辽河干流防洪提升工程堤防加固型式比选分析

徐世明，高祥

(1.辽宁省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110006；2.东港市水利局事务服务中心，辽宁 丹东 118300)

辽河干流防洪提升工程是辽宁省政府重点工作之一。工程建设是落实习近平总书记治水新思路和水利部“补短板、强监管”要求的需要，是完善辽河防洪工程体系，完成《辽河流域防洪规划》建设任务的需要，是实现辽河“防洪全面达标，隐患全部治理”的需要。本工程对于保障辽河两岸人民群众生命财产安全，有利于社会稳定和民族团结，促进经济社会又好又快发展，构建社会主义和谐社会，具有十分重要的意义。

1 堤防工程现状

堤防加固工程是辽河干流防洪提升工程主体建设内容之一。辽河干流左右岸现状堤线长890.619km，其中堤防长655.756km，自然高地长116.745km，支流河口长21.466km，下游无堤段长96.652km。堤防工程建设集中在20世纪80年代至2005年期间，现状堤身平均堤高约为6m，顶宽普遍为6～8m，临水边坡为1∶2.5，背水边坡为1∶3.5或1∶5(砂土筑堤段为1∶5，其余段为1∶3.5)。

2 工程规模和工程布置

基于河段防洪标准提升及辽河口淤积的现状，设计过程中对洪水位进行了重新计算，结合现状堤身状况(包括堤顶高程、顶宽、边坡)，对堤防的达标情况进行了复核：现状外型达标堤段长度为70.513km，外型不达标堤段长度为585.243km，即为本次堤防加固工程范围。

根据辽河干流(辽宁省部分)重要节点分布情况，本次堤防加高培厚主要包括4大部分，从上往下依次为石佛寺以上农村段、铁岭城市段、石佛寺至盘山闸农村段、盘锦城市段。具体如图1所示。

3 结构型式比选

堤防工程的型式应根据堤段所在的地理位置、重要程度、堤址地质、筑堤材料、水流及风浪特性、施工条件、运用和管理要求、环境景观、工程造价等因素，经过技术经济比较后综合确定。本次辽河干流防洪提升工程堤防加高应结合原有堤型、筑堤材料、沿线市域发展需要等综合确定。

辽河干流农村堤防工程自20世纪80年代建成至今，始终保留着均质土堤的型式，主要是由于土堤优点较为突出：就近取材、便于施工、能适应堤基变形、便于加修改建、投资较少等，是我国江河、湖、海防洪广为采用的堤型。设计过程中农村段(不包含已发展为城区或规划城区)，仍维持土堤的结构型式。

铁岭城市段(系指老城区)堤防在2003年建设时为土堤型式，堤顶为1.2m高插板防浪墙，堤坡为混凝土面板等硬防护，经复核，该段堤防达标。本次铁岭新城段(原为农村段)堤防加高培厚仍维持土堤型式，需要论证的是堤顶结构采用防浪墙型式亦或其他型式。

图1 辽河干流堤防工程总体分布示意图

盘锦城市段(系指老城区)堤防在1998年建设时大部分为土堤型式，局部为扶壁式挡土墙。土堤堤坡多数为混凝土板等硬防护，少数为草皮护坡，2015—2016年城市建设时在临、背水边坡上覆土种植了灌木。本次盘锦城市段新城区(原为农村段)总体维持原设计型式(土堤)，老城区段因征占地实施难度较大(临水坡为成型的灌木带、背水坡多为楼房、道路、沟渠、市政相关设施)，宜结合现有堤型选择防浪墙的结构型式，原设计扶壁式挡土墙宜采取接长的处理方式，局部堤段因欠高较为明显(平均约1.6m)且临、背水侧占地难度较大，可选用防洪墙的结构型式。

综上，设计过程中堤防加高宜因地制宜地采用土堤、防浪墙、防洪墙的结构型式。

3.1 土堤加高培厚

土堤是辽河干流防洪广为采用的堤型，其加高培厚主要包括临水面培厚加高、背水面培厚加高、临背水面两侧培厚加高3种方式。根据现状堤顶沥青路面分布、顶宽、结构等情况，加高培厚处理方式略有不同。

