浙江沿海海堤中下部護(hù)面臺(tái)風(fēng)損毀調(diào)查及修復(fù)方案分析

何賢武，楊 鳳

(1.三門縣水利局，浙江 臺(tái)州 317100;2.浙江中水工程技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310004)

1 問(wèn)題的提出

浙江省東部沿海灘涂資源豐富，已有悠久的灘涂治理開發(fā)利用歷史，目前，全省已建成約2200km海堤［1］，對(duì)保護(hù)浙東沿海和錢塘江兩岸高密度人口地區(qū)的生產(chǎn)生活安全起到了重要作用。由于浙江沿海地區(qū)自然條件復(fù)雜，臺(tái)風(fēng)影響頻繁，臺(tái)風(fēng)在浙江登陸的頻率約為10%，登陸時(shí)風(fēng)力可達(dá)12級(jí)，臺(tái)風(fēng)期間的強(qiáng)波浪對(duì)沿海海堤造成了重大影響。

隨著浙江省灘涂治理事業(yè)的不斷發(fā)展，圍涂工程已逐漸向低涂面甚至深涂面拓展，由此引起堤前水深越來(lái)越深，當(dāng)遭遇強(qiáng)臺(tái)風(fēng)時(shí)，堤前設(shè)計(jì)波要素很大，容易對(duì)海堤中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)造成損壞。因此，優(yōu)化或修復(fù)海堤中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)是維護(hù)海堤正常運(yùn)行、發(fā)揮其擋潮防浪功能面臨的重要技術(shù)問(wèn)題。

本文在調(diào)查海堤中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)臺(tái)損情況的基礎(chǔ)上，總結(jié)臺(tái)損特點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)例探討臺(tái)損海堤中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)修復(fù)技術(shù)，為今后海堤工程建設(shè)提供參考。

2 海堤臺(tái)損情況調(diào)查

2000 年以來(lái)浙江沿海遭遇了多次大臺(tái)風(fēng)，沿海海堤在多次臺(tái)風(fēng)中出現(xiàn)了不同程度的毀損。本文重點(diǎn)收集了2000—2006年海堤臺(tái)損情況、2011年“梅花”臺(tái)風(fēng)和2012年“布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)海堤臺(tái)損情況，首先對(duì)歷年海堤容易產(chǎn)生損毀的部位進(jìn)行總結(jié)，然后再結(jié)合最近的“梅花”和“布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)損毀情況，分析典型項(xiàng)目的臺(tái)損原因。

2.1 2000—2006年臺(tái)損情況調(diào)查

根據(jù)《浙東海塘經(jīng)歷強(qiáng)臺(tái)風(fēng)后工況調(diào)查與分析報(bào)告》［2］，該期間臺(tái)風(fēng)主要選擇2000年的“啟德”、 “杰拉華”、2002年的“森拉克”、2004年的“云娜”、2005年的“麥莎”、“卡努”和2006年的“桑美”進(jìn)行調(diào)查分析 (見表1)。

表1 2000—2006年主要臺(tái)風(fēng)中已建海堤損毀情況調(diào)查表

續(xù)表1

從表1分析，臺(tái)損海堤具有以下2個(gè)顯著特點(diǎn):①除2002年“森拉克”臺(tái)風(fēng)外，其他臺(tái)風(fēng)均發(fā)生在中低潮位時(shí)，潮位重現(xiàn)期尚未達(dá)到多年平均最高高潮位，重現(xiàn)期小于1a一遇，說(shuō)明中低潮位工況下波浪也會(huì)對(duì)海堤護(hù)面產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。②鎮(zhèn)壓平臺(tái)、拋石護(hù)腳等海堤中下部結(jié)構(gòu)是這幾次臺(tái)風(fēng)中迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)中最容易受損的部位，應(yīng)引起高度重視。

2.2 “梅花”和“布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)損毀情況調(diào)查

“梅花”和“布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)分別于2011年和2012年發(fā)生，本文選擇2個(gè)臺(tái)風(fēng)期間均尚處于施工狀態(tài)的沿海某海堤工程進(jìn)行調(diào)查。

該海堤面向開敞海域，易受外海涌浪影響，堤線處涂面高程-3.70～-5.50m。工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為50a一遇。堤身結(jié)構(gòu)采用寬平臺(tái)式，迎潮側(cè)為石壩擋潮，內(nèi)側(cè)為土方防滲閉氣，堤基采用塑料插板排水固結(jié)法處理。海堤堤頂高程6.00m，防浪墻頂高程7.00m，迎潮面高程3.75m設(shè)一寬11.10m的消浪寬平臺(tái)，堤頂和寬平臺(tái)路面均采用厚20cm的C25混凝土護(hù)面，下設(shè)厚10cm的水泥穩(wěn)定層和厚20cm的石渣墊層。海堤迎潮面鎮(zhèn)壓層分為二級(jí)，平臺(tái)頂高程分別為0.00m和-2.00m，總寬度23.00～33.00m。頂高程0.00m平臺(tái)采用大石塊理砌護(hù)面，單塊大石塊重量不小于400kg;頂高程-2.00m平臺(tái)拋填單塊重量不小于1t大石塊 (見圖1)。

