番禺新造水道堤防加固工程设计和稳定性分析

张志远

（广州市珠江前后航道流域事务中心，广东 广州 510000 ）

1 番禺新造水道堤防加固工程必要性分析

1.1 防潮防洪效果较差，部分堤防设施严重老化

番禺新造部分水道堤段已建有堤防，但堤顶高程及堤顶宽均不能满足1 级堤防的规范要求，部分已建堤段堤防老化，年久失修，不能达到规范要求的防洪潮标准；局部堤段现状无护岸，存在一定的安全隐患。部分堤段经过多次加高加固，堤岸、堤基结构复杂，难以确定其具体形式，虽然现状堤防基本稳定，但是不搞清堤防内部结构，在此基础上加高加固极易给将来留下安全隐患。同时，由于护堤线不明确，违章建筑较多，部分居民及工厂直接将房子建于岸边，严重影响堤防工程的建设。此外，堤顶防汛道路标准较低，部分路段路面高低不平，将影响防汛抢险。

1.2 堤岸结构单一，不能满足生态堤防的要求

部分堤线段现状堤防不达标或无堤防，且堤后有空地，新建堤防的条件比较充足，加之现有堤防均为浆砌石挡墙，毫无生态景观设计，而珠江为景观河，在城市建设越来越重视景观、生态效果的形势下，作为城市基础设施的堤防工程，其设计理念理应顺应这种理念，应更多地考虑景观、生态因素，而此次新建堤防均配合景观设计，营造江边绿色景观带，因此在具备条件堤段新建堤防是十分必要的。

2 番禺新造水道堤防加固工程设计

2.1 新建混合式堤防

根据不同的地形地质条件预制沉箱的规格可分为1.70 m高和2.07 m高两种，2.70 m沉箱仅适用于定海公司～番禺灵川饲料公司段，长210 m；其余为1.70 m 高沉箱共长1 768 m。预制沉箱混合式堤防方案详述如下：该方案为沉箱结构和放坡相结合堤型，根据地质钻孔资料可知，整段堤防内有深浅不一的软土层，必须进行一定的地基处理，方可作为沉箱结构的基础。为了提高地基承载力，减少基础沉降，保证堤防稳定，按不同地质条件箱底采用不同的处理方式：

第一，地基基础条件较好的堤段箱底采用碎石垫层或碎石填筑，共长303 m。第二，堤基软土层深度小的堤防，采用挖除软土置换块石的方法处理，共长760 m。第三，堤基软土层深度大的堤防，在碎石垫层底部采用Ф600 间距1.20 m 的水泥搅拌桩。第四，新建混合式堤防设计堤顶高程3.60 m，堤防采用“3 m宽滨江人行道+6.30 m宽斜坡绿化带+8 m宽防汛道路”的型式，防汛道路路面结构采用沥青混凝土路面，迎水面设石材栏杆，栏杆高1.10 m。

2.2 新建斜坡式堤防

2.2.1 斜坡式一

番禺灵川饲料公司～新造油库段和新造油库宿舍～新造粮库段采用斜坡式一。堤顶具有3.60 m高程，堤顶设宽8 m防汛道路，利用沥青混凝土浇筑路面，石材栏杆布设于路面迎水侧，栏杆高1.10 m；滨江人行道路面为花岗岩材质，可用作消浪平台，平台宽度和高程分别为3 m 和2 m，迎水面设石材栏杆，栏杆高1.10 m；消浪平台下方设置1:3坡度的护坡，结构形式为预制螺母块（厚度25 cm），结合现场环境特点选择适宜的水草种植与螺母块之中；将高程0.50 m的抛石护脚布置于低潮位以下部分；消浪平台以上斜坡坡度为1:3，护坡为绿化混凝土，用于满足生态亲水景观建设需求；背水坡护坡形式为小灌木点缀于腐殖土草皮之中，坡度比为1:3，按照50 m 间距将竖向排水沟布置于坡面，同时将纵向排水沟布设于堤脚。对于存在较大填方的堤段，铺设土工格栅，增强土体抗剪性能。格栅由堤顶以下1 m开始铺设，竖向间距0.50 m。

2.2.2 斜坡式二

南村油库～永大集团段采用斜坡式二。该段堤防在治导线外有较大的滩地，且滩地坡度较缓，同时堤后有足够空间，为了适应这种地形，营造更具亲水性的绿色堤岸线，滨江人行道路面为花岗岩材质，可用作消浪平台，平台宽度和高程分别为3 m和2 m，迎水面设石材栏杆，栏杆高1.10 m；消浪平台下方设置1:3坡度的护坡，结构形式为预制螺母块（厚度25 cm），结合现场环境特点选择适宜的水草种植与螺母块之中；将高程0.05 m的抛石护脚布置于低潮位以下部分，在斜坡式一的基础上将消浪平台以上迎水坡坡度调整为1:5。部分区域由于新增荷载多且软土层厚，通过堤防稳定计算，基础处理采用搅拌桩。

2.2.3 斜坡式三

新村段采用斜坡式三。该段堤防的现状岸线超出治导线约150 m，此次设计拟按照治导线新建斜坡式堤防。由于治导线距岸边较远，无须设抛石护脚及消浪平台等措施，故在斜坡式一的基础上取消消浪平台以下的结构，以节省投资。