3.1.1背水面加高培厚

背水面加高培厚具有土源相对丰富、施工方便的优点，但也应注意防止新、老堤土结合面成为渗流薄弱面。背水面加高培厚对填土料场要求相对较高，包括渗透系数、黏粒含量、土料天然含水率、料场距离等。向背水面加高培厚普遍需要对老堤身进行开挖，一定程度上将对现有背水坡造成破坏(现状坡比普遍大于3.0)。延米土方填筑量平均约50m3，平均新增背水侧占地宽度约8.0m。

3.1.2临水面加高培厚

当背水坡征占地实施难度较大时，可考虑在临水面加高堤防。临水面加高堤防具有征占地实施难度相对较小、土源丰富、施工方便的特点。缺点是辽河下游河口临水面堤基受潮水影响，含水率较高，加高培厚需考虑堤基问题；另外临水面水位降落期稳定需进行稳定复核，退水后需加强观测。向临水面加高培厚延米土方填筑量平均约50m3，平均新增临水侧占地宽度14m。

3.1.3临背水面两侧加高培厚

当临、背水侧两侧都有部分河道管理用地，采取单侧加高培厚河道管理用地范围不足时，可采取临背水面两侧加高培厚的方案。临背水面两侧加高培厚具有征占地实施难度相对较小，土源丰富的特点。缺点是堤身清基量增加，施工难度较大，两侧土方填筑厚度相对较薄，存在安全隐患较大，需做好两侧新老堤结合面的防渗相关事宜，如背水新老结合面成为渗流薄弱面、临水新老结合面水位降落期间岸坡失稳等。

根据《辽河流域防洪规划》成果，背水侧堤脚外延10～20m范围内为堤防工程管理用地，临水堤脚30～50m堤防管理用地权属较为明确，实施难度相对较小。向临背水面两侧加高培厚土方填筑厚度相对较薄，不易压实，实施难度较大。向背水面加高培厚需破坏现有堤身(多为临水侧)，填筑过程中将覆盖现有背水边坡，一定程度上放缓了背水侧边坡，降低了堤防工程安全系数。从工程可行性及安全性角度来说，推荐采用向临水面加高培厚的结构型式。

向临水面加高培厚延米土方填筑量约为50m3，工程造价约为1500元；向背水面加高培厚延米土方填筑量约为50m3，但清基量较向临水面加高培厚多出0.3倍左右，还增加了堤身的开挖量，工程造价约为1600元；临背水面两侧加高培厚延米土方填筑量约为42m3，清基量与向背水面加高培厚接近，无开挖量，工程造价约为1350元。从工程经济性上考虑，推荐采用向临背水面两侧加高培厚的结构型式。

考虑辽河两侧河滩地较广、堤距较大，堤防加高培厚方式对河道行洪区间的影响较为有限，即向临水面加高培厚、向背水面加高培厚、临背水面两侧加高培厚对河道行洪影响基本可以忽略。从堤防工程管理角度来说，向背水面加高培厚对背水侧堤防管理有较大意义，能较好落实“水利行业强监管”精神，即从水利行业及堤防工程管理角度来说，推荐采用向背水面加高培厚的结构型式。

与向临水面加高培厚、向背水面加高培厚相比，临背水面两侧加高培厚存在较大安全隐患，一是两侧加高培厚的厚度相对较薄，与现状堤身的衔接有较大难度，不易压实，易形成渗流薄弱面、边坡失稳发起点；根据地方河道管理所反映，现状堤防运行情况普遍良好，向背水面加高培厚需对现状堤身进行开挖，影响现有堤身的整体性、稳定性。从工程安全性出发，推荐采用向临水面或背水面加高培厚的结构型式。

从工程可行性及安全性角度来说，推荐采用向临水面加高培厚的结构型式；从工程经济性来说，推荐采用临背水面两侧加高培厚的结构型式；从水利行业及堤防工程管理角度来说，推荐采用向背水面加高培厚的结构型式。综上，设计过程中推荐总体采用向临水面加高培厚的结构型式。

