研究防洪工程设计要点

　　摘要：防洪工程是基础设施的重要组成部分, 它的重要性不言而喻。本文结合江西省五河治理防洪工程设计, 对防洪堤设计中遇到的堤顶高程、筑堤材料、加固断面型式、设计质量等方面进行剖析, 并辅以工程实例论述, 对防洪堤工程设计具有一定的参考价值。

　　关键词：防洪工程; 设计标准; 堤顶超高; 筑堤材料;

　　防洪工程是基础设施建设的重要构成部分, 随着国民经济发展以及我国城镇化进程的加快防洪工程不仅是抵御洪涝灾害、保障经济发展和人民生命财产安全的屏障, 还成为提升城市亲水环境、构建城镇生态景观的重要组成部分。这是现阶段防洪工程出现的新的特点, 也对设计工作提出了更高标准的要求。做好前期设计工作, 并对其中涉及的一些关键问题深入剖析并总结, 对做好防洪工程的建设具有重要指导意义。

　　江西省五河治理防洪工程涉及到全省主要河流 (赣、抚、信、饶、修五大河干流及其主要支流和湘江支流渌水, 共19条河流) , 项目涉及河道长度3 730km, 治理河段长1 512km, 工程总投资近137亿元。项目开展到可研报告 (报批稿) 报送水利部水利水电规划设计总院审查, 历时两年。项目点多面广, 每个单项又有自己的独特之处, 设计过程中有许多问题值得进行认真的总结和探讨。
 

　　1 堤顶高程的确定问题

　　堤顶高程的确定是防洪工程的重中之重, 它是由堤防工程的重要性、工程级别以及防洪标准等综合确定, 具体通过设计洪水位和堤顶超高来表现。

　　1.1 设计洪水位

　　合理确定设计标准是确定设计洪水位的首要前提。根据各单项工程各堤段保护对象的大小和重要性, 依据相关规程规范, 以及流域规划、各城市总体规划、已批复的各城市防洪规划, 确定各堤段的洪水标准。

　　防洪标准从某种意义上讲又是一个动态观念, 由于洪水变化的幅度很大, 尤其是上游山区性河流, 洪峰大, 但历时较短, 洪水陡涨陡落。过高的标准, 必然造成工程投资增加, 在经济性上显然是行不通的。防洪标准实质上的是根据区域当前社会经济情况, 确定一定的防洪安保体系, 同时也承担超过设定标准, 失事后带来的风险, 取两者的一个相对均衡点[1]。

　　修水县城位于修河上游, 修河由西至东将县城劈成两半。根据已批复防洪规划, 城西发展片区为城市规划新区, 现状主要由荒地与农田组成, 规划新建黄田里土堤与堤后高地连接, 自成一完整的防洪体系。根据现有规程规范, 采用10年一遇防洪标准即可满足要求, 考虑日后修水县城市协调发展及当地居民对防洪安保认知等社会稳定因素, 设计时采用与其他片区一样的防洪标准, 即20年一遇洪水标准。

　　1.2 堤顶超高

　　根据《堤防工程设计规范》堤顶超高 (Y) 由设计波浪爬高 (R) 、设计风雍水面高度 (e) 和安全加高 (A) 相加, 即Y=R+e+A[2,3]。其中R经采用经验公式可得, 江河堤防风雍水高度e通常在10-4m级别上, 可忽略不计。安全加高A根据堤防级别由《堤防工程设计规范》查表可得, 如表1。

　　结合堤顶防汛公路路面硬化, 在保证堤防安全的条件下, 若按允许越浪的堤防设计, A可取小值。计算波浪爬高时, 风向、风区长度与风速对其影响很大, 为简化计算通常保守的做法都是按最不利因素叠加计算, 尤其是汛期高水位时的风向并不都是与堤线垂直, 这样就片面的增大了堤顶超高。本文认为, 在山区河流洪水历时较短的地方, 可人为降低波浪爬高, 甚至不计波浪影响, 仅按堤防等级选取安全加高。

　　萍乡市的安源主城区及湘东副城区位于渌水中游萍水河段, 萍水河从城区穿过, 根据水文气象资料按照规范计算堤顶超高见表2。

　　选取的典型断面计算安全超高值主城区为1.71m, 湘东副城区为1.45m。因萍乡市地处渌水中上游, 洪水历时较短, 现有地面基本与设计洪水平齐或不低于设计洪水50cm, 若按保守计算选取堤顶超高, 将阻挡居民亲水视线, 不利城市亲水景观建设, 结合萍乡市已建达标工程防洪标准, 主副城区堤顶超高均取1m。

