淺談沿堤流發(fā)展過程及沖刷影響

傅偉榮 中交廣州航道局有限公司

1.工程概況

1.1 項(xiàng)目簡述

通州灣腰沙圍墾一期通道工程位于江蘇省南通濱海園區(qū)東側(cè)的規(guī)劃通州灣港區(qū)，工程總長為9500.739m，通道為東西向，南北向各一條，呈“L”型垂直狀。其中B標(biāo)段由3段組成，分別為AK1+500～AK3+000、AK4+500～AK4+960.162和BK0+000～BK2+500，其結(jié)構(gòu)組成分別包括土方工程、砌石工程、砼工程、排水工程和配套供電，擋浪墻頂高程5.7～6.5m，通道頂高程為4.1m。堤頂總寬28.2～30.7m，其中車道寬度為16m，采用30cm厚的C35砼路面，路面下設(shè)30cm厚的水泥穩(wěn)定碎石基層和15cm厚的級(jí)配碎石底層。堤身采用沖灌袋裝砂型式，坡比為1:1.5，護(hù)坡結(jié)構(gòu)為四角空心方塊護(hù)面或柵欄板護(hù)面，堤頂設(shè)漿砌塊石擋浪墻，堤腳設(shè)置60～100kg塊石壓腳兼護(hù)底。

施工總平面布置如圖1。

1.2 氣候及降水

本區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，受海洋調(diào)節(jié)及季風(fēng)環(huán)流的影響，具有四季分明，雨水充沛，時(shí)空分配不均的特點(diǎn)。本區(qū)多年平均降水量為1065.6mm，最大年降水量1502.1mm（1987年），最小年降水量673.0mm(1978年)。因梅雨和臺(tái)風(fēng)的影響，全年約64.3%的降水量集中在5～9月份。6～7月間的梅雨和6～9月間的臺(tái)風(fēng)雨常造成本地區(qū)的嚴(yán)重澇災(zāi)。全年平均降水日數(shù)為122.7天。月降雨日數(shù)最多的是5月份，平均12.8天，最少在12月份，平均7.4天。

該地區(qū)多年平均氣溫14.9℃，最高月平均氣溫是7月的27.5℃，最低月平均氣溫是1月的2.1℃；極端最高氣溫39℃（1960年8月7日），極端最低氣溫-11.9℃（1977年1月31日）。該地區(qū)春夏多東南風(fēng)，冬季多東北風(fēng)和西北風(fēng)，歷年平均風(fēng)速3.4m/s，年最大風(fēng)速26.3m/s（NE，1960年7月7日），瞬時(shí)最大風(fēng)速30.4m/s（SW，1975年7月14日）。常風(fēng)向E、ESE頻率為15%，次風(fēng)向NE、ENE頻率為12%。長江水域終年不凍，陸域最大凍土厚20cm，年平均降雪6天，多集中于1～2月間，最大積雪厚度17cm。多年平均霧日天數(shù)為30.9天，年最多霧日數(shù)60天，最少霧日數(shù)5天，大霧平均為5.7天。

1.3 水文

本區(qū)屬不規(guī)則半日潮，每日兩潮，滯后45分鐘，一般漲潮時(shí)間為6小時(shí)，退潮時(shí)間為6小時(shí)22分鐘，最大潮差可達(dá)4 m，一般潮差2～3m。

2.沿堤流發(fā)展過程

2.1 沿堤流釋義

沿堤流即為沿著防波堤流動(dòng)的水流。這是由于防波堤修建完成后，改變了原有的邊界條件，導(dǎo)致局部水流環(huán)境發(fā)生變化，引起水面坡降，從而產(chǎn)生了沿堤流，即筑堤的“工程動(dòng)態(tài)效應(yīng)”形成沿堤流的現(xiàn)象。

2.2 沿堤流產(chǎn)生條件

形成較強(qiáng)沿堤流必須具備以下條件：

圖1 施工總平面布置圖

②潮流強(qiáng)度較強(qiáng),且不透空建筑走向與潮流向存在較大交角,從而在局區(qū)域改變了潮流的原來運(yùn)動(dòng)方向；

③建筑物與強(qiáng)風(fēng)向存在較大交角；

從而在建筑物的受風(fēng)面一側(cè)形成明顯的增水,而背風(fēng)面局部區(qū)域的水位低于受風(fēng)面水面的狀況。由于兩者的水位高差導(dǎo)致受風(fēng)面水流沿堤向背風(fēng)面轉(zhuǎn)移,從而產(chǎn)生沿堤流。