3.1.4沥青路面段加高培厚

GB 50286—2013《堤防工程设计规范》中规定：土堤宜采用临水侧帮宽加高。靠近城镇、工矿区或取土占地受限制的堤段，宜采取在土堤顶增设防浪墙或在堤脚加挡土墙的方式加高。与前述推荐采用型式基本一致。需要补充说明的是，2014年辽宁省交通厅公路局开展了辽河生态文明示范区道路一期工程，对部分堤顶路面进行了硬化，根据现场踏勘、资料收集及地方反映情况，沥青路面运行效果总体较好。结合不同沥青路面堤段欠高、欠宽、边坡稳定性情况不一的实情，堤防加高培厚型式略有不同，具体如下。

(1)现状有沥青路面，欠高、欠宽：拆除现有路面，向临水面加高培厚，堤顶宽度要求达到设计值(石佛寺以上农村段6.0m，其他堤段8.0m)。

(2)现状有沥青路面，欠高、不欠宽：欠高低于30cm的，拆除现有路面面层(沥青混凝土)，加设水稳层，铺设沥青路面(简称“路面垫高”)；欠高>0.3m(不包含盘锦城市段绿篱防浪墙、装配式防浪墙堤段)的，主要位于石佛寺以上农村段，本次堤防加高培厚处理方式为拆除现有沥青路面，加高至设计堤顶，恢复现有沥青路面宽度(平均约7.0m)，并留有土路肩宽度，即顶宽平均约8.0m。

(3)现状有沥青路面，不欠高，欠宽：拆除临水路肩侧0.5m沥青路面(含基层)，重铺并将路面拓宽至7.0m，堤顶拓宽至8.0m，向临水面加高培厚(简称“路面加宽”)。

(4)现状有沥青路面，不欠高、不欠宽、边坡失稳：堤顶结构不做调整，修整两侧边坡至设计值(简称“边坡治理”)。

为更好地分析沥青路面对堤防加高培厚工程投资的影响，本次简单估算了上述几种处理方式的工程投资，具体见表1。

从表1中可知，边坡治理投资相对最少，不足1000元/m，均体现在土方工程上；路面垫高其次，延米造价1200元出头，均体现在路面结构上；路面加宽投资约1970元/m，主要投资在土方工程；欠高欠宽-向临水面加高培厚延米造价3500元左右，土方工程、路面四六分；欠高>0.3m临水面加高培厚延米造价3700元左右，土方工程占比53%，路面工程占比38%，占地投资约占总投资的9%。

表1 沥青路面段堤防加高培厚方案对比分析

总体而言，路面延米造价较土方工程高出许多。在能保证防洪安全的前提下，堤防加高培厚设计过程中应尽量避免触动现有沥青路面，造成国家资金的浪费。

3.2 防浪墙

防浪墙是为防止波浪翻越堤坝而在坝顶挡水前沿设置的墙体，多用于征占地难度较大的城市段，辽河干流仅铁岭城市段部分堤段建设有插板式防浪墙。随着辽河保护区尤其是盘锦城市段社会经济的发展，背水侧多为难以动迁的居民楼、厂区、道路、沟渠等，临水侧为2015—2016年建设的生态工程，在征占地实施难度较大的情况下，采用防浪墙对堤防进行加高培厚是较为适宜的。

防浪墙主要包括浆砌石防浪墙、混凝土防浪墙、绿篱防浪墙、插板式防浪墙等4种型式。

3.2.1浆砌石防浪墙

浆砌石防浪墙为重力式结构，依靠墙身自重支撑土压力来维持稳定。浆砌石防浪墙型式相对简单，结构稳固，取材较为方便，其缺点也较为明显：对地基承载力要求较高，工程量较大，施工工艺对生态环境有影响，施工质量较难控制，沉降问题、冻胀问题较为明显，生态性较差。延米浆砌石防浪墙量平均约3m3，土方填筑量平均约25m3，新增临水侧占地宽度平均约7.0m，工程造价约1650元。

3.2.2混凝土防浪墙

混凝土防浪墙是一种轻型支挡构筑物，其支挡结构的抗滑、抗倾覆主要取决于墙身自重和墙底板以上填筑土体的重力效应。混凝土防浪墙采用钢筋混凝土结构，使得其结构厚度减小、自重减轻，底板刚度的提高，提高了地基承载力较低条件下的适应性。混凝土防浪墙的优点主要体现在结构尺寸较小、自重轻、防冲性能较好、结构稳定性较好、施工及管护方便等方面，在石料缺乏、地基承载力较低或地震区域使用频率较高。缺点主要是工作面较大，生态性较为一般。延米混凝土防浪墙量平均约2.2m3，土方填筑量平均约23m3，新增临水侧占地宽度平均约6.5m，工程造价约1790元。

