木蘭溪白塘段生態(tài)護(hù)坡防洪堤設(shè)計(jì)研究

陳瑞椿

(福建省莆田市萩蘆溪水電管理處，福建 莆田 351100)

1 工程概況

木蘭溪系閩中最長(zhǎng)的河流，流經(jīng)仙游縣、莆田市華亭、城廂區(qū)、白塘等地至三江口匯入興化灣。河流長(zhǎng)105km，總面積1732km2，河道坡降1.50‰，木蘭溪流域上游為山區(qū)，植被覆蓋良好，森林茂密；中游為丘陵和河谷平原區(qū)，沿溪兩岸高程一般在8-38m；下游自瀨溪舊橋到三江口為沖積平原和部分丘陵臺(tái)地，平原高程一般在5-7m之間，地勢(shì)平坦，土質(zhì)肥沃。防洪工程處于港利至三江口河段，為地勢(shì)平坦的下游入海區(qū)，河流連續(xù)急彎，其中白塘段為木蘭溪下游涵壩水閘至寧海橋上570m堤段[1]。

木蘭溪下游防洪工程分四期建設(shè)，其中一期、二期工程已經(jīng)實(shí)施，三期荔涵段和四期防洪工程正在建設(shè)，但下游尚未閉合。白塘段保護(hù)主城區(qū)涵江區(qū)，現(xiàn)有堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)低，5a一遇以上洪水就會(huì)漫灘，屬于主城區(qū)防洪閉合重要河段之一。白塘段位于木蘭溪下游河段的干流左岸，莆田市涵江區(qū)境內(nèi)，堤段規(guī)劃建設(shè)范圍上游起自涵壩水閘，下游至寧海古橋的上游約570m處。河道防洪現(xiàn)狀未達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)且未能形成連續(xù)的防洪體系，一旦遇到洪水將嚴(yán)重威脅著沿河居民安全。為進(jìn)一步提升堤防行洪和防洪能力，保護(hù)莆田市主城區(qū)防洪安全，結(jié)合木蘭溪水系分布情況和白塘段地貌形態(tài)特征，擬對(duì)木蘭溪白塘段進(jìn)行整治。結(jié)合守在損失程度及其可能產(chǎn)生的影響以及防護(hù)對(duì)象重要等級(jí)，按照相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范確定木蘭溪白塘段為50a一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)[2]。

2 河段防洪現(xiàn)狀及治理措施

木蘭溪流域的洪水主要由7-10月上旬的臺(tái)風(fēng)雨和4-6月的鋒面雨引起，尤其是臺(tái)風(fēng)暴雨，降雨集中，雨強(qiáng)大，過(guò)程雨量大，造成洪水陡漲陡落，一般洪水過(guò)程2-3d。木蘭溪下游南北洋平原水害頻繁發(fā)生，形成水災(zāi)的原因有：①由于南北洋平原海拔低，地勢(shì)平坦低洼，遇到暴雨，水不能及時(shí)排出，產(chǎn)生洪澇災(zāi)害。②下游防洪體系未閉合，防洪工程除一、二期已建外，三期和四期未完成建設(shè)。③該地區(qū)處在感潮河段，前身系淺海灣，地面高程在潮水位變幅范圍內(nèi)，形成的洪水受潮水頂托，洪、潮、澇三方面的自然因素造成的。④流域臺(tái)風(fēng)雨強(qiáng)大，日暴雨量最高可達(dá)到100-300mm，雨強(qiáng)大且較為集中，一般歷時(shí) 2-3d，常造成嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害。⑤部分跨河建筑物阻水，影響洪水宣泄，加重水患，河道淤積，洪水出流受阻。⑥水浮蓮等水生生物阻水，嚴(yán)重地影響行洪。⑦人與河道爭(zhēng)地，灘地耕地種植、建房都造成大面積河障，影響行洪[3]。

木蘭溪流域經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的水利建設(shè)，尤其是2000年木蘭溪下游防洪防洪工程全面實(shí)施以來(lái)，流域已初步形成了由江堤海堤、各類排水閘(涵)和水庫(kù)等工程組成的流域防洪保安工程體系，使得莆田市初步形成了防洪減災(zāi)體系，在一定程度上提升了其自然災(zāi)害低于能力。

使莆田市防災(zāi)減災(zāi)工程體系初步形成，抵御自然災(zāi)害的能力不斷提高。①堤防工程：木蘭溪下游一期、二期防洪工程實(shí)施后，新建17.45km堤防，完成8.51km河道整治；三期荔涵段防洪工程堤防10.53km正在建設(shè)，但下游尚未閉合，未形成封閉的堤防。②非工程措施主要是雨、水情監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，包括村級(jí)預(yù)警廣播設(shè)施、鄉(xiāng)鎮(zhèn)預(yù)警發(fā)布平臺(tái)、縣級(jí)監(jiān)測(cè)預(yù)警指揮中心以及雨水雨水情監(jiān)測(cè)、視頻監(jiān)視等子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了國(guó)土、氣象信息的共享。

