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組合式金屬防洪擋板技術(shù)通過(guò)拼裝式的鋁合金墻體與立柱達(dá)到抵御洪水的目的。組合式金屬防洪擋板是一種能夠在一定受限的工作面進(jìn)行安裝的防洪墻結(jié)構(gòu)，并且能夠與現(xiàn)有堤防結(jié)合，有效解決現(xiàn)有堤防防洪高程不足、堤防高度與景觀生態(tài)不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，并有效控制其占地面積。目前，該技術(shù)在國(guó)內(nèi)處于起步階段。該技術(shù)除應(yīng)用在作業(yè)面積受限的中心城區(qū)堤防加高工程外，也能夠用于重要建筑物防護(hù)。本文結(jié)合余姚防汛背景介紹了組合式金屬防洪擋板在余姚的應(yīng)用現(xiàn)狀，并提出了改進(jìn)建議。

1 余姚防汛背景

1.1 水文條件

余姚市位于浙江省寧紹平原，地處長(zhǎng)江三角洲南翼，水資源總量豐富。姚江、最良江穿主城區(qū)而過(guò)。余姚市東接寧波市，臨近太平洋，受到梅雨型洪水及臺(tái)風(fēng)型洪水的雙重影響。梅汛期從4月持續(xù)至7月，自7月中旬進(jìn)入主汛期(臺(tái)汛期)，持續(xù)至9月底。9月底至10月，較易受到由廣東、福建等東南沿海地區(qū)登陸的臺(tái)風(fēng)外圍氣旋帶來(lái)的降雨影響，臺(tái)汛期的時(shí)間有可能持續(xù)至10月下旬。

2013年10月5—9日，受第23號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”和24號(hào)熱帶風(fēng)暴“丹娜絲”及冷空氣共同影響，姚江最高水位余姚站上漲至3.49m(85高程)，超過(guò)歷史最高水位0.53m，城市內(nèi)澇十分嚴(yán)重，余姚經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)227.70億元，約為當(dāng)年余姚市國(guó)民生產(chǎn)總值的33%。70%主城區(qū)受淹，交通癱瘓，因進(jìn)水導(dǎo)致部分變電所、水廠、通信設(shè)備障礙，供電供水出現(xiàn)困難。主城區(qū)全線停水、停電，商業(yè)、貿(mào)易行業(yè)損失嚴(yán)重[1]。

1.2 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

2013年12月，浙江省委十三屆四次全會(huì)提出“五水共治”計(jì)劃，余姚因地制宜對(duì)癥下藥，將防洪排澇列入城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點(diǎn)工程之首，計(jì)劃三年內(nèi)投入約112億元用于防洪排澇建設(shè)。城區(qū)和衛(wèi)星鎮(zhèn)防洪標(biāo)準(zhǔn)則要基本達(dá)到50年一遇，排澇標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇積水24h排除[2]。

2015年年底，余姚市宣布將實(shí)施姚江城區(qū)段堤防加固工程(二期)，該工程是姚江干流防洪整治工程的重要組成部分。在姚江城區(qū)段堤防加固工程(二期)中，擬加固堤防總長(zhǎng)度共計(jì)19.22km，具體為姚江干流(食祿橋江—竹山江)段加固堤防長(zhǎng)度8.96km，最良江段加固堤防長(zhǎng)度7.37km，老最良江(臨溪路—最良江)段加固堤防長(zhǎng)度2.89km[3]，其中采用組合式防汛擋板的區(qū)段長(zhǎng)約4.60km。

2 適用背景分析

組合式金屬防洪擋板在余姚城區(qū)的運(yùn)用主要基于以下幾點(diǎn)：

余姚市流經(jīng)城區(qū)的有三條主要河流，分別是姚江、最良江、老最良江。其中，姚江、最良江將余姚主城區(qū)分割為兩地四岸，主城區(qū)普遍開挖面積受限。以最良江北岸為例，需要進(jìn)行堤防提標(biāo)的區(qū)域?qū)挾茸钫巸H有3m左右，河道兩側(cè)均為密集的居民生活區(qū)或者緊鄰道路。故與此地情況類似的區(qū)域需要使用一種能夠在較窄的受限作業(yè)面進(jìn)行施工的防洪墻結(jié)構(gòu)[4]。

2013年10月8日，余姚全城被洪水圍困，最高水位達(dá)3.46m，超出歷史最高水位0.53m。據(jù)資料顯示，非汛期及梅汛期5年一遇洪水位為2.50m，余姚地區(qū)50年一遇設(shè)計(jì)洪水位為3.60～3.57m。在2015—2017年實(shí)施的姚江城區(qū)堤防加固加高工程一期、二期中，設(shè)計(jì)堤頂高度在50年一遇的設(shè)計(jì)洪水位高程基礎(chǔ)上再次提標(biāo)，堤頂標(biāo)高在4.18～4.23m。數(shù)據(jù)顯示，2013年10月8日部分代表站的水位為1962—2013年的最高值[5](見表1)。

