強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天兔”過后海堤損毀原因分析及海堤建設(shè)管理建議

張 婷 劉 達(dá) 李德吉

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635;2.廣東省水動(dòng)力學(xué)應(yīng)用研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635;3.河口水利技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510635)

1 調(diào)研背景

2013年9月21—23日，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天兔”在粵東登陸，適逢天文大潮，出現(xiàn)了特大暴雨降水過程及近岸巨浪，造成汕尾、惠州等市的部分海堤嚴(yán)重?fù)p毀。

為分析強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天兔”過后海堤損毀原因，總結(jié)海堤達(dá)標(biāo)加固建設(shè)與管理中應(yīng)注意的主要技術(shù)問題，臺(tái)風(fēng)過后，廣東省水利廳組織廣東省水利水電科學(xué)研究院調(diào)研組深入汕尾、惠州受損海堤現(xiàn)場(chǎng)，查勘了典型堤段的破壞部位及形態(tài)，系統(tǒng)分析和總結(jié)了海堤損毀原因，在此基礎(chǔ)上提出了今后海堤建設(shè)和管理的建議。

2 典型海堤損毀情況

調(diào)研組共查勘了6段海堤，文中僅列出3段典型海堤損毀情況。

2.1 陸豐市甲東海堤

陸豐市甲東海堤始于東溪河水閘止于瀛江出?？谧蟀?，處于東溪河感潮河段內(nèi)，主要保護(hù)甲東鎮(zhèn)防洪潮安全。甲東海堤長(zhǎng)青段屬于外海開敞式海堤，直面大海，海堤地理位置見下頁圖1。

圖1 甲東海堤長(zhǎng)青段地理位置示意圖

該段海堤已經(jīng)基本完成了達(dá)標(biāo)加固。防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇設(shè)計(jì)潮水位。結(jié)構(gòu)形式為干砌石護(hù)坡，上覆四角空心塊，坡頂平段有漿砌石擋墻，擋墻上用C20混凝土壓頂。

在臺(tái)風(fēng)大浪的猛烈打擊下，該段加固后的海堤出現(xiàn)了局部毀損，見圖2，主要是漿砌石擋墻及上部的混凝土壓頂?shù)奶?，迎水坡的干砌石護(hù)坡及上覆的四角空心塊基本保持完好，海堤基礎(chǔ)未見明顯沉降變形。

圖2 漿砌石直立擋墻及混凝土壓頂損毀

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析，漿砌石擋墻及上部混凝土壓頂坍塌的主要原因是臺(tái)風(fēng)引起的巨浪向岸灘傳播時(shí)立波拍打的壓力荷載很大，直立的漿砌石擋墻高度雖然可以達(dá)到50年一遇的設(shè)計(jì)潮水位，但是強(qiáng)度不足以抵御臺(tái)風(fēng)暴潮襲擊，此外漿砌石施工過程中采用的分層施工方法導(dǎo)致了層間抗剪能力較差也是原因之一。

2.2 海豐市大湖鎮(zhèn)南北堤角仔尾堤段

海豐市大湖鎮(zhèn)南北堤角仔尾堤段碣石灣灣頂直面大海，屬于開敞式海堤，海堤地理位置見圖3。

圖3 南北堤角仔尾堤段地理位置示意圖

該堤段按照應(yīng)急工程已經(jīng)完成了加固，迎水坡全部用格賓石籠網(wǎng)，坡腳有約20m長(zhǎng)的水平格賓石籠網(wǎng)鋪蓋，但防浪墻還沒有完工。該段加固后的海堤在2013年“816”陸豐螺河大洪水(最大洪峰流量約3450m3/s，相當(dāng)于超50年一遇)中發(fā)揮了重要作用，在臺(tái)風(fēng)“天兔”防御中也發(fā)揮了巨大作用，大部分堤段在巨浪襲擊下保持完整，局部薄弱位置發(fā)生垮塌，同樣在該堤段，有木麻黃保護(hù)的海堤基本沒有受到損壞，生物防浪措施發(fā)揮了顯著的護(hù)堤作用。

