木兰溪白塘段生态护坡防洪堤设计研究

陈瑞椿

(福建省莆田市萩芦溪水电管理处，福建 莆田 351100)

1 工程概况

木兰溪系闽中最长的河流，流经仙游县、莆田市华亭、城厢区、白塘等地至三江口汇入兴化湾。河流长105km，总面积1732km2，河道坡降1.50‰，木兰溪流域上游为山区，植被覆盖良好，森林茂密；中游为丘陵和河谷平原区，沿溪两岸高程一般在8-38m；下游自濑溪旧桥到三江口为冲积平原和部分丘陵台地，平原高程一般在5-7m之间，地势平坦，土质肥沃。防洪工程处于港利至三江口河段，为地势平坦的下游入海区，河流连续急弯，其中白塘段为木兰溪下游涵坝水闸至宁海桥上570m堤段[1]。

木兰溪下游防洪工程分四期建设，其中一期、二期工程已经实施，三期荔涵段和四期防洪工程正在建设，但下游尚未闭合。白塘段保护主城区涵江区，现有堤防防洪标准低，5a一遇以上洪水就会漫滩，属于主城区防洪闭合重要河段之一。白塘段位于木兰溪下游河段的干流左岸，莆田市涵江区境内，堤段规划建设范围上游起自涵坝水闸，下游至宁海古桥的上游约570m处。河道防洪现状未达到国家标准且未能形成连续的防洪体系，一旦遇到洪水将严重威胁着沿河居民安全。为进一步提升堤防行洪和防洪能力，保护莆田市主城区防洪安全，结合木兰溪水系分布情况和白塘段地貌形态特征，拟对木兰溪白塘段进行整治。结合守在损失程度及其可能产生的影响以及防护对象重要等级，按照相关的设计规范确定木兰溪白塘段为50a一遇防洪标准[2]。

2 河段防洪现状及治理措施

木兰溪流域的洪水主要由7-10月上旬的台风雨和4-6月的锋面雨引起，尤其是台风暴雨，降雨集中，雨强大，过程雨量大，造成洪水陡涨陡落，一般洪水过程2-3d。木兰溪下游南北洋平原水害频繁发生，形成水灾的原因有：①由于南北洋平原海拔低，地势平坦低洼，遇到暴雨，水不能及时排出，产生洪涝灾害。②下游防洪体系未闭合，防洪工程除一、二期已建外，三期和四期未完成建设。③该地区处在感潮河段，前身系浅海湾，地面高程在潮水位变幅范围内，形成的洪水受潮水顶托，洪、潮、涝三方面的自然因素造成的。④流域台风雨强大，日暴雨量最高可达到100-300mm，雨强大且较为集中，一般历时 2-3d，常造成严重的洪涝灾害。⑤部分跨河建筑物阻水，影响洪水宣泄，加重水患，河道淤积，洪水出流受阻。⑥水浮莲等水生生物阻水，严重地影响行洪。⑦人与河道争地，滩地耕地种植、建房都造成大面积河障，影响行洪[3]。

木兰溪流域经过长期的水利建设，尤其是2000年木兰溪下游防洪防洪工程全面实施以来，流域已初步形成了由江堤海堤、各类排水闸(涵)和水库等工程组成的流域防洪保安工程体系，使得莆田市初步形成了防洪减灾体系，在一定程度上提升了其自然灾害低于能力。

使莆田市防灾减灾工程体系初步形成，抵御自然灾害的能力不断提高。①堤防工程：木兰溪下游一期、二期防洪工程实施后，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正在建设，但下游尚未闭合，未形成封闭的堤防。②非工程措施主要是雨、水情监测预警系统，包括村级预警广播设施、乡镇预警发布平台、县级监测预警指挥中心以及雨水雨水情监测、视频监视等子系统，实现了国土、气象信息的共享。

木兰溪下游一期、二期防洪工程建设基本解决了莆田市主城区未设防问题，初步实现了洪水归槽，然而下游河段堤防尚未闭合，白塘段现有堤防为上世纪五六十年代投工投劳修筑，堤身断面小又没有进行堤基处理，防洪标准不足十年一遇，这些年虽然局部堤段有进行加固，但总体防洪标准较低、岸线曲折不规整；四期堤段的华林段和华亭段兴沙堤段在建[4]。

3 生态式护坡防洪堤设计

木兰溪白塘段防洪工程长570m，断面区间为LM19-32，治理河宽235-395m，综合糙率值为0.028-0.035。堤型选择应符合就地取材、因地制宜的基本原则，根据堤段所处的地形、地质条件、防护对象的重要性程度、筑堤材料分布情况(即土石料分布特征、质量状况、数量多少、运输条件等)、水流特性、河势变化情况、工程造价、环境景观、管理与运行要求等要素，并参考附近已建堤防的结构型式，经过技术、经济比较后综合确定，最终选取的三种比选堤型为土堤、加筋土堤、土石复合堤[5]。

3.1 堤身断面型式

1)土堤断面型式：设计土堤堤顶宽10.0m，堤顶布置净宽6.0m混凝土防汛道路，临水侧设高1.0m、宽0.45m的M7.5浆砌条石防浪墙。堤防迎水坡坡比为1∶2.75，采用生态混凝土护坡，厚140mm，其中无砂混凝土基座120mm，面层覆土20mm并植草绿化，以满足草籽种植、生长等要求，坡面每4.0m设C25钢筋混凝土框格梁一道，坡脚为M7.5浆砌块石护脚；背水坡坡比为1∶2.5，草皮护坡，坡脚设M7.5浆砌块石排水沟。

