環(huán)湖大堤長興段堤前加固方案比選

王 鑫 趙 珺

（浙江省水利水電勘測設計院 杭州 310002）

1 工程概況

環(huán)太湖公路及環(huán)湖沿路大堤加固工程(浙江段)為Ⅰ等工程，是集交通、水利、旅游于一體的綜合性工程。公路全長約50km，環(huán)湖沿路大堤加固段全長49.2km，沿線新建橋梁22 座，其中特大橋1 座，大型橋梁6 座；涉及節(jié)制閘改建18 座，涵閘改建10 座。工程于2008年12月底開工建設，工期3年。環(huán)湖大堤現狀堤前擋墻已建成十多年，經歷多年的風浪考驗，部分擋墻已產生下沉、外傾。在近幾年的防汛搶險中，直立擋墻外全線均作了拋石加固，頂高程與原擋墻持平，頂寬約1m，迎水側邊坡約1:1.5～1:2。此外還局部拋了二級拋石平臺，平臺頂高程約1.76m，平臺寬約10m。從現場看，部分風口段因風浪大，加固的拋石已被風浪卷走。因此，每年都要在擋墻前不間斷的加拋塊石并維護。

2 大堤抗風浪穩(wěn)定性分析

2.1 現狀斷面復核計算成果

經復核計算，現狀擋墻的墻底應力、抗滑和抗傾安全系數不能完全滿足規(guī)范要求。現狀不計拋石影響，堤前直立擋墻在設計工況下，抗傾安全系數可滿足規(guī)范要求；不計波浪和波峰工況抗滑穩(wěn)定能滿足安全要求。但計及波浪影響后，在波谷情況下抗滑穩(wěn)定則不能滿足規(guī)范要求，而且安全系數較小，同時擋墻前后趾地基應力不均勻系數不滿足規(guī)范要求。

波峰作用時，直立擋墻承受波浪推力作用，大部分堤段墻后土壓力轉化為靜止或被動土壓力，前趾處壓應力減小，甚至出現拉應力，地基應力不均勻性較大；波谷作用時，墻前水位降低，擋墻前趾應力增加、后趾應力減小，甚至出現拉應力，墻底應力的不均勻系數不能滿足安全要求。堤前擋墻穩(wěn)定與否直接關系到大堤及環(huán)太湖公路的安危，故必須對其進行加固處理。

2.2 斷面物理模型試驗成果

為更科學的驗證擋墻抗風浪效果，對現狀斷面及設計加固斷面進行了水槽波浪模型試驗。試驗結論為：現狀堤前擋墻基礎埋置深度較淺，在百年一遇洪水位及波浪組合作用下，水流挾帶空氣爬上大堤混凝土護面斜坡或沖擊掏刷防浪墻齒腳，擋墻前產生劇烈的水體紊動，擋墻基礎產生明顯的下陷、下沉，擋墻前傾失穩(wěn)并產生不同程度的漿砌塊石塌陷現象，需采取加固措施。設計采用的五鉸格網方案能滿足穩(wěn)定與堤頂越浪控制要求，施工時應采用整體鋪裝，以提高其抗風浪能力，擋墻前采用拋石防護時，表面兩層單體拋石重量必須大于100kg。

3 堤前加固處理方案

3.1 五鉸格網加固處理方案

設計考慮到本工程的重要性，為確保消浪效果及鎮(zhèn)壓拋石加固后不被風浪卷走，減少占用太湖庫容，提高堤前擋墻的抗風浪能力，確保路堤結合后大堤迎水側的抗滑穩(wěn)定，結合模型試驗成果，采用五鉸格網進行堤前加固，見圖1。

金屬格網采用PVC 包覆合金鋼絲做成網箱，將普通拋石置于網箱之中，網箱與網箱之間采用同質材料綁扎做可靠連接，使得表層的拋石體形成一個整體。金屬格網已比較普遍的應用于護坡加固和擋墻修建等永久工程中，江蘇、浙江都有較廣泛的應用。其主要指標如下：

（1）拋石指標。要求石料新鮮完整，濕抗壓強度大于40MPa，軟化系數大于0.8，單塊重量20～1000kg，級配曲線要求連續(xù)光滑，單塊重量大于70kg 的塊石比例大于60%。

（2）五鉸格網指標。網目：100 mm×120mm，允許公差±5%，鉸制部分長度不得小于50mm。五鉸格網采用包覆PVC+鋅—5%鋁—混合稀土合金鍍層鋼絲制造。

（3）網箱、網墊內填石指標。填石要求干凈、耐久性好、不易碎、無風化跡象，級配良好。填石容重應達到1.7t/m3。填石要有棱角以便互鎖，比重應大于2.4t/m3。濕抗壓強度大于40MPa，軟化系數大于0.8。

