哈爾濱市松花江段江堤水毀修復(fù)設(shè)計(jì)思路

韋富英

（哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱150028）

哈爾濱市松花江段江堤水毀修復(fù)設(shè)計(jì)思路

韋富英

（哈爾濱市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，哈爾濱150028）

2013年8月哈爾濱松花江干流發(fā)生的1998年以來的最大規(guī)模洪水，對(duì)哈爾濱市松花江段江堤造成了不同程度的損毀，尤其主城區(qū)的道里、道外段江堤損毀比較嚴(yán)重，文章對(duì)該次洪水造成道里、道外江堤的險(xiǎn)情進(jìn)行介紹，針對(duì)損毀情況分析原因，提出了水毀修復(fù)工程的設(shè)計(jì)思路及采取的措施。

堤防；險(xiǎn)情；水毀修復(fù)；護(hù)坡；措施

1 概 況

哈爾濱市為黑龍江省省會(huì)，位于松嫩平原東南部，座落在松花江中游江畔，總面積5.31萬km2。哈爾濱地處中溫帶，屬半濕潤大陸性季風(fēng)型氣候，四季分明，春季風(fēng)大干旱，夏季短暫多雨，秋季冷涼霜旱，冬季漫長寒冷。城區(qū)多年平均氣溫3.5℃，無霜期平均135 d，歷年平均凍結(jié)深度1.9 m，冰凍厚度為1.2～1.5 m。多年平均降水量545.7 mm，年內(nèi)分配不均，6月—9月約占全年降水量的60%～80%，暴雨多集中在七、八月份，占全年暴雨的84%以上。

2013年6月份以來，黑龍江省暴雨頻繁，雨區(qū)集中，強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間長，導(dǎo)致大江大河水位普遍偏高，多條中小河流發(fā)生超警戒水位洪水，水庫蓄水偏多，與歷年同期相比，6－8月份全省降水較常年偏多20%以上。哈爾濱市多條河流先后發(fā)生洪水，7月份拉林河、螞蟻河、巴蘭河、阿什河等流域中小河流發(fā)生5～30 a一遇洪水，8月份松花江干流發(fā)生1998年以來最大洪水，哈爾濱站洪峰水位達(dá)到119.49 m，超警戒水位1.3 9 m，量級(jí)達(dá)15～20 a一遇，持續(xù)超警21 d。各類水利設(shè)施水毀嚴(yán)重［1］。

松花江流哈市城區(qū)段，由于洪峰流量較大，持續(xù)時(shí)間較長，在長期高水位的情況下，經(jīng)過風(fēng)浪淘刷使得很多堤防護(hù)坡出現(xiàn)了不同程度的損毀情況，嚴(yán)重影響了堤防安全。

2 堤防現(xiàn)狀及險(xiǎn)情介紹

哈爾濱市主城區(qū)堤防保護(hù)的是哈市繁華地區(qū)，人口密集，有重要的商業(yè)中心和城市基礎(chǔ)設(shè)施；道里、道外段江堤是主城區(qū)的一部分，包括堤防道里堤、道外堤、港河口堤和東大堤，行政區(qū)劃屬于道里區(qū)和道外區(qū)。著名的斯大林公園位于主城區(qū)道里堤防上，該段堤防游人密集，是哈爾濱市旅游勝地，是哈市的名片、窗口，每年數(shù)以百萬計(jì)游客到此旅游，代表著哈爾濱市的城市形象。

道里堤、道外堤和港河口堤在2013年防御松花江洪水的過程中，由于受洪水近一個(gè)月沖刷、浸泡，堤防坡面和臺(tái)階受風(fēng)浪淘刷損毀嚴(yán)重，迎水面護(hù)坡石出現(xiàn)沉降、塌陷、松動(dòng)和脫落、臺(tái)階出現(xiàn)沉降性裂縫等現(xiàn)象。堤防破壞情況如下：

1）公路大橋至江上俱樂部段（3＋300－5＋300）險(xiǎn)情主要為：①馬道裂縫；②馬道以下護(hù)坡沖刷。

2）江上俱樂部至景陽街（5＋300－7＋610）險(xiǎn)情主要為：①馬道以下護(hù)坡沖刷，②馬道上條石隆起和沉陷，③馬道以上護(hù)坡局部破損、裂縫，④防洪墻與觀景小平臺(tái)之間產(chǎn)生裂縫。

