郭縣新概念打造生態(tài)型堤防[J]【4】堤防工程生態(tài)治理分析

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擴展閱讀：城市堤防工程設計的體會與思考

城市堤防工程設計的體會與思考

劉慧

(中水珠江規(guī)劃勘測設計有限公司廣東廣州510611)

摘要：在堤防建設中，城市堤防的新建和加固占有相當比例。建設城市堤防工程，不能與城市總體建設截然分開。作者在參與沿海城市和內(nèi)陸城市的堤防設計中，遇到了堤防建設與城市建設之間的矛盾，設計中根據(jù)各堤防的實際情況，采用合理的設計方案，并結合采用適宜的景觀設計，較好的解決了這些矛盾。

關鍵詞：城市堤防堤型選擇可持續(xù)發(fā)展1前言

改革開放以來，我國城市建設取得了迅猛的發(fā)展，完成了一大批直接影響國民經(jīng)濟和人民生活水平的基礎設施建設，人們的工作、生活環(huán)境也得到大大的改善。但城市建設發(fā)展越快，因洪澇災害給城市建設帶來的損失也越大。因此，對城市防洪的要求愈來愈迫切，特別是遭遇1998年的特大洪水后，各級部門對防洪工作的重要性有了更加明確的認識。近幾年來，通過新建堤防、對原有堤防除險加固等措施，大大提高了城市防洪抗災的能力。

城市堤防工程，是城市總體建設的重要組成部分,不能與之截然分開。作者參與沿海城市和內(nèi)陸城市的一些堤防設計，遇到了堤防建設與城市建設之間的矛盾，設計中根據(jù)各堤防的實際情況，采用合理的設計方案，并結合采用適宜的景觀設計，較好的解決了這些矛盾，在建設堤防的同時，進一步美化城市環(huán)境。本文就城市堤防工程設計中的問題談談個人的幾點認識。

2城市堤防設計的新思路

堤防的主要功能，是使某一保護范圍能抵御一定防洪標準的洪水的侵

害。城市市區(qū)的江河沿岸常常是人口集中和經(jīng)濟比較發(fā)達的地帶。因此，城市防洪堤對城市的生存和發(fā)展起著至關重要的作用。

隨著現(xiàn)代化建設的推進，城市多功能高品位的建設目標和可持續(xù)發(fā)展的總體要求，對城市堤防建設提出了新的更高的要求，即城市防洪堤不但要具有防洪功能,還要具有景觀環(huán)境功能,必要時具有交通、商業(yè)等多種功能，走可持續(xù)發(fā)展之路。人們對對防洪工程的認識在不斷深化，單純的工程水利正在逐步包含環(huán)境水利、資源水利等新的內(nèi)容，從傳統(tǒng)水利向現(xiàn)代水利轉變。對于受洪水威脅的城市來說，防洪設施的首要功能是防洪抗災。但隨著人們的環(huán)境意識日益增強，對生態(tài)環(huán)境的要求越來越高，過去那種單一的防洪功能的堤防建設遠遠不能滿足現(xiàn)代人的需求。在城市堤防建設中，如何把防洪工程與城市的生態(tài)建設有機地結合起來，怎樣結合城市特點，發(fā)揮防洪設施的多種功能，為美化城市發(fā)揮作用，是建設者們必須考慮的問題。在加強堤防建設，提高抗洪能力的同時，積極探索綠化城市、美化城市、造福于民的多方位堤防功能，成為一條結合城市建設、完善堤防功能的新思路。上海市的黃埔江外灘堤防,廣州珠江堤防和其他許多城市堤防建設中已經(jīng)逐步融入這樣的新概念。

3、堤防設計中的幾個問題

通過參與沿海城市和內(nèi)陸城市的堤防建設，以及對珠江流域一些堤防的調(diào)研,體會到城市堤防工程具有的特殊要求。例如,要提高城市的防洪標準，就需要進行堤防或堤岸加高，若設計中處理不當，極易形成“圍城”效應，必然給原有的城市景觀帶來不利的影響。因此,建設中除了考慮一般堤防的共同點外,更需要注意以下幾個方面的問題：

