浅谈河道工程堤防设计方案比选方法

浅谈河道工程堤防设计方案比选方法
施国良
湖州南太湖水利水电勘测设计院有限公司湖州市 313000
摘要：河道工程设计中，堤防是工程的关键点，本文结合大钱港整治工程，对堤防设计方案的比选方法、过程、考虑的因素等作了初步的探讨与分析。
关键词：河道堤防设计方案比选
1.1 工程概况
大钱港南起頔塘，北至太湖口，沿途涉及环渚、八里店二个乡镇，其中大钱港太湖口至北横塘段及北横塘至龙溪港段的左岸属环渚乡范围，北横塘至龙溪港段右岸及龙溪港至頔塘段属八里店镇范围。大钱港河道全长为12.56km，拓浚河道长度12.73km（包括大钱水闸至太湖段170m）；堤防总长为25.32km，左岸12.64km，右岸12.68km。
1.2 河道设计
1.2.1 河、堤线布置原则
（1）河、堤线布置与河势流向相适应，尽可能保持河线顺直；
（2）河、堤线布置应尽可能避免拆迁或少拆迁房屋、占用耕地；
（3）堤线布置应尽可能不侵占原河道，保持河道原貌；
（4）堤线布置应尽可能利用现有堤防，并兼顾到现有地形，选择地势较高、基础优良、土层分部稳定、土质较好的滩岸，尽可能避开池塘、沼泽及淤泥之处；
（5）河、堤线布置应利于所在地区城建规划功能的实现。
1.2.2 河、堤线布置
大钱港工程起始桩号0+000位于河道中心线和太湖口门控制性节制闸建筑物中心的交点上，终点桩号12+560.77位于河道中心线和頔塘边线的交点上。
本河道拓浚长度为12.73km（包括大钱水闸至太湖段170m）按照大钱港水流流向，从南至北与之相接的主要有頔塘（端接）、龙溪港（左接）、南横塘（右接）、北横塘（右接）和解放港（左接）五条横向河道。河道设计中心线基本按老河道中心进行布置，为体现河道生态化的要求，河道两岸岸线尽量循原河岸线走向及其趋势顺其自然，应地制宜加固加高堤岸，适当保留河道内芦苇等自然滩地状态。
（1）HD0+000~HD4+120（大钱水闸至解放港段），该段河道位于城防规划区外，左右岸以鱼塘、桑地、农田为主，间有村庄、预制厂等。该河段现状河面较宽，走向较为顺直，故本次设计河线沿老河道布置，向两岸拓浚。两岸设置堤防，走向基本与河道平行，局部河面宽阔处，堤防沿老堤线设置。
（2）HD4+120~HD8+100（解放港至318国道外环线段），该段河道位于城防规划区内，现状尚未开发，左右岸以鱼塘、桑地、农田为主，其中左岸人民桥以北约2km范围为申苏浙皖高速公路引道。该河段现状河面较宽，走向较为顺直，故本次设计河线沿老河道布置，向两岸拓浚，在铁红粉厂和电镀厂位置，为减少拆迁向右岸拓浚。两岸设置堤防，走向基本与河道平行，局部河面宽阔处，堤防沿老堤线设置。
（3）HD8+100~HD10+890（318国道外环线段至毗山闸站段），该段河道位于城防规划区内，左岸堤防已在城防工程中实施，但由于未能实现当时规划的路堤结合，堤顶高程偏低，右岸现状以鱼塘、桑地、农田为主，其中在318国道外环线附近有龙溪村部分房屋，在毗山脚下为湖州社会福利中心。该段河线设计基本沿老河道布置，向右岸拓浚。左岸堤防在现有堤防基础上加高，右岸新设堤防走向基本与河道平行。
（4）HD10+890~HD12+560.77（毗山闸站至頔塘段），该段河道位于城防规划区内，现状左右岸均为现状城市建成区，左岸堤防已在城防工程中实施，但由于未能实现当时规划的路堤结合，堤顶高程偏低，右岸现状为工厂、码头等建筑区。该段河线设计沿老河道布置，向右岸拓浚。左岸堤防在现有堤防基础上加宽加高，右岸新设堤防走向基本与河道平行，局部河面宽阔处，堤防沿老堤线设置，其中大东吴商品砼厂区现状为钢筋砼直立式挡墙，河道行洪断面满足要求，故该段保留现有挡墙。
1.2.3 河床断面设计
本工程确定河床断面的原则：满足设计排水流量的前提下，尽量减少工程量和拆迁量，同时兼顾水生态环境要求；大钱港工程规划通航等级为Ⅴ级，河道宽度应满足通航要求；大钱港现状天然纵坡很小，本次设计河底不设纵坡。
根据上述原则，结合水利计算及现场地形情况确定本工程河道标准断面，河底宽度40m，河底高程-2.30m，河床边坡1:3。
1.3 堤防设计
本工程对堤型断面结构型式，按照因地制宜、就近取材的原则，根据堤防所处的地理位置、保护对象、堤址地形和地质条件、筑堤材料、施工条件、运用和管理要求，结合区域使用功能、周边生态环境、景观美化、工程造价等因素，经技术经济比较后综合选定。
（1）方案一：一级挡墙+二级平台+二级护坡（典型断面图见附图1）
大钱港设计航速采用10km/h即2.78m/s，考虑最高最低通航水位下船行波上卷高度和下滚深度高程分别为2.7m和0.2m。该方案在0.70m、2.50m高程设置消浪平台，0.70m平台宽5m，外侧与河道边坡交接处设抛石护脚，平台以下为1:3河道边坡，以上设直立式挡墙至2.50m高程，挡墙底坎设置在0.0m。2.50m高程平台宽2.5m，采用浆砌鹅卵石护面，平台以上以1:2边坡接至堤顶高程，护坡种植草皮。堤防顶宽5m，采用泥结石路面，背坡以1:2斜坡与现状地面相接。每延米堤防工程量及投资见表1。
（2）方案二：二级挡墙+二级平台+一级护坡（典型断面图见附图2）
本方案2.50m高程平台以下部分与方案一相同，其上采用直立式挡墙至堤顶高程。堤顶及背坡设置同方案一。每延米堤防工程量及投资见表1。
（3）方案三：一级平台+二级护坡（典型断面图见附图3）
本方案在1.70m高程2.5m宽平台，其下为1:3河道边坡，其上以1:2.5斜坡接至堤顶，堤顶及背坡设置同方案一。为防止波浪淘刷，在1.70m平台外侧设置砼护脚至0.0m高程，1:2.5斜坡采用联锁式水工砌块护至2.70m高程，2.70m高程至堤顶采用草皮护坡。每延米堤防工程量及投资见表1。
表1 各堤型每延米工程量及主体工程投资估算表
编号项目名称单位单价（元）方案一方案二方案三
工程量投资（元）工程量投资（元）工程量投资（元）
1 土方开挖 m3 9.92 6.2 61.50 6.2 61.50 2.2 21.82
2 土方回填 m3 11.80 14.8 174.64 11.5 135.70 13.1 154.58
3 C25混凝土 m3 406.73 0.986 401.04 1.476 600.33 　　
4 C20混凝土 m3 340.67 　　　　 1.2 408.80
5 C10素砼 m3 298.27 0.18 53.69 0.31 92.46 　　
6 M7.5浆砌块石挡墙 m3 233.08 1.16 270.37 1.81 421.87 　　
7 粗料石贴面 m3 1841.43 0.32 589.26 0.58 1068.0 　　
8 抛石 m3 83.62 0.49 40.97 0.49 40.97 0.7 58.53
9 鹅卵石路面 m2 36.09 1.5 54.14 1.5 54.14 2.5 90.23
10 水工砌块 m2 77.71 　　　　 2 155.42
11 碎石垫层 m3 107.59 　　　　 0.26 27.97
12 泥结石路面 m2 16.31 3.5 57.09 3.5 57.09 3.5 57.09
13 砼路缘石 m3 611.77 0.04 24.47 0.04 24.47 0.04 24.47
14 草皮护坡 m2 7.28 3.85 28.03 0.5 3.64 4 29.12
　小计　　　 1755.2 　 2560.2 　 1028.0
15 占地 m2 58 18.5 1073.0 15.5 899.0 21.25 1232.5
每沿米投资（元）元　　 2828 　 3459 　 2261