2)加筋土堤断面型式：设计堤顶宽10.0m，堤顶布置净宽6.0m混凝土防汛道路，临水侧设高1.0m、宽0.45m的M7.5浆砌条石防浪墙。堤防迎水面与背水面均采用三维排水生态袋护面，基础为C20混凝土底板，袋体间采用加筋土工格栅拉结，垂直方向每0.5-0.8m设栅一道，格栅间夯填黏性土筑堤。堤防迎水面与背水面坡比均为 1∶0.5，因堤基存在有深厚的淤泥质粉质黏土，为满足堤防边坡抗滑稳定及护面结构沉降变形要求，生态袋护坡下部基础采用Ф600mm水泥搅拌桩加固处理。

3)土石复合堤断面型式：设计堤顶宽10.0m，堤顶布置净宽6.0m混凝土防汛道路，临水侧设高1.0m、宽0.45m的M7.5浆砌条石防浪墙。堤防迎水面为C20埋石混凝土重力式挡墙，挡墙迎水坡、迎水坡比为1∶0.25和1∶0.25，顶宽1.0m，挡墙底板为C20钢筋混凝土结构，前趾外挑长0.6m，基础埋深1.0m。因堤基存在深厚的淤泥质粉质黏土，为满足堤防边坡抗滑及挡墙基础承载稳定要求，挡墙基础采用Ф600mm水泥搅拌桩进行加固。墙后夯填黏性土至设计洪水位以上1.0m，背水坡坡比为1∶2.5，草皮护坡[6]。

3.2 堤型方案的比选

堤型方案比较选取桩号BT0+150.00断面进行计算，堤防填筑高度3.42m，以15m堤长作为一个计算单元，从工程量、生态性、工程投资3个方面比较以上三种堤型，如表1。其中，各方案的比选不含共有部分的防浪墙、堤顶路面、排水沟等内容。

3.3 结果分析

1)工程量对比分析。由于白塘段新建堤防沿线房屋密集，加筋土堤占地最少，可有效减少工程征地、拆迁工程量，因此加筋土堤工程量最少，土堤次之，土石复合堤最高，三种方案的工程量对比结果与工程投资基本相同。

2)生态性比较。土石复合堤的迎水面选用C20重力式埋石混凝土挡墙，外观生硬，生态融合性不好，堤型设计不作推荐方案，可用于施工图设计时结合局部景观节点建设需要有选择地采用；加筋土堤对土质要求较高，现场开挖土基本无法利用，且堤身填筑时需逐层铺设加筋格栅，生态袋需人工袋装黏性土后逐层堆砌，墙背填土采取人工夯填，施工工艺复杂，工效底，质量控制要求高；土堤断面已在一、二期和在建三期荔涵段防洪工程新建堤防中得以应用，累积了丰富的建设、施工和管理经验，土堤的堤身填筑可充分利用开挖土，减少土方外弃，节省工程投资，且部分堤段因滩地宽度较大，生态性较好，在自然条件下堤防整体稳定即可满足要求，堤基无需采取其他加固措施。

表1 防洪堤数据统计表

3)工程投资对比。土堤方案的工程投资部分最省约为其它两种方案的70%，且部分堤段因滩地宽度较大，在自然条件下堤防整体稳定即可满足要求，加筋土堤与土石复合堤两种方案的工程投资相当。由于白塘段新建堤防沿线房屋密集，加筋土堤占地最少，可有效减少工程征地、拆迁工程量和补偿投资，加筋土堤工程总投资最少，土堤次之，土石复合堤最 高，但三个方案的总投资差额占工程总投资的比重较小。因此，土堤与加筋土堤方案的最大差异在工程征地、拆迁部分。土堤断面背水坡为1:2.5，工程占地多，需要征地、拆迁的工程量大，但由于项目区处于城市的规划建控区，虽然现有房屋年代已久、结构老化，但未经政府规划部门许可，群众无法自行翻建，当地群众对改善现有居住环境的意愿强烈。另外，当地政府及拆迁户对结合防洪工程建设进行该片区的总体拆迁和规划改造的意愿强烈，项目的社会认可度和支持率高，基本可以保证征地拆迁工作的有效推进，现场不存在影响工程建设的制约因素。

综上分析，木兰溪白塘段防洪工程建设过程当地政府已累积了丰富的建设、施工和管理经验，采用土堤方案工程投资最省，且现场不存在影响项目建设的制约因素，生态性较好。经工程量、工程投资、施工难易程度、工程布置和地形地质条件适应性等多方面比较，土堤结构的施工简单、工程布置较好、地形适应能力强且不受基础条件限制。因此，从工程布置的连续性和建筑物结构与自然环境的融合性考虑，土堤结构为堤防工程治理的最佳方案。

4 结 论

白塘段防洪治理工程位于木兰溪下游河段的干流左岸，河道连续急弯，地势平坦低洼，受洪、潮、涝三方面自然因素以及部分跨河建筑物阻水作用，加之人与河道争地、滩地耕地种植、建房造成大面积河障等因素，极易形成水灾，对莆田市主城区防洪安全和经济发展构成严重威胁。为进一步提升河道行洪与防洪能力，更好的匹配木兰溪下游防洪工程建设，从工程量、生态性、工程投资3个方面对比分析了土堤、加筋土堤、土石复合堤方案。结果表明：土堤方案的工程投资最省且现场不存在影响项目建设的制约因素，部分堤段因滩地宽度较大，生态性较好，该方案可作为堤防治理的最佳方案。