銀洲湖海堤斷面型式設計

侯俊敏 彭林興

摘要：本文通過分析斜坡式、陡墻式和混合式三種海堤基本斷面的特點，闡述綜合陡墻式和斜坡式的優(yōu)點，結合舊堤大部分建有石墻的現(xiàn)狀，提出相應的優(yōu)化分案，經(jīng)實踐檢驗，優(yōu)化后的方案取得較好的經(jīng)濟和技術效果，進而為海堤斷面設計提供參考依據(jù)。

關鍵詞：海堤斷面 優(yōu)化設計 創(chuàng)新

1 概述

潭江在新會境內(nèi)河長63.7km，平均河寬960m，銀洲湖海堤包括潭江在新會境內(nèi)的兩岸范圍，左岸由司前與開平市交界處至古井西堤尾，其中江新聯(lián)圍部分列入城市防洪工程（不納入本工程范圍）；右岸從新會羅坑與臺山市交界處至崖門新洲圍，另加上七堡和南坦兩個江心島，堤圍總長約155.75km。

銀洲湖海堤主要存在問題是：

①堤段堤頂高程基本未達標準，大部分堤段堤身斷面強度不足，堤身土料質量差。

②部分堤段堤腳被沖割，局部堤段出現(xiàn)過堤坡開裂下坍等情況。

③全堤350宗的穿堤水閘涵竇，尚有322宗存在安全隱患，需加固或重建。

2 基本斷面型式

海堤的基本斷面型式在廣東省內(nèi)各地較多地使用三種基本斷面型式：斜坡式、陡墻式和混合式。三種基本斷面各有其本身的特點：①斜坡式海堤斷面的內(nèi)外邊坡坡度較緩，堤身由土堤和護面所組成，邊坡護面砌體必須依附于堤身土體。堤基與地基接觸面積大。在堤身高度相同的情況下，對地基土層承載力的要求相對陡坡式低，適合于土料充足，基礎較差的情況。在外坡坡面有充足的地方布設消浪設施，能消散部分波浪能量。護面結構及堤身施工技術簡單，維修容易。但由于風浪爬高較大，相應要求堤頂高程較高，斷面土方量較大，直接關系到工程造價的控制。②陡墻式海堤斷面外邊坡坡度陡直或直立，堤身由重力式防護外墻及墻后土堤所組成。陡墻式海堤斷面的波浪爬高值小于斜坡式。堤頂防浪墻結合外墻體建成反弧形式，能有效地阻止或削弱波浪翻越堤頂。由于風浪爬高較小，堤頂高程較低，堤身斷面較小，土方工程量相對較小，同時解決臨海側水位不斷變動引起的迎水坡失穩(wěn)問題。但堤基對地基土層承載力的要求高于斜坡式海堤，局部地區(qū)可能需要進行地基加固處理。由于外邊坡坡度陡直或直立，波浪作用力較大，波浪上壅回落易產(chǎn)生墻腳淘刷，需要有保護措施。③混合式海堤斷面外邊坡為變坡比結構。是斜坡式與陡墻式的結合型式。當斷面組合得當，兼有斜坡式與陡墻式的優(yōu)點。且混合式斷面設置平臺可起到削減波浪爬高及穩(wěn)定堤基的作用。根據(jù)南京水科院試驗成果，平臺面的高程取設計高潮位或略低于設計高潮位時，消浪效果最好。根據(jù)《堤岸護坡設計中的穩(wěn)定性分析計算簡介》（毛昶熙，南京水科院），消浪平臺B的寬度可取有效波高Hs的1～4倍，平臺越寬，消浪減少爬高的作用越大。

3 各種海堤斷面型式風浪爬高計算比較

風浪爬高按《堤防工程設計規(guī)范》（GB50286-98）附錄C計算（當m=0時，風浪爬高按《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）附錄E計算），其中風浪要素采用莆田試驗站公式計算。

①根據(jù)《堤防工程設計規(guī)范》附錄C要素公式C.1.2-1、C.1.2-2、C.1.3-1計算平均波高、平均波周期、波長。②查表C.3.1-1、表C.3.1-2、表C.3.1-3、表C.3.1-4得出斜坡的糙率及滲透性系數(shù)K△、經(jīng)驗系數(shù)Kv，爬高累計頻率系數(shù)Kp、無風情況下光滑不透水護面的爬高值R0。③按Rp=K△KvKpR0H計算風浪爬高，Rp為累計設計頻率波浪爬高計算值（本工程為R3.33%） （當m=0，風浪爬高和風壅增水高度的計算可采用《水閘設計規(guī)范》（SL265-2001）附錄E中的波高（hp）和波浪中心線超出計算水位的高度（hz）的計算公式替代計算） 。

為進一步比較各種型式的風浪爬高，為優(yōu)化斷面提供依據(jù)，選取了銀洲湖海堤兩個較有代表性的斷面樁號左7+600、右47+600，對陡墻式和斜坡式兩種基本斷面型式的幾種迎水坡坡率斷面，進行風浪爬高計算。