1）堤防工程建設必須考慮城市自然條件、社會環(huán)境、經(jīng)濟發(fā)展等因素。首先,必須服從流域防洪規(guī)劃,堤岸線的布置應保證排洪的需要;同時應與城市總體規(guī)劃協(xié)調(diào)，服從城市總體規(guī)劃所賦予堤防的功能任務。

2）重視堤防工程對城市景觀的影響,可考慮與城市旅游設施建設相結合。城市的濱江地帶，往往是重要的旅游風景區(qū)，不但是城市居民休閑游玩的好去處,旅游觀光者能在此接觸自然、感受城市美景。因此,應充分注意河流兩岸的生態(tài)環(huán)境和景觀建設，遵循保持自然、回歸自然的原則,使城市防洪工程成為一道亮麗的風景線。3）合理確定堤頂高程。堤防的高度取決于洪水位和超高，根據(jù)目前情況，波浪爬高和安全超高均采用《堤防工程設計規(guī)范》（GB5028698）有關公式計算，這一高度有些余地。首先，波浪爬高在大部分城市，特別是內(nèi)河城市，洪水來勢猛，流速大，江面寬度在幾十米到幾百米之間，吹程短，且高水位持續(xù)時間短，與設計風速的組合機率非常稀少；其次，由于城市堤防，特別是老城區(qū)的堤防，多與道路相結合，堤身經(jīng)砌護后的安全度較高，允許短時間越浪。且大部分城市洪水漲退速度快，高水位持續(xù)時間短。因此，根據(jù)城市的不同情況，可參照規(guī)范適當降低堤防的安全超高。但在堤身結構和基礎處理等方面增加一定的安全度，做到既安全又美觀。4）合理選用堤防結構型式。在城市沿江這一余地不大的范圍內(nèi)建設堤防，要注重城市景觀和節(jié)省土地等要求。在有條件的地方可考慮堤防與城市交通道路結合建設，并與城區(qū)交通道路相連接，發(fā)揮防洪搶險道路在非汛期的作用。需要時可與商業(yè)建設相結合。比如，建設箱式防洪墻，可以用作商業(yè)鋪面,如圖1。堤防斷面選擇鋼筋混凝土結構或土堤，或是其他種類堤型,需作多方案比較�；�礎處理根據(jù)工程地質條件和堤防工程特點，盡可能的節(jié)省工程投資。5）盡可能減少拆遷。由于諸方面的原因，有些城市的河道旁大多已興建了各種不同類型的建筑物，所剩空間很少甚至于完全沒有。工程建設需要大量拆遷，有時是很難做到的。因此，需要采取合理的措施加以解決。如在建筑物較多的老城區(qū)，采用直立式擋墻結構，以減少拆遷工程量。

6）與城市排水工程和城市污水處理工程相結合。以往在進行城市規(guī)劃中，城建部門負責市區(qū)的排水規(guī)劃，水利部門負責河道防洪規(guī)劃，人為地將城市排水規(guī)劃與城市防洪規(guī)劃截然分開。在排澇計算方法上兩個部門存在很大差異，致使城市排水與城市河道洪水計算不能順利的銜接。建設中應把城市排水與城市防洪工程協(xié)調(diào)起來。將城市規(guī)劃中雨水污水處理工程與城市防洪工程結合考慮。

4、工程設計實例4.1堤頂高程的確定

珠江堤防海運局碼頭至海軍碼頭段位于廣州國際會議展覽中心附近，是廣州市一江兩岸的重要組成部分。堤防工程防洪標準為200年一遇，為1級堤防。

珠江屬于感潮河道，汛期受流溪河、北江、西江洪水的影響，東江洪水的頂托，更受到來自伶汀洋潮汐作用，洪潮混雜，水流流態(tài)十分復雜�？萜趧t以潮流作用為主。各頻率洪潮位差相差不大。200年一遇高潮位為2.60m。

