淺談沿海沙灘修復(fù)與建設(shè)對(duì)海堤工程的影響

張 東

（臺(tái)州市椒江區(qū)水利局，浙江 臺(tái)州 318001）

1 問題的提出

海島旅游近年來發(fā)展迅速，每年都有大量的游客參觀、游覽海島秀美的自然風(fēng)光、豐富的地方文化，隨著沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)建設(shè)的發(fā)展，人民群眾對(duì)旅游、休閑空間提出了更多、更高的要求。但是，受入海河流懸浮泥沙的影響，以及人類活動(dòng)對(duì)天然沙灘的破壞，沿岸海岸地貌以基巖海岸、淤泥質(zhì)海灘為主，濱海旅游沙灘資源越來越缺乏，無法滿足市民、游客休閑娛樂需要。越來越多的濱海城市通過養(yǎng)護(hù)和修復(fù)提高沙灘品位，增強(qiáng)其濱海旅游休閑功能。

目前濱海沿線已大多數(shù)形成防潮防臺(tái)閉合圈，一線海堤猶如濱海城市堅(jiān)實(shí)的“金鐘罩”，保護(hù)著閉合圈內(nèi)人民財(cái)產(chǎn)的安全。而沙灘修復(fù)工程的實(shí)施不可避免對(duì)沿線海堤產(chǎn)生一定影響，需對(duì)沙灘修復(fù)工程建設(shè)對(duì)海堤工程產(chǎn)生的影響進(jìn)行梳理，并提出有關(guān)要求。

2 工程實(shí)例

某中心漁港沙灘修復(fù)工程根據(jù)城市規(guī)劃所制定的定位與功能分區(qū)，結(jié)合建設(shè)要求，適應(yīng)濱海沙灘動(dòng)力地貌演變特征，適當(dāng)布置水工構(gòu)筑物，通過人工回填砂恢復(fù)和向海擴(kuò)大現(xiàn)有沙灘規(guī)模，形成并維持修復(fù)沙灘一定的形態(tài)。以現(xiàn)有人工護(hù)岸、海灘為依托和基礎(chǔ)，通過適當(dāng)構(gòu)筑攔沙（導(dǎo)流）堤等水工構(gòu)筑物，以及接長、改造排水管涵等，使得回填修復(fù)沙灘形成并維持新的岸線形態(tài)。合計(jì)修復(fù)岸線長度1165 m。沙灘修復(fù)工程布置見圖1。

圖1 沙灘修復(fù)工程布置圖

沙灘施工灘肩寬度約45.00 m，灘肩頂面高程設(shè)置為4.60 ～ 4.00 m（1985國家高程基準(zhǔn)，靠近護(hù)岸處灘肩面高程4.60 m，向外至施工灘肩外緣線處高程降至4.00 m，施工灘面坡度向海為1∶10），允許50 a一遇大潮條件下短時(shí)間的漫灘。沙灘典型斷面見圖2。

圖2 沙灘典型斷面圖

3 沙灘建設(shè)對(duì)海堤工程影響分析

3.1 沙灘建設(shè)對(duì)海堤穩(wěn)定的影響

穩(wěn)定分析采用瑞典條分法電算，滲流區(qū)滲透力按GB/T 51015 — 2014《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》簡化為替代容重法。計(jì)算公式為：

式中：Li、Wi為土條的滑弧長，m；重量，kN；Ci、φi為土層的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，kPa；αi為土條底面中點(diǎn)的法線與豎直線的交角，°；T為土工織物設(shè)計(jì)強(qiáng)度，取極限抗拉強(qiáng)度的20%，kN；R為滑弧半徑，m；τ0為十字板強(qiáng)度 — 深度曲線的截距，取峰值強(qiáng)度的0.8倍，kPa；λ為十字板強(qiáng)度 — 深度曲線的斜率，取峰值強(qiáng)度的0.8倍。

計(jì)算海堤現(xiàn)狀抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K1及沙灘建成后海堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)K2結(jié)果（見表1）。

表1 沙灘建成后海堤穩(wěn)定計(jì)算成果表

由表1可見，沙灘建成后，海堤迎水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均有提升，沙灘建設(shè)對(duì)于海堤迎水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全性有利；海堤背水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)下降，并小于規(guī)范要求值。