表1 代表站歷年最高水位情況

表2 暴雨重現(xiàn)期分析

然而，根據(jù)重現(xiàn)期數(shù)據(jù)，在2013年嚴(yán)重水災(zāi)時(shí)達(dá)到的最大水位在10年、20年出現(xiàn)的可能較低(見表2)。以2010年水雨情數(shù)據(jù)為例，在2010年，未達(dá)到50年一遇的設(shè)計(jì)水位，在6—10月的梅汛期后期至臺(tái)汛期，水位明顯超出常水位，但是河網(wǎng)及水庫(kù)仍未達(dá)到高位運(yùn)行[6]。故為了達(dá)到堤防提標(biāo)要求，需要一種能夠在具有防汛高程要求時(shí)起到防洪作用，在非汛期姚江處于常水位(姚江常水位為1.33m)時(shí)能夠從現(xiàn)場(chǎng)移除的防洪墻結(jié)構(gòu)。

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷加速，對(duì)城市建設(shè)目標(biāo)多功能、高品位的要求不斷提升。隨著“五水共治”理念不斷深入人心，人們對(duì)水環(huán)境認(rèn)識(shí)和利用的深入，中心城區(qū)的堤防建設(shè)不僅要滿足其設(shè)計(jì)標(biāo)高的需求，更要與親水環(huán)境、城市景觀相融合，以人與環(huán)境和諧發(fā)展的方式推動(dòng)堤防提標(biāo)工程的建設(shè)[7]。

比如，參考已成為展示武漢市城市整體形象的窗口的武漢江灘目前情況，存在的主要不足是，現(xiàn)有鋼筋混凝土防洪墻堤頂高出地面(路面)3.5～5m，高聳的墻體難以滿足市民和游客堤內(nèi)外觀景和親水的要求，從堤外進(jìn)入到堤內(nèi)需要經(jīng)過(guò)向上抬高3.5～9m的階梯形步道[8]。在汛期，閘口采用回填黏土的方式進(jìn)行封閉，汛期結(jié)束后的一段時(shí)間內(nèi)，閘口附近十分泥濘，嚴(yán)重影響城市景觀和衛(wèi)生環(huán)境。

余姚是一座有著悠久歷史的人杰地靈的古城，同時(shí)余姚河姆渡遺址是國(guó)家級(jí)文物保護(hù)單位[9]。這就要求在防洪工程提標(biāo)中，需要注意與城市古典風(fēng)貌相結(jié)合的景觀要求。結(jié)合余姚市目前的自然環(huán)境，需要根據(jù)不同區(qū)段的現(xiàn)有堤防的情況采用不同類型的預(yù)防性防洪結(jié)構(gòu)。故為了滿足與城市環(huán)境協(xié)調(diào)相適應(yīng)的景觀要求，需要一種在防汛期間較為美觀、與城市環(huán)境良好協(xié)調(diào)的防洪墻結(jié)構(gòu)型式，避免使用沙袋或者回填黏土的方式進(jìn)行堤防封閉工作，減少對(duì)人行、車行環(huán)境的影響，降低汛期過(guò)后的日常清理工作壓力。

3 應(yīng)用情況

基于以上原因，在余姚市姚江城區(qū)堤防加固加高工程(二期)中使用的是一種由輕型移動(dòng)式防洪擋板組成的防洪墻。該防洪墻由組合式防汛擋板(疊梁)、立柱、止水密封件、下壓扣件、預(yù)埋件組成(見圖1)。止水密封件在產(chǎn)品加工過(guò)程中安裝在防汛擋板(疊梁)的底部、立柱垂直于地面的槽內(nèi)、立柱的底部。防洪擋板(疊梁)、立柱、預(yù)埋件的每個(gè)部件重量控制在25kg以內(nèi)，單個(gè)部件可以由一名操作人員搬運(yùn)。

圖1 組合式金屬防洪擋板各部件示意圖

3.1 預(yù)埋件施工

預(yù)埋件是首先進(jìn)行施工的部分，先進(jìn)行混凝土基礎(chǔ)澆筑。根據(jù)預(yù)埋件頂面寬度，如針對(duì)1m防洪高度的預(yù)埋件，其開挖寬度可以控制在50cm以內(nèi)，在余姚市中心城區(qū)的施工過(guò)程中，部分區(qū)域重新進(jìn)行表面鋪裝，開挖作業(yè)面可拓寬至3m左右?；炷翝仓瓿珊?，預(yù)埋件與道路完全持平，不會(huì)影響路面的平整度，不影響車行、人行交通(見圖2)。組合式擋板不進(jìn)行安裝時(shí)，螺栓孔以內(nèi)六角螺絲封閉，可以起到一定的保護(hù)作用。

3.2 立柱設(shè)置

根據(jù)余姚市中心城區(qū)現(xiàn)狀堤防情況，除西石山橋道路附近采取1.75m高立柱(防洪高度1.60m)外，其他區(qū)域采用1.15m高立柱(防洪高度1m)。立柱為整個(gè)結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)，起到類似承重梁的作用[10]。應(yīng)用于余姚市的組合式金屬防洪擋板屬于無(wú)斜撐的類型。