说明：图中高程以米计，其余尺寸以厘米计。

（4）方案比较
从工程安全使用方面比较，各方案均能满足安全运用要求。
从工程造价方面比较，方案二较方案一、方案三投资分别增加631元/m和1198元/m；方案一和方案三相差567元/m，方案三投资最少。
从工程量组成方面比较，方案一、方案三土方用量较多、圬工量较少，而方案二土方用量少、圬工量较多。
从工程占地方面比较，方案二所需占地最少，方案一其次，方案三最大。
从施工方面比较，方案一、二施工工艺较方案三相对复杂，挡墙施工局部河段需要修筑纵向围堰，其中方案二的二级挡墙修筑于一级挡墙的回填土上，将会增加挡墙的变形量，施工质量控制困难。方案三圬工工程基本可实现水上施工，施工难度小。
从景观美化方面比较，方案一的亲水平台加绿色护岸，可提供周边人群休憩观赏的休闲环境，该方案较适用于城市段河道。而方案二虽同样有亲水平台，但二级挡墙的存在使得平台压抑狭窄，而且绿化设施布设空间的缺乏，使该方案从景观美化角度而言，不足为取。方案三1.70m高程的超低亲水平台配合缓坡绿化，将可营造自然野趣的环境景观，但该方案的充分开敞性使其并不适合人群密集区，在乡野或城市景观区则相对适宜。
综上所述，方案二工程占地少，但从造价、施工、景观等几方面均不如方案一、方案三，故不予采用。方案一在工程造价、施工难度等方面略逊于方案三，在工程占地方面略优于方案三，而在环境景观方面各有所长。故本设计中将方案一、方案三作为推荐方案。
1.4 结语
河道工程设计中，堤防是工程的关键点，是工程投资的主要组成部分，因此在河道工程设计中应对堤防型式作多方案比较，以确定最合理的方案。

参考文献
【1】《防洪标准》（GB50201-94）；
【2】《水利水电工程初步设计报告编制规程》（DL5021-93）；
【3】《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000）；
【4】《堤防工程设计规范》（GB50286-98）；
【5】《堤防工程管理设计规范》（SL171-96）