3.2 沙灘建設(shè)對(duì)海堤沉降的影響

考慮沙灘荷載后，海堤各斷面堤頂新增沉降量見表2。

表2 考慮沙灘荷載后各斷面堤頂新增沉降量表cm

根據(jù)沉降計(jì)算成果可知，考慮沙灘荷載后，海堤堤頂最大新增沉降量為49 cm，海堤內(nèi)側(cè)一級(jí)平臺(tái)最大沉降量為15 cm，沙灘灘肩外邊緣最大沉降量為173 cm，沙灘灘肩中部最大沉降量為167 cm，沙灘灘肩內(nèi)側(cè)最大沉降量為128 cm。海堤沉降后堤頂高程與設(shè)計(jì)值相差較大，對(duì)防潮防臺(tái)不利。

3.3 沙灘建設(shè)對(duì)海堤滲流穩(wěn)定的影響

根據(jù)規(guī)范要求，為保證海堤堤身滲流穩(wěn)定，堤身防滲體頂高程應(yīng)高于20 a一遇高潮位（4.59 m）0.50 m，土質(zhì)防滲體頂部不應(yīng)小于1.00 m?？紤]海堤自身沉降加上本次沙灘荷載引起的新增沉降，防浪墻高程為6.55 ～ 7.26 m，堤頂高程為 5.55 ～ 6.26 m，防滲體頂高程為5.10 ～ 5.81 m。各斷面沉降后防滲體頂高程均高于20 a一遇高潮位0.5 m以上，仍滿足規(guī)范要求。

3.4 沙灘建設(shè)對(duì)海堤結(jié)構(gòu)安全的影響

工程建成后，堤身新增沉降可能導(dǎo)致海堤內(nèi)坡堤頂路面及C25混凝土護(hù)面開裂，若內(nèi)坡混凝土護(hù)面開裂則會(huì)進(jìn)一步造成堤身淘刷，對(duì)海堤結(jié)構(gòu)安全不利。沙灘建成后，堤頂通車量會(huì)增加，堤頂路面開裂情況可能加劇。此外，施工車輛進(jìn)入施工場(chǎng)地需在海堤防浪墻開口，對(duì)堤身結(jié)構(gòu)造成破壞。

3.5 沙灘建設(shè)對(duì)水閘安全運(yùn)行的影響

沙灘建成后，攔砂堤距離水閘較近，造成閘前淤積。閘前淤積造成水閘外海側(cè)水位抬高，出流淹沒度相應(yīng)會(huì)受影響。經(jīng)計(jì)算，當(dāng)淤積厚度為0.5 m時(shí)，水閘過流量為125.13 m3/s；當(dāng)淤積厚度為1.0 m時(shí)，水閘過流量為106.12 m3/s。可見外海側(cè)淤積會(huì)削弱水閘過流能力，影響水閘排澇。

水閘消力池計(jì)算的最不利工況為閘下無水，而水閘外海側(cè)淤積會(huì)造成閘下游水位有一定的抬高。經(jīng)計(jì)算，外海側(cè)淤積到0.8 ～ 0.9 m，水閘下游水深抬升至水閘躍后水深之上。綜上，外海側(cè)淤積后，水閘現(xiàn)狀消能防沖設(shè)施仍能滿足要求。

3.6 沙灘建設(shè)對(duì)海堤、閘站日常管理的影響

2座水閘位于海堤上，共同承擔(dān)區(qū)片的排澇任務(wù)。沙灘建成后，海堤范圍人流量增大，對(duì)海堤周圍環(huán)境有一定影響。閘、泵口流速較大，若不及時(shí)疏散沙灘上的游客，水閘、泵站排水時(shí)有安全隱患。

4 補(bǔ)償工程設(shè)計(jì)