3.2.3绿篱防浪墙

绿篱防浪墙目前在国内应用相对较少，根据调研情况，抚顺市清原县城段、沈阳市浑河南堤(左堤)布置有绿篱防浪墙，其在防洪、防浪、挡水的同时，也是城区河道沿线一道靓丽的风景线，生态效果较好，工程造价相对便宜，延米绿篱防浪墙约1400元。缺点是后期养护任务较重，需定期浇灌、补植等。

3.2.4插板防浪墙(装配式防浪墙)

插板式防浪墙是早年国外提出的一种堤防加高方式，由于防汛抢险期间任务量较大，人手不足，应用相对较少。近年来，随着国内外科学技术的发展，插板式防浪墙安装较以前便利，任务相对减轻，在国内部分地区得到应用和推广，在辽河干流铁岭城市段即采用了插板防浪墙的型式。插板防浪墙主要部件为立柱和挡板，立柱为整个系统的支撑结构，通过与预埋件建立连接，达到承受荷载的效果。插板式防浪墙优点较为突出，即非汛期可拆卸部分或全部挡板至仓库，还原了河道视野，汛期安装较为便利，通过吊车、拖车等可迅速完成防浪墙的安装，保证防洪安全。缺点亦较为突出，即工程造价相对较高，延米插板防浪墙工程造价高达8000元。

根据辽河干流各堤段存在问题的不同特点，农村段征占地实施难度相对较低，普遍可采用土堤加高培厚的方式；城市段征占地实施难度较大，根据工程需要采用防浪墙是较为适宜的。城市段(主要为盘锦老城区)现状堤防有扶壁式挡土墙、土堤2种型式，其中土堤临水边坡已放缓并种植有成规模的生态带，背水侧则多为居民区、厂区、道路、排水沟渠等难以占用的地上附着物。

相比于其他加高培厚型式而言，装配式防浪墙优点主要体现在无新增工程占地；拆装方便，能较好地还原河道视野；通过预埋管桩能较好地解决结构稳定问题；施工无需开挖堤身，能较好地保留现有沥青路面、临水侧堤坡防护及植被覆盖等。缺点主要体现在工程造价较高。具体见表2。

从经济角度来说，绿篱防浪墙无疑是最节省工程投资的；从生态角度来说，向临水面加高培厚是最为生态的；从安全角度来说，装配式防浪墙、向临水侧加高培厚、钢筋混凝土防浪墙结构是较为安全的，绿篱防浪墙达到一定高度(超过0.7m)时，受风压力、浪压力、冻胀影响明显加强，墙体倾斜可能性较大；从实施难度来说，城市用地珍贵，临水侧为滨河公园，植被覆盖率较高，背水侧为护堤林带、城市道路或居民房等，征占难度较大，向临水面加高培厚实施难度较大；从城市景观及城市建设角度来说，钢筋混凝土防浪墙视线阻挡较为严重，绿篱防浪墙高度达0.7m以上时，亦会阻挡视线，影响城市及辽河的整体容貌。

综上而言，推荐装配式防浪墙作为本次盘锦城市段堤防欠高>0.7m的加高培厚型式，绿篱防浪墙作为本次盘锦城市段堤防欠高≤0.7m的加高培厚型式。

3.3 防洪墙

防洪墙多用于城市沿江一带有交通要道、建筑群密集或城市规范发展土地受限的区域，其功能与土堤相同。与土堤相比较，防洪墙具有节约建筑物占地的优点，有利于城市整体规划，能较好地与现代化道路、桥梁、不同层级建筑物融合衔接，有利于现代化的管理。

防洪墙主要包括浆砌石防洪墙、混凝土防洪墙、厢屋式防洪墙、装配式防洪墙等，其中浆砌石防洪墙、混凝土防洪墙、装配式防洪墙与前述浆砌石防浪墙、混凝土防浪墙、装配式防浪墙特性基本一致，本次不再赘述，仅简单介绍厢屋式防洪墙。

