东帝汶现役军人住宅项目防洪工程设计分析

陈平川，曹志成

（1.中电建生态环境集团有限公司，广东 深圳 518100；2.中国电建中南勘测设计研究院有限公司，湖南 长沙 410014）

1 概述

东帝汶位于东南亚努沙登加拉群岛最东端，岛国。国土面积14874 km2，境内多山，属热带草原雨林气候。东帝汶现役军人住宅项目位于东帝汶首都帝力以东约30 km 麦地那罗(Metinaro)村附近的小河沟下游右侧小型冲洪积扇上。该项目建设用地面积3 hm2，建筑面积约9000 m2，主要建筑为100 套军人住宅。

该项目于2010 年4 月份正式动工兴建，重庆外建公司通过议标方式取得该项目承建权。2010 年10 月，军人住宅项目区域遭遇暴雨，住宅项目旁边的小河洪水暴涨，溢出的洪水经项目背后坡地以及冲沟冲击项目施工场地。由于东帝汶方面专为军人住宅项目修建的挡水墙早在以前洪水中遭淘刷倒塌，因此本次洪水长驱直入淹没整个施工场地，淹没水深约1 m，淹没时间约3 h。洪水退却后，场地内淤积大量泥沙，造成一定的经济损失，并由此迟滞住宅项目施工工期约1个月。

洪水事件发生以后，中国政府决定援建东帝汶防洪设施，确保现役军人住宅项目满足20 年一遇的防洪标准。

2 基本思路

军人住宅项目防洪基本思路是：在河道右岸，用防、排两种方案，防止洪水对住宅的威胁。第一种方案为防洪堤，该方案在河道出峡谷口以下，沿河道右岸1200 m 范围布置防洪堤，使洪水归集于主河道，防止洪水对军人住宅项目的威胁；第二种方案为排洪渠，该方案是在军人住宅项目南边及西北边坡地一带，布置一道排洪渠，排泄主河道溢出的洪水，防止洪水对军人住宅区的威胁。

排洪渠方案存在以下缺点：1)由于排洪渠地势低于主河道10 m～25 m，且主河道与排洪渠之间的坡地为冲洪积扇砂卵砾石地层，主河道溢出的洪水极易在坡地形成冲沟。长此以往，主河道极有可能变道于排洪渠，这非常不利于军人住宅的安全；2)洪水期间一旦排洪渠淤塞，排洪渠将失去排洪作用，洪水将直接进入军人住宅区；3) 排洪渠穿越大部分军人住宅区征地，使住宅区征地使用价值大为减少。

综上，排洪渠方案基本不可行，选择防洪堤方案作为本项目防洪方案。

3 防洪堤结构设计

3.1 防洪堤断面尺寸拟定

3.1.1 防洪堤各断面设计水位计算

防洪堤河道范围较小，仅1200 m，且河道较顺直规则，考虑在设计洪水情况下，按恒定均匀流推求各断面设计洪水位。

式中：Q 为洪水流量，243 m3/s；A 为过流断面面积，m2；R 为水力半径，m；n 为河道糙率，0.035；i 为河道坡降，0.03～0.025。

河道可近似看做矩形断面：

式中：b 为河道宽度，23 m；h 为河道水深，m。

已知Q、n、I，可解方程求得河道水深。防洪堤各断面设计洪位见表1。

3.1.2 堤顶高程

堤顶高程：本项目属5 级堤防，堤顶高程=设计洪水位+安全超高+风浪爬高。安全超高取0.5 m(不允许越浪)，沿程堤顶高程见表1。

表1 防洪堤主要参数表

3.1.3 堤顶宽度

根据堤身稳定和防洪抢险要求，对土堤及土石混合堤，堤顶宽度不宜小于4 m，本工程取4.3 m。

3.2 防洪堤结构形式选择

根据现场查勘，工地现场缺少粘土及石料，但存在大量冲洪堆积的砂卵砾石，该砂卵砾石级配较差，中小颗粒含量较多，粗颗粒及细颗粒含量少，且颗粒中含有一定量片岩颗粒，岩性强度较低。

为充分利用当地材料，防洪堤主体结构采用砂卵砾石填筑，考虑防渗、防冲刷及稳定要求，堤身迎水面采用悬臂式混凝土挡墙。为防止洪水对基础的淘刷，混凝土挡墙基础迎水面设浅齿墙，深度0.8 m，平均厚度0.64 m，同时混凝土齿墙也可起到一定的防渗作用。为防止洪水对堤脚的淘刷，悬臂挡墙临水面底部采用级配碎石+块石护脚。防洪堤背水面坡脚设置棱体排水，采用级配碎石填筑，排水体与堤身之间设置土工布反滤。以防渗水带走大量细颗粒而危及堤身安全。防洪堤结构见图1。

