罗 超

（广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510635）

1 工程概况

南丰镇防洪工程位于广东省封开县南丰镇贺江左岸,南丰镇现状防洪排涝设施标准低,防洪能力差,经常受外江洪水侵袭,需要进行兴利除害工程建设。南丰镇防洪工程主要由防洪堤、泵站及水闸等组成,其中防洪堤包括土堤与防洪墙。工程等别为Ⅳ等,堤防级别为4 级,主要建筑物级别为4级,次要建筑物级别为5 级,防洪标准采用20年一遇设计洪水。本文针对防洪墙段进行分析计算。

2 防洪墙结构设计

2.1 防洪墙墙顶高程计算

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）规定,设计波浪的计算风速可用历年汛期最大风速平均值的1.5倍。汛期最大风速平均值为8.1 m/s,现选用设计波浪风速V=8.1×1.5=12.15 m/s。

防洪墙顶高程按设计洪水位加堤顶超高确定,堤顶超高按下计算公式计算：

式中：Y 为堤顶超高,m；R 为设计波浪爬高,m；e 为设计风雍增加水高,m；A 为安全加高,m。

4 级堤防按不允许越浪取A=0.6 m,允许越浪取A=0.3 m。

设计波浪爬高R 及设计风雍增加水高e 根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）附录C 计算。

堤顶超高按不允许越浪考虑,堤顶超高计算值为0.90 m,20年一遇设计洪水位为41.17 m,因此防洪墙墙顶计算高程为41.17+0.9=42.07 m,取42.10 m。

2.2 防洪墙结构型式

根据地面高程的不同,防洪墙的断面形式也有所不同。防洪墙的主要断面形式为折线形,挡水墙采用C30 钢筋砼直墙+斜板结构,直墙高度3.0 m,厚度0.8 m,斜板垂直高度根据不同的地面高程而不同,地面高程有36.60 m、37.5 m、38.5 m、39.00 m 等4 种,当地面高程高于38.50 m 时不设斜板,直接用直墙挡水。斜板垂直高度有2.5 m~1.6 m,坡比1:2.4~1:3.75,斜板厚度0.4 m,每隔6 m 设一圆柱支承斜板,圆柱直径为0.6 m。基础底板采用板梁结构,宽度6.0 m,冠梁尺寸1.0 m×1.0 m（宽×高）,联系梁间距3.0 m,尺寸0.5 m×1.0 m（宽×高）,板厚0.2 m。防洪墙沿线每隔300 m 左右布置一道防洪门,供附近居民进出外江侧休闲步道,也可作为应急排除内涝通道,防洪墙与民房之间为双向行车通道。

防洪墙地基为砾砂、砂卵砾石层,属强透水地基,卵石粒径2 cm~10 cm,含砂砾10%~25%。该层在工程区内分布广泛、连续,层厚0.30 m~11.20 m,平均层厚4.91 m,层顶高程26.72 m~34.40 m。防洪墙基础处理采用水中填筑施工平台。结合基础防渗,防洪墙基础内侧采用C30 砼连续墙,厚800 mm,外侧采用C30 砼φ1000 mm 灌注桩,间距3000 mm。强风化砂岩裂隙发育,具中等透水性,大部分堤段强风化层厚度较小,部分甚至缺失,连续墙及灌注桩底部原则上均伸入弱风化岩1.0 m,在强风化层厚度较厚,岩石裂隙少,透水性弱的堤段,连续墙及灌注桩底部提升至伸入强风化岩1.0 m。

防洪墙主体工程施工完成后,拆除水中填筑的施工平台,防洪墙基础由连续墙、桩基础及砼底板组成的一个架空结构,防洪墙底板底面至河床,底板顶面至防洪墙斜板均为行洪断面。典型断面见图1。

图1 典型断面图

2.3 折线形防洪墙基础防渗墙及灌注桩整体计算

2.3.1 主要设计允许值

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）,堤防建筑物安全系数要求如下：

（1）土堤边坡抗滑稳定安全系数不应小于表1 的规定。（2）

表1 土堤边坡抗滑稳定安全系数

防洪墙抗滑稳定安全系数、抗倾覆安全系数不应小于表2、表3的规定。

表2 防洪墙沿基地面的抗滑稳定安全系数

表3 防洪墙抗倾覆稳定安全系数

2.3.2 计算断面选择

选取基础覆盖层较厚,岩层顶面高程较低,防洪墙最高的断面作为计算断面。计算断面见图1。

采用理正深基坑支护结构设计软件,对模型进行适当简化,按双排桩进行计算,工程支护安全等级为一级。计算简图见图2。

图2 计算简图

灌注桩直径1.0 m,桩长为26.3 m,桩距为3.0 m,桩顶设冠梁,尺寸为1.0 m×1.0 m。

连续墙模拟为矩形桩,桩长为26.3 m,宽为0.8 m,桩距为1.2 m,桩顶设冠梁,尺寸为0.8 m×1.2 m。

灌注桩与连续墙间距5.1 m,中间设联系梁,联系梁宽0.5 m,高1.0 m,间距为3.0 m。

防洪墙背水面高度范围内填土模拟为杂填土,各项计算指标为0。

2.3.3 岩土层采用参数

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）第3.1.14第2 点“对地下水位以下的黏性土、黏质粉土,可采用土压力、水压力合算方法；此时,对正常固结和超固结土,土的抗剪强度指标应采用三轴固结不排水抗剪强度指标或直剪固结快剪强度指标,对欠固结土,宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标”。