3）景陽街至北十八道街（7＋610－9＋060）險(xiǎn)情主要為：①平臺(tái)塊石年久失修，與上游銜接不齊；②航運(yùn)站臺(tái)階破損。

4）港河口、東大堤（11＋510－17＋010）險(xiǎn)情主要為：現(xiàn)場迎水面護(hù)坡破損。

不同類型的破壞形式見圖1～圖4。

圖1 防洪墻與觀景小平臺(tái)

圖2 馬道以上護(hù)坡跌窩、裂縫之間產(chǎn)生裂縫

圖3 馬道裂縫及馬道以下破損

圖4 護(hù)坡及臺(tái)階裂縫

3 險(xiǎn)情分析及采取的措施

3.1 防洪墻與市政景觀小平臺(tái)間的裂縫

該景觀小平臺(tái)在堤防前堤肩處，采用磚砌外貼大理石的結(jié)構(gòu)形式，因回填土沉降、凍脹以及基礎(chǔ)形式不同等因素與樁基礎(chǔ)式防洪墻產(chǎn)生了相對(duì)位移，但該部分工程屬于市政景觀工程，對(duì)堤防及防洪無影響。采取以景觀為主對(duì)裂縫處進(jìn)行灌漿、表面抹平裝飾的處理措施。

3.2 馬道以上護(hù)坡裂縫（高程119 m左右）、局部跌窩

1）根據(jù)管理單位的介紹，該處裂縫形成于大頂子山蓄水以后且逐年加寬，尤其在2013年的大汛期間更為突出。初步分析其原因是堤防填土為黏性土，蓄水后在毛細(xì)作用下導(dǎo)致116～119 m堤身范圍內(nèi)的黏性土含水量增大，造成土體抗剪強(qiáng)度降低，凍融現(xiàn)象明顯，另外由于馬道處未設(shè)固腳，在上述原因共同作用下，使護(hù)坡形成了較為連續(xù)性的裂縫，屬于表層滑動(dòng)。針對(duì)以上原因進(jìn)行了理論計(jì)算和現(xiàn)場復(fù)核，分析過程如下：

a含水率對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響分析：

邊坡在不同含水率下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，內(nèi)摩擦角及黏聚力和含水率的關(guān)系曲線見圖5和圖6。

圖5 內(nèi)摩擦角與含水率的關(guān)系曲線

圖6 黏聚力和含水率的關(guān)系曲線

表1 邊坡重塑土樣不同含水率下直剪試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)快剪實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：含水率越大抗剪強(qiáng)度越小，含水率對(duì)黏聚力c和內(nèi)摩擦角φ的影響都比較大，內(nèi)摩擦角φ隨含水率ω的增大而逐漸減??；黏聚力c隨含水率ω的增大，先增大后減小。

b堤防穩(wěn)定計(jì)算：

根據(jù)不同含水率對(duì)堤防進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算，采用瑞典圓弧法，計(jì)算公式為：

式中：W為土條重量，kN；Q、V為水平和垂直地震慣性力（V向上為負(fù)，向下為正），kN；b為土條寬度；u為作用于土條底面的孔隙壓力，kN／m2；c′、φ′為土條底面的有效凝聚力，kN／m2和有效內(nèi)摩擦角，°；a為條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角，°；MC為水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩，kN· m；R為圓弧半徑，m。

選擇典型斷面進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算圖示見圖7。

圖7 圓弧滑動(dòng)條分法計(jì)算圖示

通過計(jì)算，含水率較低的情況計(jì)算邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)K＝3.165；含水率較高的情況計(jì)算邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)K＝2.768。

由計(jì)算結(jié)果可知，在現(xiàn)狀情況下堤防邊坡理論上滿足邊坡穩(wěn)定的安全系數(shù)，因此初步推斷不存在整體滑坡的險(xiǎn)情。

c現(xiàn)場勘查：

通過對(duì)道外堤段順航碼頭裂縫處護(hù)坡以下的土體進(jìn)行內(nèi)部挖掘，并未發(fā)現(xiàn)護(hù)坡裂縫以下土體產(chǎn)生裂縫，由此推斷堤防主體完好。