木蘭溪下游一期、二期防洪工程建設(shè)基本解決了莆田市主城區(qū)未設(shè)防問(wèn)題，初步實(shí)現(xiàn)了洪水歸槽，然而下游河段堤防尚未閉合，白塘段現(xiàn)有堤防為上世紀(jì)五六十年代投工投勞修筑，堤身斷面小又沒(méi)有進(jìn)行堤基處理，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足十年一遇，這些年雖然局部堤段有進(jìn)行加固，但總體防洪標(biāo)準(zhǔn)較低、岸線曲折不規(guī)整；四期堤段的華林段和華亭段興沙堤段在建[4]。

3 生態(tài)式護(hù)坡防洪堤設(shè)計(jì)

木蘭溪白塘段防洪工程長(zhǎng)570m，斷面區(qū)間為L(zhǎng)M19-32，治理河寬235-395m，綜合糙率值為0.028-0.035。堤型選擇應(yīng)符合就地取材、因地制宜的基本原則，根據(jù)堤段所處的地形、地質(zhì)條件、防護(hù)對(duì)象的重要性程度、筑堤材料分布情況(即土石料分布特征、質(zhì)量狀況、數(shù)量多少、運(yùn)輸條件等)、水流特性、河勢(shì)變化情況、工程造價(jià)、環(huán)境景觀、管理與運(yùn)行要求等要素，并參考附近已建堤防的結(jié)構(gòu)型式，經(jīng)過(guò)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較后綜合確定，最終選取的三種比選堤型為土堤、加筋土堤、土石復(fù)合堤[5]。

3.1 堤身斷面型式

1)土堤斷面型式：設(shè)計(jì)土堤堤頂寬10.0m，堤頂布置凈寬6.0m混凝土防汛道路，臨水側(cè)設(shè)高1.0m、寬0.45m的M7.5漿砌條石防浪墻。堤防迎水坡坡比為1∶2.75，采用生態(tài)混凝土護(hù)坡，厚140mm，其中無(wú)砂混凝土基座120mm，面層覆土20mm并植草綠化，以滿足草籽種植、生長(zhǎng)等要求，坡面每4.0m設(shè)C25鋼筋混凝土框格梁一道，坡腳為M7.5漿砌塊石護(hù)腳；背水坡坡比為1∶2.5，草皮護(hù)坡，坡腳設(shè)M7.5漿砌塊石排水溝。

2)加筋土堤斷面型式：設(shè)計(jì)堤頂寬10.0m，堤頂布置凈寬6.0m混凝土防汛道路，臨水側(cè)設(shè)高1.0m、寬0.45m的M7.5漿砌條石防浪墻。堤防迎水面與背水面均采用三維排水生態(tài)袋護(hù)面，基礎(chǔ)為C20混凝土底板，袋體間采用加筋土工格柵拉結(jié)，垂直方向每0.5-0.8m設(shè)柵一道，格柵間夯填黏性土筑堤。堤防迎水面與背水面坡比均為 1∶0.5，因堤基存在有深厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，為滿足堤防邊坡抗滑穩(wěn)定及護(hù)面結(jié)構(gòu)沉降變形要求，生態(tài)袋護(hù)坡下部基礎(chǔ)采用Ф600mm水泥攪拌樁加固處理。

3)土石復(fù)合堤斷面型式：設(shè)計(jì)堤頂寬10.0m，堤頂布置凈寬6.0m混凝土防汛道路，臨水側(cè)設(shè)高1.0m、寬0.45m的M7.5漿砌條石防浪墻。堤防迎水面為C20埋石混凝土重力式擋墻，擋墻迎水坡、迎水坡比為1∶0.25和1∶0.25，頂寬1.0m，擋墻底板為C20鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，前趾外挑長(zhǎng)0.6m，基礎(chǔ)埋深1.0m。因堤基存在深厚的淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，為滿足堤防邊坡抗滑及擋墻基礎(chǔ)承載穩(wěn)定要求，擋墻基礎(chǔ)采用Ф600mm水泥攪拌樁進(jìn)行加固。墻后夯填黏性土至設(shè)計(jì)洪水位以上1.0m，背水坡坡比為1∶2.5，草皮護(hù)坡[6]。

3.2 堤型方案的比選

堤型方案比較選取樁號(hào)BT0+150.00斷面進(jìn)行計(jì)算，堤防填筑高度3.42m，以15m堤長(zhǎng)作為一個(gè)計(jì)算單元，從工程量、生態(tài)性、工程投資3個(gè)方面比較以上三種堤型，如表1。其中，各方案的比選不含共有部分的防浪墻、堤頂路面、排水溝等內(nèi)容。