大湖南北堤角仔尾堤段的格賓石籠網(wǎng)施工質(zhì)量較高，平時(shí)養(yǎng)護(hù)也較好，在巨浪打擊下，基本保持完好。但由于發(fā)生越浪，堤頂及背水坡的硬化不夠，尤其是防浪墻后部位置是土跟混凝土連接最薄弱的地方，遭受較大的沖刷，導(dǎo)致堤身料流失嚴(yán)重，堤身失穩(wěn)，發(fā)生垮塌。此外，雖然土堤的迎水坡是土工布的，但是波浪回流把細(xì)顆粒帶入了石頭縫中，造成了迎水坡坡頂位置發(fā)生塌陷坑，在波浪的打擊下該坑逐漸擴(kuò)展，導(dǎo)致整個(gè)海堤堤身失穩(wěn)，海堤損毀情況見圖4。

圖4

2.3 惠東縣稔山長(zhǎng)排海堤

惠東縣稔山長(zhǎng)排海堤位于惠東縣稔山鎮(zhèn)長(zhǎng)排村范和港內(nèi)，屬于半開敞式海堤，由于灣內(nèi)水域面積較大，臺(tái)風(fēng)易引起巨浪，海堤地理位置見圖5。

圖5 長(zhǎng)排海堤地理位置示意圖

該海堤已完成了加固達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)，但未實(shí)施動(dòng)工?，F(xiàn)狀堤防級(jí)別為5級(jí)，堤身全長(zhǎng)10km。海堤堤身為均質(zhì)土壩，堤身單薄，采用漿砌石護(hù)坡，沒有做反濾，壩基地質(zhì)為泥基，堤身凈高4m，頂寬約2.2m，迎水坡坡比1∶0.1，背水坡坡比1∶1.5。在本次臺(tái)風(fēng)襲擊下該段海堤約6處決口，總長(zhǎng)度約1530m，海堤潰決現(xiàn)場(chǎng)見圖6。

圖6 長(zhǎng)排海堤潰決現(xiàn)場(chǎng)

該海堤由于現(xiàn)狀堤身斷面偏小，原堤材料就近取材，采用人工挑填，未經(jīng)碾壓，填筑質(zhì)量較差，屬于兩水夾一堤，抗滑穩(wěn)定較差。此外，海堤背坡與魚塘、蝦塘相連，坡腳處沒有設(shè)置護(hù)岸工程，經(jīng)雨水沖刷，易造成堤身土料流失，進(jìn)而失穩(wěn)潰決。

3 總結(jié)海堤損毀原因

“天兔”臺(tái)風(fēng)中損毀嚴(yán)重的多為舊堤，也有相當(dāng)部分加固達(dá)標(biāo)后的新堤出現(xiàn)損毀。相對(duì)受損海堤而言，臺(tái)風(fēng)過后仍保持完好的海堤往往存在一些有利條件，如:部分海堤非直面大海，而是位于遠(yuǎn)離出?？诨蚝逞谧o(hù)條件較好的位置，或堤前有紅樹林保護(hù)等。

3.1 未完成加固達(dá)標(biāo)的舊海堤損毀原因

主要原因是標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)重偏低、斷面形式不科學(xué)、缺乏消浪護(hù)岸措施、施工質(zhì)量存在不足等，具體體現(xiàn)在:

a.未設(shè)置混凝土、漿砌石等護(hù)面的土堤，無法抵御臺(tái)風(fēng)波浪的沖擊，損毀嚴(yán)重的堤身近乎完全消失。

b.設(shè)置了剛性護(hù)面結(jié)構(gòu)的海堤，由于土工布反濾失效、伸縮縫處理不當(dāng)、砂漿不飽滿、堤身沉降變形等，護(hù)面下的土體在潮水及波浪的長(zhǎng)期、反復(fù)作用下逐漸流失，造成護(hù)面脫空、開裂，在臺(tái)風(fēng)引起的大浪沖擊下，護(hù)面被擊碎，堤身沖毀，海堤決口。其中，采用砂作為筑堤材料的堤身土體更易流失，損毀更為嚴(yán)重。

c.堤頂高程不夠、無消浪設(shè)施，且堤頂和背水坡土體無硬化護(hù)面進(jìn)行防護(hù)的海堤，臺(tái)風(fēng)引起的大浪越過防浪墻后沖高跌落，沖擊堤頂和背水坡，造成堤頂及背水坡形成較大的沖坑，如此反復(fù)作用導(dǎo)致堤身損毀。

d.以往出險(xiǎn)決口處理不徹底的海堤，由于修復(fù)帶有搶險(xiǎn)性質(zhì)，工期緊且施工條件有限，往往造成堤身填土容易流失、堤身易發(fā)生沉降，導(dǎo)致混凝土面板脫空甚至開裂，下一次臺(tái)風(fēng)到來時(shí)，大浪擊碎混凝土面板或漿砌石擋墻等，形成新的決口。