本工程地层属于正常固结土,计算时应采用三轴固结不排水抗剪强度指标或直剪固结快剪强度指标,计算取值参数见表4。

表4 计算取值参数表

2.3.4 计算工况

工况一：正常运用条件,外江水位为32.10 m,堤内水位比地面低1 m,35.60 m。

工况二：设计洪水位,外江水位达到防洪墙顶,堤内水位比地面低1 m,35.60 m。

工况三：退水工况,外江水位降至河床,堤内水位距墙顶4 m,水位差6 m。

工况一与工况三墙内路面考虑汽车荷载（汽车荷载按公路Ⅱ级车道荷载计算）。

2.3.5 计算结果

计算结果见表5。

表5 折线形防洪墙墙身、防渗墙及灌注桩整体计算成果表

由表2 中可以看出,正常运用条件,抗倾覆稳定性系数Ks>1.45；整体稳定安全系数Ks>1.15,均满足规范要求。

非常运用条件Ⅰ,抗倾覆稳定性系数Ks>1.35；整体稳定安全系数Ks>1.05,均满足规范要求。

墙顶最大位移为13.39 mm,满足设计要求。

2.4 防洪墙结构计算

正常运用工况：荷载只有飘板自重及不上人屋面活载,不上人屋面活载取0.5 kN/m2。计算模型为防洪墙、飘板及柱子组成的框架,防洪墙按800 mm×800 mm 的暗柱考虑,飘板按600 mm×400 mm 的暗梁考虑,圆柱直径为600 mm。计算简图见图3。

图3 计算简图

采用PKPM 结构设计软件计算结果为：防洪墙按800 mm×800 mm 的暗柱配筋面积2080 mm2,圆柱配筋面积1837 mm2,飘板按600 mm×400 mm 的暗梁跨中配筋面积1048 mm2,支座配筋面积1864 mm2。

挡洪工况：取1m 为计算单元,垂直竖向力为飘板自重,水平力为静水压力。由于柱子间距较大,为6 m,柱子刚度相对飘板及防洪墙的刚度很小,因此在挡洪工况不考虑柱子的作用,飘板按悬臂板计算,计算简图见图4。

图4 计算简图

经计算,弯矩MA=97.3 kN・m,MB=-60.2 kN・m

剪力VA=151.25 kN,VB=31.25 kN

配筋AsA=1018 mm2,ASB=1781 mm2

A、B 点抗剪验算采用《水工混凝土结构设计规范》(SL 191-2008)中计算公式：

当hw/b ≤4.0 时,

当hw/b ≥6.0 时,

当4.0

2.5 防渗处理

防洪墙基础采用连续墙及灌注桩的架空结构,连续墙采用C30 混凝土,墙厚0.8 m,深入不透水层不小于1.0 m。因此连续墙具有受力及防渗的双重功能,满足防洪墙基础防渗的要求。

3 防洪墙景观设计

结合当地的人文、景观,融入碧道建设理念,对防洪墙沿线进行生态、人文景观建设,使防洪墙沿线成为集生态、旅游、人文、休闲的 “画廊式”的风光带,成为广大人民群众喜游乐到的美好去处。突出“水环境、水文化、多自然”的特点,即能突出时代特点,又具有传统的岭南风格。在防洪墙上采用了岭南风格的装饰元素与传统手法,如灰塑、陶塑、砖雕、木雕、洞门景窗、空花博古、贴地铺地、彩色玻璃、镶拼壁画、匿名对联等。在功能上具有隔热、遮阳、通风的特点,建筑物顶部常做成多层斜坡顶,外立面颜色以深灰色、浅色、白色为主,墙面材料以文化砖与真石漆喷涂为主,顶部贴琉璃瓦为主。

防洪墙外侧形成休闲江边景观步道,融入当地的历史文化,通过这种廊道空间的装饰与灯光的营造气氛打造成为当地一道亮丽的新风景线,廊道内布置石凳和仿木栏杆。而防洪墙内侧,结合1.5 m 宽的绿化造景,采用爬藤植物、开花植物、造型灌木以及竹子来造景。墙面的窗花刻雕装饰元素、石景小品、射灯、草坪灯来点睛,通过一步一景的手法,丰富景观,增加层次景深,活跃空间气氛见图5、图6。

图5 休闲江边景观长廊效果图

图6 防洪墙背水面景观效果图

4 结语

南丰镇防洪工程防洪墙折线型结构,满足防洪设计要求,结构安全可靠,堤防稳定满足规范要求。防洪墙基础由连续墙、桩基础及砼底板组成架空结构,连续墙兼顾受力及防渗的双重功能,减少了工程投资,架空结构避免侵占河段的行洪断面。防洪墙运行管理简单,造型新颖,结合步道可供居民休闲,满足人们的亲水性需求。折线型结构,降低直墙高度,既满足挡水要求,又可有效减低空间压抑感,提高居民的幸福指数。值得应用于城市（镇）及景区等对防洪墙有特殊要求的地区。