3.3 防汛擋板安置

防汛擋板是防洪墻最為主要的部件。當(dāng)洪水來(lái)臨時(shí)，擋板就會(huì)被直接安裝進(jìn)每?jī)筛⒅g進(jìn)行堆疊，最上部使用下壓件進(jìn)行固定，擋板與擋板之間利用其自身機(jī)械咬合及配套密封條進(jìn)行密封。標(biāo)準(zhǔn)件每塊擋板的高度為20cm，五塊擋板即可堆建起一面1m防洪高度的防洪墻。標(biāo)準(zhǔn)防洪寬度為3m的一塊擋板，重量?jī)H為21kg，僅需要一個(gè)工人就可以抬起進(jìn)行搬運(yùn)，安排兩個(gè)工人則可以更快地從兩邊抬起并完成拼裝工作。擋板為中空結(jié)構(gòu)(見圖3)，水位上升時(shí)，立柱靠近迎水面的密封件在水壓力作用下，可使水流緩慢進(jìn)入空腔擋板內(nèi)部，使擋板自重增加，進(jìn)一步提升密封效果。圖4為姚江南岸組合式防洪擋板安裝的現(xiàn)場(chǎng)情況。

圖3 防汛擋板空腔截面圖

圖4 安裝實(shí)景(姚江南岸姚江怡景花園門口)

除梅雨、臺(tái)風(fēng)所帶來(lái)的降雨外，余姚市姚江堤防加固工程(二期)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容是加強(qiáng)“北排”措施。以2013年余姚水災(zāi)中的情況為例，10月5—8日的連續(xù)暴雨正值農(nóng)歷九月初天文大潮，受到高潮位頂托，姚江干流整體排水不暢，同時(shí)上游來(lái)水不斷，加劇了姚江干流及姚西北的整體排澇壓力。在暴雨過(guò)境后，城區(qū)內(nèi)積水也持續(xù)一段時(shí)間才緩慢排凈。故在針對(duì)中心城區(qū)進(jìn)行提標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)，采取了中心城區(qū)包圍的防洪策略，采用了偏向于“堵”的措施，即在短時(shí)間內(nèi)采用安裝輕型組合式金屬防洪擋板，防止姚江、最良江水位過(guò)高倒灌進(jìn)城市居民區(qū)，給城市排水系統(tǒng)及各個(gè)泵站排水贏得時(shí)間。

4 需要改進(jìn)的建議措施

目前，應(yīng)用于余姚中心城區(qū)的組合式金屬防洪擋板能夠滿足占地面積較小、可拆卸、與景觀協(xié)調(diào)適應(yīng)的要求，但在運(yùn)行過(guò)程中也暴露出了一些缺陷與不足，需要在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造層面加以提升。

a.組合式防洪擋板對(duì)于防洪環(huán)境的適應(yīng)性仍然有待提高。目前，余姚中心城區(qū)在全民健身中心等區(qū)域，出現(xiàn)了大量的不規(guī)則地區(qū)，比如出現(xiàn)90°、135°或其他不規(guī)則度數(shù)的應(yīng)用區(qū)域，目前能夠滿足90°、135°防洪墻設(shè)計(jì)，但是對(duì)于落差較大等非常規(guī)區(qū)域仍然適應(yīng)能力不足。

b.目前組合式防洪擋板及其他類似的輕型移動(dòng)式防洪墻沒(méi)有準(zhǔn)確的、可供參考的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。目前對(duì)防洪擋板及輕型防洪墻的強(qiáng)度設(shè)計(jì)、監(jiān)測(cè)等采用現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017)、《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50429)等進(jìn)行，并參考現(xiàn)行《變形鋁、鎂及其合金加工制品拉伸試驗(yàn)用試樣及方法》(GB/T 16865)、《鋁及鋁合金化學(xué)分析方法等材料或材料加工制品的標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 20975)進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的自身特點(diǎn)，結(jié)合混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)、水閘設(shè)計(jì)規(guī)范、鋼閘門設(shè)計(jì)規(guī)范等，盡快出臺(tái)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)也是目前的工作重點(diǎn)之一。

5 結(jié) 語(yǔ)

組合式金屬防洪擋板能夠與余姚市城區(qū)對(duì)景觀保護(hù)的要求相契合，能夠滿足城區(qū)防洪排澇的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。余姚市姚江城區(qū)段堤防加固工程(二期)中大規(guī)模應(yīng)用組合式防汛擋板，在國(guó)內(nèi)是首次，是以組合式防洪擋板為代表的輕型裝配性、移動(dòng)式防洪墻在國(guó)內(nèi)應(yīng)用的里程碑。在此次應(yīng)用中也暴露出該結(jié)構(gòu)型式的不足之處，在保證其輕便性的同時(shí)，應(yīng)將增強(qiáng)其適應(yīng)性、推動(dòng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)作為工作重點(diǎn)。