4.1 背水側(cè)堤腳攪拌樁加固

沙灘建成后，海堤背水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全性下降，應(yīng)在海堤內(nèi)側(cè)堤腳采用直徑0.6 m，間距1.1 m的攪拌樁加固，處理深度12.0 m，增加海堤背水側(cè)穩(wěn)定性至滿足規(guī)范要求。攪拌樁加固后，背水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全性均滿足規(guī)范要求。完建期海堤背水側(cè)安全系數(shù)為1.09，運(yùn)行期海堤背水側(cè)安全系數(shù)為1.19。攪拌樁加固斷面及穩(wěn)定計(jì)算見圖3。

圖3 攪拌樁加固后穩(wěn)定計(jì)算簡圖

4.2 堤頂、背水側(cè)混凝土護(hù)坡及排水系統(tǒng)修復(fù)

（1）沙灘建成后，堤身新增沉降易導(dǎo)致堤頂及內(nèi)坡C25混凝土護(hù)面開裂，為防止堤身遭淘刷沙灘建設(shè)單位應(yīng)及時(shí)修復(fù)堤頂路面，沿分縫將開裂的混凝土面板鏟除，在海堤加高完成且沉降穩(wěn)定后重新澆筑。

（2）沙灘建成后，海堤防浪墻開口須趕在汛期之前按原設(shè)計(jì)修補(bǔ)完成。

4.3 海堤加高

沙灘建成后在新增荷載作用下海堤會(huì)產(chǎn)生沉降，其中堤頂最大沉降量為49 cm，應(yīng)按原設(shè)計(jì)加高堤頂。加高過程須考慮新增沉降及沉降差，保證加高后擋潮標(biāo)準(zhǔn)不變。

此外，海堤迎水側(cè)鎮(zhèn)壓層沉降后又因淘刷后裸露對(duì)迎水側(cè)抗滑穩(wěn)定非常不利，所以提標(biāo)加固階段除了海堤堤頂按擋潮要求加高以外，須對(duì)迎水側(cè)鎮(zhèn)壓層按原設(shè)計(jì)進(jìn)行修復(fù)。

4.4 水閘外海側(cè)清淤

沙灘工程實(shí)施后，2座水閘外海側(cè)均有淤積趨勢(shì)。為保證水閘工程安全運(yùn)行，有淤積問題的水閘應(yīng)研究采取妥善方式防淤、排沙。所以沙灘工程建成后，建設(shè)單位應(yīng)自沙灘施工開始至沙灘建成后運(yùn)行期間每隔6個(gè)月進(jìn)行水閘外海側(cè)清淤。保證閘前沒有泥沙淤積，維持水閘過流能力，使得圍區(qū)內(nèi)澇水及時(shí)排出，保護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

4.5 沙灘日常管理

在水閘排水期間，沙灘管理部門須采取措施疏散沙灘上的游客及其他人員，須在靠近水閘關(guān)鍵部位劃定一定的隔離區(qū)域，禁止游客進(jìn)入。水閘周圍須做好必要的警示標(biāo)語，配備監(jiān)控設(shè)備，攔砂堤堤頂配備欄桿。臺(tái)汛期間以及閘、泵排水期間，沙灘管理部門須及時(shí)與水行政管理部門做好工作銜接，確保閘、泵安全運(yùn)行，配合水行政管理部門做好安全檢查工作。沙灘在風(fēng)浪作用下產(chǎn)生局部淘刷現(xiàn)象，甚至造成迎水側(cè)鎮(zhèn)壓層局部裸露，沙灘管理部門須做好監(jiān)測(cè)工作，及時(shí)補(bǔ)砂。同時(shí)，沙灘建成后，沙灘管理部門須做好海堤管理范圍的垃圾清理工作。

5 結(jié) 語

（1）沙灘建成后，海堤背水側(cè)抗滑穩(wěn)定安全性降低，沙灘荷載引起海堤產(chǎn)生新增沉降即對(duì)防潮不利，且沙灘建設(shè)對(duì)海堤自身結(jié)構(gòu)帶來不利影響。

（2）沙灘建成后，閘前淤積對(duì)水閘的安全運(yùn)行及日常管理不利。

（3）針對(duì)上述影響，采取一系列的工程補(bǔ)償措施，沙灘工程實(shí)施后，經(jīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，海堤、水閘運(yùn)行情況良好，補(bǔ)償工程效果顯著。