通過計算可知：①當坡率m≤1.25時，計算風浪爬高Rp隨坡率m的增大而增大；②當坡率m=1.5～5時，計算風浪爬高Rp隨坡率m的增大而減少；③當坡率1.25<

m<1.5時，計算風浪爬高Rp由坡率m=1.25和m=1.5的計算值按內(nèi)插法確定；④陡墻式斷面的風浪爬高比斜坡式低0.3～1.6m。

4 海堤基本斷面型式比選

4.1 斷面型式初選

根據(jù)計算成果以及舊堤現(xiàn)狀，對海堤基本斷面型式進行比選如下：①計算結果表明，陡墻式斷面的風浪爬高比斜坡式低0.3～1.6m，由于風浪爬高對堤頂高程的確定影響很大，從而直接影響到工程的造價，因此在本工程條件下，設計帶陡墻式的海堤斷面能明顯降低堤頂高程。②本工程主要是對舊堤加固，設計時可結合舊堤的現(xiàn)狀，在安全可靠的前提下，盡量節(jié)約工程的投資。a合理利用原有石墻。從原堤圍的斷面圖可知，原堤圍迎水側已砌有m=0.3的陡墻式防浪石墻，主要為干砌石墻，但+1.00m高程以上的部分因建成歷史久遠或受沖刷破壞，出現(xiàn)松散或崩塌現(xiàn)象。結合現(xiàn)有的堤圍斷面，以安全、節(jié)省工程投資為原則，盡量利用原干砌石墻，將+1.00m高程以上的干砌石墻拆除，按陡墻式斷面重砌，可有效降低風浪爬高。b妥善解決銀洲湖海堤沿線基礎差的問題。由于銀洲湖海堤沿線基礎為淤泥，內(nèi)摩擦角小，抗剪強度低，基礎承載力差，加高培厚堤身時，容易產(chǎn)生深層滑動和沉陷，根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)驗，堤面高程超過3.5m時，迎水坡容易出現(xiàn)滑坡，即使不產(chǎn)生滑坡，隨著淤泥因荷載增大產(chǎn)生側向擠出，堤基沉降，堤面高程下沉到3.5m高程以下后，方可基本穩(wěn)定。根據(jù)當?shù)亟?jīng)驗，堤面高程控制在3.5m以下效果較好。本工程雖然有軟弱土層存在，但現(xiàn)有的堤防一般年代較長，干砌石墻已建成多年，堤基土層已經(jīng)經(jīng)過多年的壓縮、固結，沉降基本穩(wěn)定，且堤身不高。因此可利用原干砌石墻，建帶陡墻的斷面，既降低風浪爬高，又可以避免堤頂高程超過3.5m后，額外增加地基處理費用，從而節(jié)省工程投資。

綜上所述，分析了斜坡式、陡墻式和混合式三種海堤基本斷面本身的特點，綜合陡墻式和斜坡式的優(yōu)點，同時結合舊堤大部分建有石墻的現(xiàn)狀，從安全可靠和經(jīng)濟等方面考慮，對斷面進行優(yōu)化組合，本工程海堤斷面初選采用混合陡墻式海堤斷面。

4.2 斷面型式優(yōu)化

為進一步優(yōu)化斷面設計，根據(jù)計算成果設計了兩種方案的陡墻式海堤斷面，并進行比較：

方案一：為了充分利用舊石墻，并結合消浪平臺布置要求，將舊石墻拆除到+1.0m高程（拆出來的石塊在墻前干砌護腳平臺）后，按迎水坡率m=0.3、背水坡坡率m=

0.1的陡墻式斷面重砌，可有效降低風浪爬高。在2.5m高程設消浪平臺，平臺以上設1：1.5坡的糙面混凝土護坡，接堤頂反弧防浪墻。為了增加防沖刷能力和加強干砌墻的整體性，干砌石墻表面設100厚砼護面。由于外邊坡坡度陡，波浪作用力較大，波浪上壅回落易產(chǎn)生墻腳淘刷，在墻前干砌1m寬的平臺至+1.0高程。堤背水坡坡比1：2，設草皮護坡。

優(yōu)缺點：堤基與地基接觸面積大，地基應力較小，但堤身填筑材料需求較多，堤頂高程較高。

方案二：與方案一不同的是：①將舊石墻拆除到+1.0m高程（拆出來的石塊在墻前干砌護腳平臺）后，按迎水坡率m=0、背水坡坡率m=0.4的陡墻式斷面重砌，即將干砌石墻頂外移，增大消浪平臺的寬度；②將1：1.5坡的糙面混凝土護坡結合堤頂防浪墻處理，直接在2.5m高程的平臺上留不少于2m的消浪平臺后，設一埋深500mm的懸臂式砼直墻兼作防浪墻，并取消原防浪墻的反弧面。

優(yōu)缺點：可進一步降低風浪爬高，降低堤頂高程，斜坡改直墻后，堤身斷面寬度減少1.1m，從而減少堤身填筑材料方量，但波浪作用力較大。

從安全、經(jīng)濟出發(fā)，結合新會當?shù)氐膶嶋H，采用方案二。

兩方案見圖1，圖2。

5 結語

按照上述設計斷面，工程概算單價僅為202萬元/ km，低于同類工程的300～500萬元/ km，銀洲湖海堤達標加固工程在2006年開工，2009年完工，期間經(jīng)受了超過本工程設計標準的“派比安”臺風正面襲擊的考驗，加固后的堤圍安然無恙，達到了較好的經(jīng)濟和技術效果。

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作者簡介：侯俊敏（1982-），廣東佛山人，男，本科，工程師，主要從事水工設計。