3.2 已完成加固達(dá)標(biāo)的新堤損毀原因

a.沒有按照規(guī)范進(jìn)行有關(guān)模型試驗(yàn)，海堤臨水側(cè)的直立擋墻上段在設(shè)計(jì)及施工上存在一些不足之處。如:陸豐市甲東海堤長(zhǎng)青段。

b.臺(tái)風(fēng)產(chǎn)生越浪后，海堤堤頂及背水坡抗沖刷能力不足，導(dǎo)致部分堤身受損。如:海豐市大湖鎮(zhèn)南北堤角仔尾堤段。

4 今后海堤建設(shè)和管理的建議［1］

a.迫切需要對(duì)省內(nèi)海堤進(jìn)行分類，細(xì)化類別，分類指導(dǎo)和管理。建議根據(jù)海堤的地理位置(開敞式、半開敞式、近河口段、江堤過渡段等)、地質(zhì)條件、波浪條件、堤高及斷面特征等因素分類，分別確定建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和概(估)算宏觀控制標(biāo)準(zhǔn)。按照輕重緩急的原則，有序推進(jìn)海堤加固達(dá)標(biāo)建設(shè)。對(duì)重點(diǎn)海堤應(yīng)保證資金投入，爭(zhēng)取做一段、成一段、發(fā)揮效益一段，不留隱患。同時(shí)，建議海堤上全面設(shè)置里程樁號(hào)標(biāo)志，便于后續(xù)管理。

b.應(yīng)按照設(shè)計(jì)規(guī)范［2］要求，重視海堤結(jié)構(gòu)形式、消浪護(hù)岸措施等模型試驗(yàn)工作，確保工程設(shè)計(jì)科學(xué)、有效。建議在工程建設(shè)費(fèi)用中劃出一定比例的科研試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)集中使用，組織開展適應(yīng)于廣東省不同區(qū)域、不同類型海堤建設(shè)的一系列海堤結(jié)構(gòu)形式、消浪護(hù)岸措施等模型試驗(yàn)，并推薦使用。對(duì)重要的、直面大海的海堤，單獨(dú)開展波浪模型試驗(yàn)。海堤設(shè)計(jì)導(dǎo)則及有關(guān)規(guī)范均明確要求進(jìn)行模型試驗(yàn)，但目前廣東省多未開展。據(jù)了解，江浙地區(qū)基本按照設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對(duì)每段海堤的設(shè)計(jì)進(jìn)行波浪模型試驗(yàn)，取得了良好效果。

c.建議采用工程措施與生物措施相結(jié)合的原則，開展海堤建設(shè)。海堤建設(shè)應(yīng)統(tǒng)籌考慮沿海防護(hù)林體系建設(shè)，充分發(fā)揮沿海防護(hù)林體系在沿海防災(zāi)減災(zāi)，特別是在消浪、護(hù)岸、水土保持、水源涵養(yǎng)、防風(fēng)固沙、生物多樣性保護(hù)等方面不可替代的作用。根據(jù)研究成果，30m寬度的紅樹林，消浪率可以達(dá)到約70%，而建設(shè)防浪林每公里投資僅需60萬元左右。鑒于此，海堤加固達(dá)標(biāo)建設(shè)要利用好現(xiàn)有沿海防護(hù)林和紅樹林，保護(hù)好各類自然保護(hù)區(qū)及其生態(tài)系統(tǒng)的完整性;擴(kuò)建工程迎海一側(cè)要保留國家特殊保護(hù)林帶建設(shè)用地。

［1］廣東省水利水電科學(xué)研究院.強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“天兔”對(duì)揭陽、汕頭、潮州、汕尾、惠州市海堤損毀情況的調(diào)研報(bào)告［R］.2013.

［2］DB/T 182—2004廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則(試行)［S］.北京:中國水利水電出版社，2004.