　　在乡镇防洪与河段整治工程中, 有一些防洪工程地面高程基本与水位平齐或不低于设计水位30cm, 若新建堤防, 不但压占土地, 还将改变原有排水体系, 带来新的内涝问题。结合审查单位意见, 设计对此类工程一律取消新建堤防, 仅对原有岸坡进行防护, 并在坡顶修建防汛道路, 汛期允许其高水位时越浪。此外, 同等级别沿河两岸及上下游堤防工程堤顶超高应统一、协调确定, 保证沿河居民防洪安保安全感, 促进社会稳定、和谐发展。

　　2 筑堤材料问题

　　目前我国筑堤料主要还是采用土料, 在《堤防工程设计规范》中对筑堤料有明确要求, 设计时按要求选取即可, 但在有些地区尤其是山区, 本身土料就比较匮乏, 满足筑堤要求的土料场距工程区较远。因此, 若在筑堤中能合适就近取用当地的材料, 通过采取相应的工艺控制措施, 保证筑堤质量, 这将大大减少工程投资[4]。

　　位于饶河干流的景德镇市, 其航空工业园区的吕蒙堤, 土料场距工程区较远, 工程区附近的宋家山风化料场其储量及质量均满足筑堤要求, 从工程投资经济性考虑, 并结合当地堤防建设经验, 采取粘土斜墙防渗、背填风化料的堤身断面, 通过计算, 堤身抗滑、渗流稳定均满足规范要求。

　　随着土工技术的发展, 越来越多的新型筑堤材料得到应用, 既要结合当地实际情况, 又要考虑工程对环境的影响[5]。赣江下游尾闾地区, 河道开阔, 河床下切严重, 河中多分布沙洲, 当地粘土料匮乏, 河道两岸防洪堤基多为透水性较强的砂性土。结合区域内经济发展水平, 该区域防洪堤多采用抛石和吹填砂筑堤, 深层搅拌水泥土薄壁防渗墙防渗。采用该种筑堤方法具有施工简单、节约工程投资等重要意义。

　　3 堤防加固断面型式问题

　　本次设计范围内的万亩农田圩堤33座, 其中5万亩以上的圩堤就有5座, 可以说他们是江西地区的重要产粮基地。这些圩堤大都建设年代相对较远, 存在着土层碾压不够充分等问题。历年来, 仅对出现过较大险情的堤段进行过处理。对这些圩堤的加固, 既要对险情有针对性的处理, 又要保证堤防断面达标。

　　地处修河支流潦河的宋埠堤, 现状堤顶已远远高于设计洪水位, 但由于筑堤料质量参差不齐, 尤其是采用砂土筑堤的部分段落在外河高水位时, 堤后常有泡泉出现, 根据渗流计算结果, 采用在堤后盖重砂土, 盖重厚度根据计算结果确定。在未出险堤段, 部分堤段虽然堤顶宽度不足4.0m, 但是在计算堤顶高程处, 堤身宽度已然大于4.0m, 堤坡约为1:2, 故不对此类堤段堤身加高培厚, 仅在堤顶铺设3.5m宽防汛道路以及对堤容堤貌进行修整, 典型断面如图1所示。

　　位于赣江支流袁河上的袁河南联圩, 处于凹岸的部分段落受河水冲刷, 岸脚壤土层淘刷、崩塌严重, 危及堤防的安全运行。结合江西省内堤防工程的成功经验, 采取水下抛石固岸处理, 抛石料单块质量根据计算选取。对堤宽与堤坡不满足要求的, 在迎水坡按1:2.5坡度填筑粘土并压实, 背水坡在满足渗流及抗滑稳定的前提下, 在堤坡约为1:2的前提下, 原则上不对背水坡进行培厚, 坚决避免一味追求标准设计断面, 采取贴表皮及“骑马式”的培厚方式。典型断面如图2所示。

　　4 结语

　　江西省五河治理防洪工程是江西省基础设施的重要组成部分, 它关系到子孙后代福祉, 加强防汛抗旱工程体系建设与助力江西省社会与经济发展的重要举措之一。本文结合笔者亲身参与设计及审查时遇到的问题, 对防洪堤设计中遇到的设计标准、堤顶超高、筑堤材料、加固断面型式、项目管理进行剖析, 并辅以工程实例论述, 对防洪工程设计具有一定的参考价值。

　　参考文献
　　[1]胡洪志, 王金航.杭州城市防洪工程设计若干问题思考[J].浙江水利科技, 2000, 增刊5-6.
　　[2]水利部水利水电规划设计总院等.堤防工程设计规范 (GB50286-2013) [S].北京:中国计划出版社, 2013.
　　[3]水利部水利水电规划设计总院等.堤防工程设计规范 (GB50286-98) [S].北京:中国计划出版社, 1998.
　　[4]欧文昌.梧州河东防洪堤筑堤新技术应用[J].人民珠江, 2007, 增刊 (2) :20-21.
　　[5]刘斯宏, 蒋亚清.围垦筑堤新材料与新工艺研发与应用[J].水利经济, 2012, 30 (3) :35-39.