根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》（GB5028698）有關公式:

堤頂高程=設計高潮位+波浪爬高+安全超高

經(jīng)計算，設計波浪爬高為0.65m。1級堤防安全加高取1.0m。計算得到堤頂超高為1.65m。但按堤防設計規(guī)范要求，1級堤防的堤頂(防浪墻頂)超高值不應小于2.0m。因此，設計堤岸(防浪墻頂)高程應為4.65m。

珠江堤防海運局碼頭至海軍碼段堤岸現(xiàn)有高程為2.10m~2.60m,堤岸附近地面高程一般不超過3.0m。如果按堤頂高程4.65m設計，堤防需高出

地面近2.0m，如不采取一定的措施，按照一般堤防的建設，將在珠江岸邊形成圍墻，嚴重影響城市的景觀�？紤]到堤岸的地形高程已超過200年一遇高潮位2.60m，堤面經(jīng)砌護后的安全度較高，允許短時間越浪且城市潮水漲退速度快，高水位持續(xù)時間短，如加強堤身結構和基礎處理，堤防的安全超高也可參照規(guī)范作適當降低，經(jīng)與有關部門協(xié)商，采用200年一遇高潮位2.60m上加0.5m，即3.10m作為一期堤岸設計高程，做到既安全又美觀。將來結合城市綠化美化保護堤面等措施，達到防洪標準，如圖2。4.2堤型設計城市防洪堤的結構形式主要有兩類：一是土石堤，二是混凝土、鋼筋混凝土堤。前者邊坡較緩，占用面積空間大，其防滲防沖的可靠性以及抗御超額洪水與漫頂?shù)哪芰�較弱。混凝土堤防盡管本身堅固耐沖，但對軟基的適應能力差，且造價高。選用何種堤型,應根據(jù)工程實際情況而定。4.2.1土堤旅游勝地西雙版納傣族自治州的首府景洪市位于瀾滄江干流上，干流穿城而過，將市區(qū)分為江南、江北兩區(qū)。景洪市堤防工程防洪標準為50年一遇，為2級堤防。西雙版納是一個多民族集居的地區(qū)，她美麗的自然風光、少有的氣候條件和獨特的民族風情，不斷地吸引大批的中外游客。在這樣一個旅游城市環(huán)境中修建堤防，必定給城市景觀造成影響，能否將不利影響的程度降到最低，在建設的前期工作階段，引起了人們的普遍關注。不少人擔心修建堤防后產(chǎn)生“圍城效應”，將會對景洪市景觀帶來致命的坡壞。因此，解決好這一問題也是設計工作的重中之重。瀾滄江堤段緊靠新建的瀾滄江大橋，與濱江大道相連，是整個防洪大堤的主要部分，傣族每年一次“劃龍舟”、“潑水節(jié)”都在這理舉辦。此堤段地面高程540.0m~547.3m，堤身高7.3m~12.1m，堤頂高程552.1m，位于瀾滄江干流南岸，也是城市規(guī)劃的綠化風景帶。設計中選擇了相同堤高的土石混合堤、漿砌石堤、均質土堤、加筋土堤四種堤型，從工程投資、工程占地、對景觀的影響及施工難易等方面進行比較。比較情況：①漿砌石：施工期長，造價較高，不易作綠化處理，對城市景觀影響較大，占地面積較小。②均質土堤：施工簡單，造價最低，易于作綠化處理，對城市景觀影響小。但占地面積較大。③施工干擾大，工期長，造價較高，堤后易作綠化處理，對城市景觀影響較小，占地面積較均質土堤小。④加筋土堤：占地面積小，但造價偏高，且景洪市屬于Ⅷ度地震烈度地區(qū)，存在地震情況下抗滑動技術問題。綜合各方面因素，認為：堤防設計的重點是城市景觀影響。因此，將均質土堤作為設計選用堤型。從目前已完成施工的堤段來看，由于堤坡較緩，前后坡均作了綠化，與堤后現(xiàn)有綠地連成一體，避免了人們擔心的“圍城”出現(xiàn)。如今，已建堤防不但具備防洪的功能,也已經(jīng)成為人們休閑的地方。4.2.2鋼筋混凝土堤第4.1節(jié)所介紹的廣州珠江堤防，位于珠江感潮河道，每天潮漲潮落，不停的對堤岸產(chǎn)生沖刷。堤防采用鋼筋混凝土沉箱，上部為“L”型擋墻和樁基礎上部為“L”型擋墻結構。此堤型可結合城市景觀的要求，設計為親水結構，如圖2。4.2.3其他堤型土石混合堤是一種應用較為廣泛的堤型，為土堤前坡采用鋼筋混凝土或漿砌石，可減少堤防占用河道，也用于路堤結合情況。如，廣東佛山大堤、江新聯(lián)圍、韓江南北堤等，都在部分堤段采用這種堤型，如圖3。加筋土堤也在一些堤防中采用。加筋土是一種新技術新材料新結構，其最大優(yōu)點是能夠節(jié)省天然建材，減少工程占地。由于加筋土的防滲性能還需作進一步研究，目前大多用于堤岸型式，如圖4。4.3堤防基礎處理影響堤防基礎安全的因素較多,如河勢的變化、河道水流的沖淘,都會影響堤防的安全,這類問題一般通過丁壩、護腳、拋石等工程措施解決。但對堤防本身結構而言,地基基礎大多為二元結構。需要進行處理的地基有三類：軟土淤泥、雜填土、砂性土。對軟土淤泥、雜填土,工程措施主要目的是解決承載力問題，而對砂性土工程措施主要目的是解決防滲問題。