“梅花”臺(tái)風(fēng)期間，工程海域最大影響風(fēng)速約為45m/s，最大波高10.3m，臺(tái)風(fēng)期風(fēng)速和波高遠(yuǎn)超50a一遇標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)日高潮位小于多年平均高潮位，遠(yuǎn)低于50a一遇設(shè)計(jì)潮位。

臺(tái)風(fēng)影響時(shí)海堤工程尚處于施工期，海堤鎮(zhèn)壓層護(hù)面大石塊理砌基本完成。受“梅花”臺(tái)風(fēng)影響，約有938.00m海堤迎潮面鎮(zhèn)壓層平臺(tái)大石塊理拋?zhàn)o(hù)面受沖刷嚴(yán)重，鎮(zhèn)壓層外側(cè)大部分石塊被潮水沖至寬平臺(tái)下部擋墻腳，部分塊石被沖至現(xiàn)狀堤頂，粒徑較小的石料沖損嚴(yán)重，使鎮(zhèn)壓層表面形成自堤腳拋石護(hù)腳至擋墻腳的斜坡 (見圖2)。

圖1 海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)圖

圖2 “梅花”臺(tái)風(fēng)前后海堤迎潮面鎮(zhèn)壓層圖

“布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)期間，工程海域出現(xiàn)10～12級(jí)大風(fēng)，臺(tái)風(fēng)中心附近風(fēng)力達(dá)12～14級(jí)，陣風(fēng)達(dá)14～15級(jí)。當(dāng)日實(shí)測(cè)最大波高5.00m，周期9.0s，當(dāng)日高潮位小于多年平均高潮位，遠(yuǎn)低于50a一遇設(shè)計(jì)潮位。

由于海堤鎮(zhèn)壓層在受2011年“梅花”臺(tái)風(fēng)影響后未進(jìn)行修復(fù)，許多護(hù)面石塊單重較小且擺放不穩(wěn)定，受“布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)影響，海堤鎮(zhèn)壓層表面大量石塊被波浪推至消浪平臺(tái)，形成自堤腳拋石護(hù)腳至下部擋墻墻頂?shù)男逼隆Ｏ似脚_(tái)表層正在施工中的50cm厚C25細(xì)骨料混凝土灌砌塊石也受到不同程度的損壞 (見圖3)。

圖3 “布拉萬(wàn)”臺(tái)風(fēng)后海堤鎮(zhèn)壓層圖

2.3 臺(tái)損特點(diǎn)分析

根據(jù)以上調(diào)查分析，近幾年海堤的臺(tái)損情況具有以下特點(diǎn):①風(fēng)來(lái)臨時(shí)風(fēng)速、波浪可達(dá)到甚至超過(guò)50a一遇，但遭遇的潮位均重現(xiàn)期基本上小于1a一遇，屬于中低潮位遭遇強(qiáng)波浪工況;②中下部結(jié)構(gòu)是海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)中最容易受損的部位，主要是鎮(zhèn)壓平臺(tái)、拋石護(hù)腳等部位;③施工期中的海堤由于護(hù)面結(jié)構(gòu)尚未完全建成，遭遇強(qiáng)波浪，更易損壞，因此應(yīng)重視施工期海堤中下部結(jié)構(gòu)的保護(hù)。

3 海堤中下部護(hù)面修復(fù)方案

3.1 臺(tái)損原因分析

(1)海堤設(shè)計(jì)歷來(lái)重視設(shè)計(jì)高潮位遭遇強(qiáng)波浪的工況，強(qiáng)調(diào)海堤上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和護(hù)面穩(wěn)定，而上述海堤在深涂上建堤，堤線處涂面最深處達(dá)-5.50m，雖然2次臺(tái)風(fēng)均發(fā)生在中低潮位期間，但由于堤前水深較深，堤前波浪仍較大，對(duì)海堤中下部護(hù)面產(chǎn)生了嚴(yán)重的破壞。

(2)原設(shè)計(jì)斷面中0.00m鎮(zhèn)壓層與-2.00m大石塊護(hù)腳采用1∶3的斜坡直接連接，則在鎮(zhèn)壓層外端存在一處折角，容易造成波能集中，極易發(fā)生破壞。

