韋富英

（哈爾濱市水利規(guī)劃設計研究院有限公司，哈爾濱150028）

哈爾濱市松花江段江堤水毀修復設計思路

韋富英

（哈爾濱市水利規(guī)劃設計研究院有限公司，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重，文章對該次洪水造成道里、道外江堤的險情進行介紹，針對損毀情況分析原因，提出了水毀修復工程的設計思路及采取的措施。

堤防；險情；水毀修復；護坡；措施

1 概 況

哈爾濱市為黑龍江省省會，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型氣候，四季分明，春季風大干旱，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，強度大，持續(xù)時間長，導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到119.49 m，超警戒水位1.3 9 m，量級達15～20 a一遇，持續(xù)超警21 d。各類水利設施水毀嚴重［1］。

松花江流哈市城區(qū)段，由于洪峰流量較大，持續(xù)時間較長，在長期高水位的情況下，經過風浪淘刷使得很多堤防護坡出現了不同程度的損毀情況，嚴重影響了堤防安全。

2 堤防現狀及險情介紹

哈爾濱市主城區(qū)堤防保護的是哈市繁華地區(qū)，人口密集，有重要的商業(yè)中心和城市基礎設施；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，每年數以百萬計游客到此旅游，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，由于受洪水近一個月沖刷、浸泡，堤防坡面和臺階受風浪淘刷損毀嚴重，迎水面護坡石出現沉降、塌陷、松動和脫落、臺階出現沉降性裂縫等現象。堤防破壞情況如下：

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

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

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

4）港河口、東大堤（11＋510－17＋010）險情主要為：現場迎水面護坡破損。

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

圖2 馬道以上護坡跌窩、裂縫之間產生裂縫

圖3 馬道裂縫及馬道以下破損

圖4 護坡及臺階裂縫

3 險情分析及采取的措施

3.1 防洪墻與市政景觀小平臺間的裂縫

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

3.2 馬道以上護坡裂縫（高程119 m左右）、局部跌窩

1）根據管理單位的介紹，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，蓄水后在毛細作用下導致116～119 m堤身范圍內的黏性土含水量增大，造成土體抗剪強度降低，凍融現象明顯，另外由于馬道處未設固腳，在上述原因共同作用下，使護坡形成了較為連續(xù)性的裂縫，屬于表層滑動。針對以上原因進行了理論計算和現場復核，分析過程如下：

a含水率對邊坡穩(wěn)定性的影響分析：

邊坡在不同含水率下的實驗結果見表1，內摩擦角及黏聚力和含水率的關系曲線見圖5和圖6。

圖5 內摩擦角與含水率的關系曲線

圖6 黏聚力和含水率的關系曲線

表1 邊坡重塑土樣不同含水率下直剪試驗結果

根據快剪實驗得出結論：含水率越大抗剪強度越小，含水率對黏聚力c和內摩擦角φ的影響都比較大，內摩擦角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)定計算：

根據不同含水率對堤防進行了穩(wěn)定計算，采用瑞典圓弧法，計算公式為：

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，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和有效內摩擦角，°；a為條塊重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，°；MC為水平地震慣性力對圓心的力矩，kN· m；R為圓弧半徑，m。

選擇典型斷面進行計算，其計算圖示見圖7。

圖7 圓弧滑動條分法計算圖示

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

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

c現場勘查：

通過對道外堤段順航碼頭裂縫處護坡以下的土體進行內部挖掘，并未發(fā)現護坡裂縫以下土體產生裂縫，由此推斷堤防主體完好。

通過以上分析，本次設計思路采取在馬道加設固腳措施，起到阻滑作用。

2）局部跌窩分析是受局部填土質量、護坡反濾的質量以及人為等因素造成的跌窩現象。該種情況可通過局部拆除修復即可。

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區(qū)，在長期淘刷、凍脹及冰推力的擠壓共同作用下，產生了隆起、裂縫、淘空和破損現象。本次設計思路采取對破損處進行拆除重建或局部修復的工程措施；水下部分參考大頂子山下游區(qū)域堤防所采取增設戧臺的措施，同時為便于水下施工采取常水位以下拋石，下設無紡布，拋石即能緩解冰推同時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 破舊臺階、港河口和東大堤迎水側護坡

對于道外航運站前臺階、港河口和東大堤因迎水側護坡，由于年久失修及破損比較嚴重，存在潛在險情，本次設計思路對其采取拆除重建和局部修復的工程措施。

4 結論及建議

1）道里、道外堤段雖然存在險情，防汛期間，水文勘測站對該區(qū)域的水下地形進行了勘測，未探測到險情段出現沖坑、塌岸等較為嚴重的隱患，而且堤防險情也是逐年累計形成的，根據目前推測不具備突發(fā)性。本次設計思路的原則是按原標準原規(guī)模進行修復修補，馬道以上以修補為主，馬道以下部分的修復作為本次設計思路的重點。

2）馬道以下護坡處理提出兩種設計思路：

a）全部采用拋石固腳、下設無紡布，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：拋石對馬道的保護作用增強，減少了冰推力以及淘刷等對原有馬道的損壞，拓寬了馬道的寬度；缺點：工程造價偏高，存在較低概率行人親水時的安全隱患。

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

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

3）該段堤防為大頂子山的庫區(qū)，由于水位的提高，改變了堤防的運行狀態(tài)，導致凍脹、淘刷、冰推和浸泡等對堤防造成險情，尤其在水位變動區(qū)現象明顯，建議在設計中考慮庫區(qū)的邊界條件；對于一些局部裂縫的產生，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，說明其內部存在某一因素條件的影響，建議對其他受庫區(qū)影響的兩岸堤段進行調查和類比分析，增加佐證。

建議下一步為了徹底消除堤防安全隱患，委托權威部門對堤防進一步分析鑒定，并通過一定周期的觀測對比，提出扎實的數據和分析報告，為采取正確措施提供依據。

［1］中華人民共和國水利部.GB50201—94防洪標準［S］.北京：中國計劃出版社，1995.

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1007－7596（2015）05－0053－03

2014－10－31

韋富英（1975－），女，黑龍江雞西人，高級工程師，工學碩士，從事水利規(guī)劃設計工作。