填石尺寸一般應介于1.5～2.0D(D 值為扭鉸中心線距)之間，以防止填石從網目中掉出。允許不超過15%的填石粒徑小于100mm，但其不得用于網箱、網墊外露面。

包覆PVC+鋅—5%鋁—混合稀土合金鍍層鋼絲應符合EN 10244－2和BS1052 標準的規(guī)定，同時執(zhí)行GB/T20492—2006 國家標準。

鋼絲技術要求如下：

鋼絲直徑：網絲φ 2.7/3.7mm；邊絲φ 3.4/4.4mm；扎絲φ2.2/3.2mm；抗拉強度400～500MPa；延伸率不得小于12%。

區(qū)域認知是高中學生學習地理的重要載體，以本地區(qū)域認知為前提開展高中地理教學，在幫助學生進行具體區(qū)域下學習地理知識的同時，更是將地理知識與區(qū)域發(fā)展有機聯系起來。因此，密切聯系區(qū)域認知，以本土化或本地區(qū)域為案例，對教學內容與教學知識進行有效互動，是提高高中地理教學效果的較好手段。一方面學生在熟悉的素材中進行教學互動，可以更大膽發(fā)表自己的認識；另一方面，地理知識滲透到教學互動中，更有助于學生理解掌握。

鋅層重量：網絲φ2.7mm 不得小于245g/m2；邊絲φ3.4mm 不得小于265g/ m2；扎絲φ2.2mm不得小于230g/ m2。

鍍鋅層的附著力：把鋼絲圍繞4倍直徑的圓軸纏6 圈，用尖針刮擦涂層，不會剝落或產生裂縫。

包覆的PVC 材料應符合ASTM A 975—97 標準，抗拉強度≥20MPa，延伸率≥180%，厚度0.38～0.50mm。

PVC 包覆的鍍鋅鋼絲須經2000h 鹽霧試驗檢測，其腐蝕率不得大于30g/m2。

網箱抗壓強度不小于4500kPa。

圖1 五鉸格網方案典型斷面圖

為了摸索施工經驗，在長興段進行了20m 的五鉸格網試驗段施工。經過一段時間的摸索，發(fā)現五鉸格網方案施工存在一些問題：

（1）五鉸格網拋石水下施工部分難度較大且質量難以控制；

（3）實際施工中由于運輸、堆放、施工等原因，五鉸格網外包的PVC 存在較多破損現象，包覆的內部鋼絲外露，影響了材料的耐久性，導致工程的使用年限降低。

3.2 大拋石加固處理方案

鑒于試驗段施工中暴露出的問題，設計提出大拋石方案替代五鉸格網方案,見圖2。考慮到取消五鉸格網以后，表層塊石均為單一塊石，整體性較差，結合物理試驗的結論，須適當加大斷面尺寸，設置2 層以上不小于100kg 的塊石，拋石平臺寬度加寬為3.5m，頂高程3.16m，迎水面邊坡1:2。

圖2 大拋石方案典型斷面圖

4 方案比選

表1 列出了五鉸格網與大拋石加固處理方案的優(yōu)缺點及可比性投資。

表1 方案可比性投資及優(yōu)缺點比較表

比較結果表明：

（1）造價方面。從可比性投資比較可得出，大拋石方案比五鉸格網方案每延米可節(jié)約投資247 元，長興段全線優(yōu)化后可節(jié)約工程投資近500萬元。

（2）石材方面。長興當地石材資源較豐富，拋石粒徑較大，大部分能滿足波浪模型試驗提出的拋石塊保持自身穩(wěn)定要求所需重量大于100kg的要求，而用作五鉸格網內填充的小石料數量相對較少。

（3）施工質量及進度方面。本工程為省重點工程，質量要求高、進度要求緊，而施工單位欠缺五鉸格網拋石水下施工經驗，施工質量及監(jiān)督較難控制，施工進度較緩慢，不能滿足工程總體質量、進度要求。

（4）管理方面。五鉸格網施工完成后可能存在防火、防盜等問題，給后期管理帶來不便。

綜合比較后，確定采用大拋石方案作為環(huán)湖大堤長興段堤前加固處理的推薦方案。

5 結語

環(huán)湖大堤長興段堤前加固處理目前已經完工，實際施工采用了大拋石方案，根據地形、地質及風口段的分布情況，在堤前形成一級拋石平臺斷面和二級拋石平臺斷面，加快了施工進度，減少了后期人為破壞和防盜等憂慮，節(jié)省了工程投資，取得了良好的經濟效益和社會效益。

1 王鑫，樓加仙.環(huán)太湖公路及環(huán)湖沿路大堤加固工程（浙江長興段）堤前加固方案局部調整專題報告，2010.

2 河海大學.浙江環(huán)太湖大堤加固工程斷面模型波浪試驗報告.2008