在軟土淤泥上填筑土堤可采用換土墊層法、砂樁擠密法等地基處理方法。景洪堤防瀾滄江漫灘段,地基為淤泥質粘土,設計采用分層預壓加固法,在淤泥質粘土上采取臨時措施后直接填筑,施工中加強觀測。此方法較之換土墊層法、砂樁擠密加固法等節(jié)省工程投資約400萬元，目前工程運行情況良好。

在軟土淤泥或雜填土上修筑混凝土或鋼筋混凝土堤防,可采用換土墊

層法、砂樁(或碎石樁)擠密加固法、鋼筋混凝土預制樁、鉆孔(沉管)灌注樁等,具體采用哪種處理方法,視淤泥層厚及上部結構型式而定。對淺層的軟土淤泥或雜填土,一般采用換土法處理；深厚的淤泥層地基,一般采用樁基處理。廣州珠江堤防建設中,對小于5.0m深的淤泥土,全部挖除，回填中粗砂或拋石,上部為鋼筋混凝土沉箱；對較深的淤泥土,采用鋼筋混凝土預制樁,上部為”L”型鋼筋混凝土擋土墻。廣西梧州市堤防位于深厚雜填土地基上,采用鉆孔灌注樁處理,上部為扶壁式鋼筋混凝土薄墻。

堤防防滲措施目前采用較多的有:多頭攪拌樁混凝土防滲墻、高噴混凝土防滲墻、土工薄膜等,可根據(jù)工程具體情況采用。5、結語

建設城市堤防工程，要考慮城市建設的特點。在進行工程布置時，必須服從城市總體建設規(guī)劃和城市防洪規(guī)劃，全面考慮，統(tǒng)籌安排。充分重視堤防工程對城市景觀的影響，結合工程建設進一步美化環(huán)境。設計中進行多方案比較、論證，在保證達到工程建設目的的前提下，盡可能做到經(jīng)濟合理，節(jié)省工程投資。

作者簡介：劉慧，女，1983年7月畢業(yè)于成都科技大學水利工程系水利水電工程專業(yè)，高級工程師。主要從事水利水電工程設計工作。

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