图1 防洪堤典型断面

3.3 防洪堤结构设计

1)悬臂式混凝土挡墙结构设计

悬臂式混凝土挡墙最大高度3.27 m，挡墙迎水面坡度1∶0.1，背水面坡度1∶0.1，底板最大厚度0.6 m，最长2.7 m。底板迎水侧混凝土齿墙深0.8 m，平均厚度0.64 m。

2)主体填筑物及背水面坡度拟定

防洪堤主体结构采用砂卵砾石填筑。背水面坡度拟定1∶2.0。背水面抗滑稳定计算采用理正边坡稳定设计软件，在防洪堤的长度方向截取12 m 长(混凝土挡墙分缝长度)的截条作为计算对象，采用圆弧滑动瑞典条分法进行整体滑动验算，计算工况见表2。

表2 背水面抗滑稳定计算工况表

物理参数：墙后填土内摩擦角30°；墙后填土粘聚力0.0 kPa；墙后填土容重为9.50 kN/m3。

背水面抗滑稳定验算结果见表3。

表3 背水面抗滑稳定计算成果表

3)背水面排水体设置

背水面基础部位设置排水棱体，高0.8 m，背水面坡度1∶1.4，临水面坡度1∶1，采用级配碎石填筑，排水棱体与堤身及地基面之间设置土工布反滤。

4 顺坝设计

考虑到先前东帝汶方面专为军人住宅项目修建的挡水墙有过在洪水中遭淘刷倒塌的教训，为进一步让洪水归流主河道，降低洪水流速，减小对防洪堤基础的淘刷，特沿防洪堤布置一定数量的顺坝（顺坝长约30 m，间距约60 m，与堤防夹角约17°），顺坝布置见图2。

图2 顺坝平面布置示意面

顺坝的设置主要为减小洪水对堤身基础的淘刷，防止河道往右岸发展，因此顺坝的高度不宜超过设计洪水位，本顺坝顶部高程按低于设计洪水位约0.4 m 考虑。顺坝采用块石钢丝笼，顶部宽1.0 m，迎水面和背水面坡度均为1∶1，顺坝高度1.2 m，基础埋深0.6 m。

5 堤岸及顺坝冲刷深度计算

5.1 顺岸（坝）冲刷深度计算

水流平行于岸坡产生的冲刷按下式计算:

式中：h 为冲刷深度，m；VCP为平均流速，为3 m/s；V允为允许不冲流速，砂卵石河床取0.75 m/s；n 为指数，取n=1/4。

经计算，h=0.4，最大冲刷深度0.4 m，防洪堤基础埋深1.4 m，顺坝基础埋深0.6 m，均大于最大冲刷深度，满足防冲刷要求。

5.2 凹岸冲刷深度计算

凹岸冲刷按下式计算:

式中：Δhp为从河底算起的局部冲深，m；a 为水流流向与岸坡交角，取90°；m 为防护建筑物迎水面边坡系数，为0；d 为坡脚处土壤计算粒径，取6.8 cm；Vj为水流的局部冲刷流速，为3 m/s。

经计算Δhp=0.7，凹岸最大冲刷深度0.7 m，防洪堤基础埋深1.4 m，大于凹岸最大冲刷深度，满足防冲刷要求。

6 山洪预警系统

为发生超标准洪水时进行应急响应，本着经济、实用、便于维护的原则，建设一套简易山洪预警系统。流域上游山区居民稀少，当地偷盗情况严重，因此在流域内建设水雨情监测站不合适。仅在项目所在地建设1 个雨量监测站，实时检测降雨量。当发生连续降雨，雨量超过100 mm 时即以短信方式发送至相关人员手机，以引起重视。该系统配置接收计算机、雨量计、短消息模块、太阳能光板、电池等。投资少，后期运行费用低，在发生强降雨时能起到预警作用，同时为本区域积累宝贵的雨量资料。

7 结语

东帝汶军人住宅项目防洪工程作为商务部援外项目，规模不大，堤防长度约1.2 km。但方案设计周全仔细，首先总体上对防、排两种思路进行比较选择，其次在进行堤防结构设计时，充分考虑应用当地现场土石材料。并结合当地实际，建设简易山洪预警系统，既节省投资，又发挥预警效果。本工程运行效果良好，得到了东帝汶政府的充分肯定和感谢，可供类似工程参考。