2.3 旧堤改造

2.3.1 旧堤改造（新建防洪墙）

在新造粮库～兴华路段和新造渡口～新华沙厂段，堤后为新造镇区，由于建设场地受限，若新建堤防拆迁难度大，为保证堤防可以安全度汛同时避免大量拆迁，此次设计主要针对现有的防洪缺口，新建花坛式防洪墙，防洪墙之间用防汛挡板进行挡水，保证防洪体系的封闭。

该方案是在原堤顶新建C25钢筋混凝土U型花坛防洪墙，花坛壁厚0.25 m，高1.30～1.70 m，花坛内种植观赏花卉，花坛之间用防汛挡板进行挡水，这样既保证了在不扰动现有堤防的情况下岸线封闭，使现有堤防可以安全度汛，同时又不影响周围居民的正常生活，还能起到绿化美化作用。详见图1。

2.3.2 旧堤改造（新建亲水平台）

新造油库宿舍段堤后为新造油库宿舍区及配套沿江道路，浆砌石斜坡堤岸存在局部损坏情况。兴华路～南约涌段和南约涌～新造渡口段，堤后依次为3 m宽绿化带、10 m宽海傍路、密集的居民区；此堤段岸线平顺，堤岸为两级浆砌石直立挡墙，由于建设年代较早，局部堤岸破损。

为充分利用现有堤岸，尽量减少对周围居民影响，此次设计拟在上述两个堤段临水侧新建L 型挡墙，墙顶高程3.06 m，墙内侧为8 m 宽防汛道路，外侧设一消浪平台作为滨江人行道，平台宽3 m，平台顶高程1.50 m，平台外侧设高1.10 m 石材栏杆。

3 番禺新造水道堤防加固工程稳定性分析

3.1 渗流稳定计算

3.1.1 计算断面和参数

此次计算选取桩号5+440.85（南村油库～永大集团段）进行计算。计算参数采用地质报告建议参数，并参照附近类似土层选取。

3.1.2 计算方法

此设计采用有限元法进行渗流计算。

3.1.3 计算工况

稳定渗流：工况一：设计洪（潮）水位2.80 m，对应堤后无水（取地面高程）；工况二：多年平均低潮位-0.74 m，对应堤后无水（取地面高程）。非稳定渗流：工况三：多年平均高潮位0.78 m骤降（3 h）至多年平均低潮位-0.74 m，对应堤后无水（取地面高程）。

3.1.4 计算结果及分析

根据表1 计算成果，背水坡出逸比降均小于允许渗透比降，堤身不会发生渗透破坏，因此不需要采用其他工程措施。

表1 各土层渗透比降表

3.2 整体稳定计算

计算堤防整体稳定时，根据断面形式、地基、新增荷载情况，选择有代表性的断面进行稳定计算，此次选择定海公司～番禺灵川饲料公司段0+195.19 断面等15 个断面进行稳定计算。由于堤后高程普遍在2 m以上，堤防填高较小，因此，此次设计仅对临水侧边坡进行稳定计算，背水侧不予计算。

3.2.1 稳定计算工况

3.2.1.1 加固前

此次设计对现状及加高后（不采取其他措施）的稳定进行复核，计算工况如下：现状：采用现状堤防断面，外江水位采用多年平均低潮位-0.74 m或滩地，对应堤后水位取地面高程，计算外江侧边坡；加高后（不采取其他措施）：采用现状堤防断面并增加等效于加高堤身的荷载，外江水位采用多年平均低潮位-0.74 m或滩地，对应堤后水位取地面高程，计算外江侧边坡。

3.2.1.2 加固后

工况一：外江水位由设计潮水位2.80 m 降落-0.74 m 或滩地，对应堤后水位取地面高程，计算临水侧边坡。工况二：外江水位为历史最低潮位-1.93 m，对应堤后水位取地面高程，计算临水侧边坡；工况三：施工期，外江水位为多年平均低潮位-0.74 m 或滩地，对应堤后水位取地面高程，计算临水侧边坡；工况四：外江水位为多年平均高潮位0.78 m遇地震，对应堤后水位取地面高程，计算临水侧边坡。

由于此工程对于存在较大填方的堤段，拟铺设土工格栅，增强土体抗剪性能。未设土工格栅的稳定安全系数表明，对于较大填方堤段，未设土工格栅稳定不能满足要求，设置土工格栅后稳定满足要求。

3.2.2 稳定计算成果按照此设计加固后的堤防整体稳定在各个工况下均满足要求，因此，此次设计方案是合理、可行的，同时也是必需的。

4 结语

综上所述，为满足区域内城市建设发展需求，相关工程单位新建了沉箱结构和放坡相结合堤型以及多种不同形式的斜坡式堤防实现了堤防结构区域水道现状的有效契合，对于部分难以新建的区域采取了防洪墙及亲水平台修建等方式改善堤防结构破损老化问题；从渗流稳定与整体稳定两方面对堤防加固方案进行了计算，确认方案稳定性满足要求。