通過以上分析，本次設(shè)計(jì)思路采取在馬道加設(shè)固腳措施，起到阻滑作用。

2）局部跌窩分析是受局部填土質(zhì)量、護(hù)坡反濾的質(zhì)量以及人為等因素造成的跌窩現(xiàn)象。該種情況可通過局部拆除修復(fù)即可。

3.3 馬道裂縫及馬道以下破損

馬道裂縫及破損分析是由于馬道處于水位變動(dòng)區(qū)，在長期淘刷、凍脹及冰推力的擠壓共同作用下，產(chǎn)生了隆起、裂縫、淘空和破損現(xiàn)象。本次設(shè)計(jì)思路采取對(duì)破損處進(jìn)行拆除重建或局部修復(fù)的工程措施；水下部分參考大頂子山下游區(qū)域堤防所采取增設(shè)戧臺(tái)的措施，同時(shí)為便于水下施工采取常水位以下拋石，下設(shè)無紡布，拋石即能緩解冰推同時(shí)也起到壓載阻滑的作用，另考慮到該處景觀需求，拋石表面采取干砌。

3.4 破舊臺(tái)階、港河口和東大堤迎水側(cè)護(hù)坡

對(duì)于道外航運(yùn)站前臺(tái)階、港河口和東大堤因迎水側(cè)護(hù)坡，由于年久失修及破損比較嚴(yán)重，存在潛在險(xiǎn)情，本次設(shè)計(jì)思路對(duì)其采取拆除重建和局部修復(fù)的工程措施。

4 結(jié)論及建議

1）道里、道外堤段雖然存在險(xiǎn)情，防汛期間，水文勘測站對(duì)該區(qū)域的水下地形進(jìn)行了勘測，未探測到險(xiǎn)情段出現(xiàn)沖坑、塌岸等較為嚴(yán)重的隱患，而且堤防險(xiǎn)情也是逐年累計(jì)形成的，根據(jù)目前推測不具備突發(fā)性。本次設(shè)計(jì)思路的原則是按原標(biāo)準(zhǔn)原規(guī)模進(jìn)行修復(fù)修補(bǔ)，馬道以上以修補(bǔ)為主，馬道以下部分的修復(fù)作為本次設(shè)計(jì)思路的重點(diǎn)。

2）馬道以下護(hù)坡處理提出兩種設(shè)計(jì)思路：

a）全部采用拋石固腳、下設(shè)無紡布，邊坡為1∶3，水面以上采用砌石，頂寬3.0 m，頂高程為與馬道齊平。

優(yōu)點(diǎn)：拋石對(duì)馬道的保護(hù)作用增強(qiáng)，減少了冰推力以及淘刷等對(duì)原有馬道的損壞，拓寬了馬道的寬度；缺點(diǎn)：工程造價(jià)偏高，存在較低概率行人親水時(shí)的安全隱患。

b）全部采用拋石固腳、下設(shè)無紡布，邊坡為1∶3，頂寬3.0 m。頂高程為常水位116.5 m。

優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)較低，保持原有馬道寬度，不存在行人安全隱患；缺點(diǎn)：相對(duì)于方案一對(duì)馬道的保護(hù)作用偏低。

3）該段堤防為大頂子山的庫區(qū)，由于水位的提高，改變了堤防的運(yùn)行狀態(tài)，導(dǎo)致凍脹、淘刷、冰推和浸泡等對(duì)堤防造成險(xiǎn)情，尤其在水位變動(dòng)區(qū)現(xiàn)象明顯，建議在設(shè)計(jì)中考慮庫區(qū)的邊界條件；對(duì)于一些局部裂縫的產(chǎn)生，可能存在偶然因素，但是存在較為連續(xù)且范圍較大的通縫，說明其內(nèi)部存在某一因素條件的影響，建議對(duì)其他受庫區(qū)影響的兩岸堤段進(jìn)行調(diào)查和類比分析，增加佐證。

建議下一步為了徹底消除堤防安全隱患，委托權(quán)威部門對(duì)堤防進(jìn)一步分析鑒定，并通過一定周期的觀測對(duì)比，提出扎實(shí)的數(shù)據(jù)和分析報(bào)告，為采取正確措施提供依據(jù)。

［1］中華人民共和國水利部.GB50201—94防洪標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，1995.

TV871

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1007－7596（2015）05－0053－03

2014－10－31

韋富英（1975－），女，黑龍江雞西人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事水利規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。