(3)對(duì)于海堤迎潮面鎮(zhèn)壓層平臺(tái)護(hù)面結(jié)構(gòu)，現(xiàn)行的SL 389—2008《灘涂治理工程技術(shù)規(guī)范》、SL 435—2008《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》以及《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》均未提供明確的計(jì)算公式，常用赫德遜公式來(lái)計(jì)算，但由于原設(shè)計(jì)鎮(zhèn)壓層是水平的，赫德遜公式也不適用。因此原設(shè)計(jì)鎮(zhèn)壓層護(hù)面采用400kg的大石塊護(hù)面存在重量不足的問(wèn)題。

3.2 臺(tái)損修復(fù)方案分析

(1)臺(tái)損修復(fù)方案擬定時(shí)，重視中低潮位遭遇設(shè)計(jì)波浪的組合，分別選擇:平均高潮位遭遇50a一遇波浪、平均潮位遭遇50a一遇波浪、平均低潮位遭遇50a一遇波浪、50a一遇設(shè)計(jì)低潮位遭遇50a一遇波浪4種工況對(duì)中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

(2)臺(tái)風(fēng)后業(yè)主單位組織對(duì)外海迎潮面進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，結(jié)果顯示原設(shè)計(jì)水平狀的0.00m高程鎮(zhèn)壓平臺(tái)，在臺(tái)風(fēng)后形成了1∶12～1∶18的自然穩(wěn)定坡度。一方面說(shuō)明迎潮面變坡折角處容易波能集中發(fā)生破壞，另一方面也說(shuō)明緩坡式迎潮面有利于迎潮面的穩(wěn)定，故本次臺(tái)損修復(fù)方案將原設(shè)計(jì)為水平的鎮(zhèn)壓層修改為緩坡式，坡度取1∶17。

(3)根據(jù)臺(tái)損現(xiàn)場(chǎng)情況分析，鎮(zhèn)壓層損毀情況類似于波浪對(duì)潛塘的打擊破壞，臺(tái)損修復(fù)方案擬定時(shí)選用港工行業(yè)潛堤面層塊石 (或塊體)穩(wěn)定重量公式進(jìn)行護(hù)面塊石重量計(jì)算，計(jì)算得到平均高潮位工況塊石重量1.5t、平均潮位工況塊石重量1.2t、平均低潮位工況塊石重量1.0t，原設(shè)計(jì)選用的400kg大石塊重量偏小。本次臺(tái)損修復(fù)方案對(duì)護(hù)面重量、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行加強(qiáng)，從里到外依次選擇C25細(xì)骨料灌砌塊石、大石塊理砌+灌砌塊石框格、6.0t扭工塊、大石塊等護(hù)面進(jìn)行保護(hù)，具體斷面型式見圖4。

(4)根據(jù)臺(tái)損現(xiàn)場(chǎng)情況分析，鎮(zhèn)壓層破壞始于0.00m鎮(zhèn)壓層與-2.00m大石塊護(hù)腳折角處，本次臺(tái)損修復(fù)方案在該部位放置扭工塊進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)。

(5)考慮到石料較破碎，大石塊重量不均勻，本次臺(tái)損修復(fù)方案針對(duì)大石塊理砌護(hù)面增加C25細(xì)石混凝土灌縫，灌縫深度30cm，以保證理砌石塊具有較好的整體性。

圖4 中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)修復(fù)加固斷面圖

針對(duì)上述海堤中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)修復(fù)加固方案，業(yè)主單位特地委托進(jìn)行波浪物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證，試驗(yàn)結(jié)果顯示該方案的護(hù)面結(jié)構(gòu)可維持穩(wěn)定。

4 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)對(duì)多次臺(tái)損情況的調(diào)查分析，提出海堤中下部結(jié)構(gòu)是海堤迎潮面護(hù)面結(jié)構(gòu)中最容易受損的部位，主要是鎮(zhèn)壓平臺(tái)、拋石護(hù)腳等。對(duì)海堤中下部護(hù)面結(jié)構(gòu)修復(fù)加固提出建議:

(1)鎮(zhèn)壓層表面是最容易發(fā)生破壞的部位，應(yīng)引起高程重視，加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可考慮分段采用多種護(hù)面結(jié)構(gòu)型式。

(2)為避免波浪能量在轉(zhuǎn)角處集中，建議鎮(zhèn)壓平臺(tái)以1∶12～1∶18的坡度緩慢傾向外海，與拋石護(hù)腳自然相接。

［1］浙江省水利廳.浙江海塘介紹 ［R］.杭州:浙江省水利廳，2006.

［2］浙江省水利河口研究院.浙東海塘經(jīng)歷強(qiáng)臺(tái)風(fēng)后工況調(diào)查與分析報(bào)告［R］.杭州:浙江省水利河口研究院，2009.