3.3 結(jié)果分析

1)工程量對(duì)比分析。由于白塘段新建堤防沿線房屋密集，加筋土堤占地最少，可有效減少工程征地、拆遷工程量，因此加筋土堤工程量最少，土堤次之，土石復(fù)合堤最高，三種方案的工程量對(duì)比結(jié)果與工程投資基本相同。

2)生態(tài)性比較。土石復(fù)合堤的迎水面選用C20重力式埋石混凝土擋墻，外觀生硬，生態(tài)融合性不好，堤型設(shè)計(jì)不作推薦方案，可用于施工圖設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合局部景觀節(jié)點(diǎn)建設(shè)需要有選擇地采用；加筋土堤對(duì)土質(zhì)要求較高，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖土基本無(wú)法利用，且堤身填筑時(shí)需逐層鋪設(shè)加筋格柵，生態(tài)袋需人工袋裝黏性土后逐層堆砌，墻背填土采取人工夯填，施工工藝復(fù)雜，工效底，質(zhì)量控制要求高；土堤斷面已在一、二期和在建三期荔涵段防洪工程新建堤防中得以應(yīng)用，累積了豐富的建設(shè)、施工和管理經(jīng)驗(yàn)，土堤的堤身填筑可充分利用開(kāi)挖土，減少土方外棄，節(jié)省工程投資，且部分堤段因?yàn)┑貙挾容^大，生態(tài)性較好，在自然條件下堤防整體穩(wěn)定即可滿足要求，堤基無(wú)需采取其他加固措施。

表1 防洪堤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

3)工程投資對(duì)比。土堤方案的工程投資部分最省約為其它兩種方案的70%，且部分堤段因?yàn)┑貙挾容^大，在自然條件下堤防整體穩(wěn)定即可滿足要求，加筋土堤與土石復(fù)合堤兩種方案的工程投資相當(dāng)。由于白塘段新建堤防沿線房屋密集，加筋土堤占地最少，可有效減少工程征地、拆遷工程量和補(bǔ)償投資，加筋土堤工程總投資最少，土堤次之，土石復(fù)合堤最 高，但三個(gè)方案的總投資差額占工程總投資的比重較小。因此，土堤與加筋土堤方案的最大差異在工程征地、拆遷部分。土堤斷面背水坡為1:2.5，工程占地多，需要征地、拆遷的工程量大，但由于項(xiàng)目區(qū)處于城市的規(guī)劃建控區(qū)，雖然現(xiàn)有房屋年代已久、結(jié)構(gòu)老化，但未經(jīng)政府規(guī)劃部門許可，群眾無(wú)法自行翻建，當(dāng)?shù)厝罕妼?duì)改善現(xiàn)有居住環(huán)境的意愿強(qiáng)烈。另外，當(dāng)?shù)卣安疬w戶對(duì)結(jié)合防洪工程建設(shè)進(jìn)行該片區(qū)的總體拆遷和規(guī)劃改造的意愿強(qiáng)烈，項(xiàng)目的社會(huì)認(rèn)可度和支持率高，基本可以保證征地拆遷工作的有效推進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)不存在影響工程建設(shè)的制約因素。

綜上分析，木蘭溪白塘段防洪工程建設(shè)過(guò)程當(dāng)?shù)卣牙鄯e了豐富的建設(shè)、施工和管理經(jīng)驗(yàn)，采用土堤方案工程投資最省，且現(xiàn)場(chǎng)不存在影響項(xiàng)目建設(shè)的制約因素，生態(tài)性較好。經(jīng)工程量、工程投資、施工難易程度、工程布置和地形地質(zhì)條件適應(yīng)性等多方面比較，土堤結(jié)構(gòu)的施工簡(jiǎn)單、工程布置較好、地形適應(yīng)能力強(qiáng)且不受基礎(chǔ)條件限制。因此，從工程布置的連續(xù)性和建筑物結(jié)構(gòu)與自然環(huán)境的融合性考慮，土堤結(jié)構(gòu)為堤防工程治理的最佳方案。

4 結(jié) 論

白塘段防洪治理工程位于木蘭溪下游河段的干流左岸，河道連續(xù)急彎，地勢(shì)平坦低洼，受洪、潮、澇三方面自然因素以及部分跨河建筑物阻水作用，加之人與河道爭(zhēng)地、灘地耕地種植、建房造成大面積河障等因素，極易形成水災(zāi)，對(duì)莆田市主城區(qū)防洪安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為進(jìn)一步提升河道行洪與防洪能力，更好的匹配木蘭溪下游防洪工程建設(shè)，從工程量、生態(tài)性、工程投資3個(gè)方面對(duì)比分析了土堤、加筋土堤、土石復(fù)合堤方案。結(jié)果表明：土堤方案的工程投資最省且現(xiàn)場(chǎng)不存在影響項(xiàng)目建設(shè)的制約因素，部分堤段因?yàn)┑貙挾容^大，生態(tài)性較好，該方案可作為堤防治理的最佳方案。