与其他防洪墙相比较，厢屋式防洪墙能更好地把防洪与市区交通、商业、娱乐等结合起来，厢屋式防洪墙可以兼商贸、游乐、休闲场所于一体，发挥堤防的多功能效益。

考虑本次主要为堤防加高培厚，根据城区段已有堤防主要的工程型式，若采用浆砌石防洪墙、厢屋式防洪墙均需开挖老堤身，清除已建成的生态带、扶壁式挡土墙等，不太适宜。本次可行性研究推荐加高培厚型式如下：现状堤防为扶壁式防洪墙的，在现有防洪墙顶的基础上，刨除薄层，对墙体进行加高。

4 型式采用

(1)石佛寺以上农村段。该堤段堤顶部分为沥青路面，其他为砂石路面。砂石路面堤段存在主要问题为堤防欠高欠宽，采用的加高培厚型式为向临水面加高培厚(主要为土堤加高培厚)。沥青路面段存在主要问题包括边坡失稳、堤防欠高(>0.3m)。对于边坡失稳的，则处理边坡，即加高培厚型式为边坡治理；对于堤防欠高(>0.3m)的，采用的加高培厚型式为向临水面加高培厚(主要为拆除现有路面，土堤加高培厚)。

(2)铁岭城市段。铁岭老城区段堤防处于达标状态，本次堤防加高所指铁岭城市段主要系铁岭新城区段。新城区段河道沿线暂无规划建设内容，加高培厚可参照农村段进行设计。该堤段堤顶部分为沥青路面，其他为砂石路面。砂石路面堤段存在主要问题为堤防欠高欠宽，采用的加高培厚型式为向临水面加高培厚。沥青路面段存在问题包括边坡失稳、堤防欠高(小于0.3m)。对于边坡失稳的，则处理边坡，即加高培厚型式为边坡治理。

表2 盘锦城市段欠高>0.7m堤防加培方案对比分析

(3)石佛寺至盘山闸农村段。该堤段堤顶部分为沥青路面，其他为砂石路面。砂石路面堤段存在主要问题为堤防欠高欠宽，采用的加高培厚型式为向临水面加高培厚。沥青路面段存在主要问题包括边坡失稳、堤防欠高(小于0.3m)、堤防欠宽、堤防欠高欠宽。对于边坡失稳的，则处理边坡，即加高培厚型式为边坡治理；对于堤防欠宽的，则拆除0.5m宽路肩部位路面结构，帮宽堤防至设计宽度，并将路面拓宽至设计宽度，即路面加宽；对于堤防欠高欠宽的，则拆除现有路面，向临水面加高培厚，重新铺设沥青路面，即向临水面加高培厚。个别堤段由于公益林问题需采取向背水面加高培厚的结构型式。

(4)盘锦城市段。该堤段堤顶部分为沥青路面，其他为砂石路面。砂石路面堤段存在主要问题为欠高欠宽，采用的加高培厚型式为向临水面加高培厚。沥青路面堤段存在主要问题为堤防欠高、堤防欠高欠宽、边坡失稳。对于堤防欠高小于0.7m的，为避免破坏现有沥青路面、临水堤坡生态带等，采用绿篱防浪墙的型式；对于堤防欠高不小于0.7m的，采用装配式防浪墙的型式；对于堤防欠高欠宽的，则向临水面加高培厚。另外，该堤段现有扶壁式防洪墙1.534km，本次主要采取墙体接长加高的方式，即扶壁式防洪墙接长。

堤防加固型式汇总情况见表3。

表3 堤防加固型式汇总

5 结论

随着我国经济社会的发展，水利基础建设内容包括防洪堤工程已臻至齐备。在已建成堤防工程的基础上，对其进行进一步的提升是日后水利工程建设工作开展的方向之一。堤防加固设计应清楚掌握堤防工程的现状情况，精确分析现有堤防存在的安全问题和防洪短板，严格遵循规范相关要求，有机结合区域现状社会经济情况、生态文明建设情况和未来相关的发展规划等，准确提出切中要害、因地制宜的堤防加固提升方案，保证防洪提升工程所要达到的主要效果。期许本文能给未来水利提升工程尤其是堤防提升工程提供些许参考。