2.3 沿堤流發(fā)展過程

（1）在開始施工作業(yè)第3個(gè)月后即2013年6月，隨著東西向A1、B1、A2、B2砂肋軟體排及底層袋裝砂全線動(dòng)工，在護(hù)底及堤身結(jié)構(gòu)逐步推進(jìn)堆高過程中，原有水流方向發(fā)生變化，受漲、落潮流水沖刷的影響，東西向圍堤北側(cè)、南側(cè)砂肋軟體排外邊線處逐漸出現(xiàn)沿堤流現(xiàn)象，且該流槽不斷加深加寬，并形成寬約3～6米，深約-0.4～-2米（國家85高程）的沿堤流。如圖2所示。

（2）2013年12月，隨著工程全線啟動(dòng)，水流形態(tài)及灘面再次發(fā)生較大變化，沿堤流對圍堤護(hù)底影響日益加大，隨著堤身袋裝砂逐漸堆高，B1段南、北側(cè)，B2段北側(cè)沿堤流沖刷更為明顯，而B2段端頭、B3段B端頭及其附近也有形成沿堤流的趨勢。

（3）2014年1月底，東西向圍堤除A2 龍口外基本達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)高，B3段全線護(hù)底及底層袋裝砂施工已全部完成，標(biāo)高已達(dá)+1.0m以上，但漲落潮流水長期從B3段底層頂部漫過并逐步匯集至地勢較低處，使B3段以西對開的區(qū)域逐漸形成眾多細(xì)小的流槽。

（4）2014年4月開始組織B3段拋石施工，加強(qiáng)B3段的護(hù)底防護(hù)，截止5月中旬B3段護(hù)底散拋石工作基本完成，底層砂袋已全部完成。在A2段龍口封堵之前，圍堤內(nèi)側(cè)積水在退潮時(shí)主要由A2龍口排出，如圖3。

（5）2014年6月底完成B3段流水槽封堵后，整個(gè)工程“L”型輪廓基本形成，由于A3段尚未施工，此時(shí)大量海水退潮時(shí)開始繞過B3段的端頭并直接沖刷B3段圍堤?hào)|側(cè)，B3段東側(cè)全線2500m、B2段端頭、B3段端頭等原灘面被不斷沖深多并出現(xiàn)沿堤流，如圖4。

然而，血脂中有些成分的升高在一定程度上是有益于認(rèn)知的。在一項(xiàng)以101名年齡為60～70歲女性人群為基礎(chǔ)的樣本中，12年隨訪期間低基線水平的HDL-C較高水平HDL-C女性人群的記憶更差[43]；一項(xiàng)納入321名受試者，以社區(qū)為基礎(chǔ)的研究發(fā)現(xiàn)，具有較高水平HDL-C的受試者有更好的認(rèn)知功能和認(rèn)知狀態(tài)[44]。在一項(xiàng)老年人與輕度認(rèn)知功能損害的病例對照研究中，與對照組相比，MCI組的HDL-C水平顯著降低；低HDL-C水平與更嚴(yán)重的白質(zhì)病變有關(guān)[45]。

在漲潮時(shí)，水流則以退潮流向的反方向涌入施工場區(qū)，并先后對B3段內(nèi)側(cè)、B2段內(nèi)側(cè)及B1段內(nèi)側(cè)圍堤護(hù)底造成嚴(yán)重破壞，水流方向如圖5。

2.4 施工期沿堤流對各部位破壞過程

（1）B3段端頭。隨著B3段堤身結(jié)構(gòu)逐漸加高，施工區(qū)周邊泥面平衡狀態(tài)被打破，因A3段未實(shí)施，施工區(qū)場區(qū)內(nèi)積水在退潮時(shí)全部由B3段南側(cè)排出，B3段端頭受繞堤流影響很大，在潮流作用下，逐漸演變形成了沿南北向通道兩側(cè)全線貫通以及B3段南側(cè)堤頭至小廟洪水道的潮流通道，兩股潮流在漲落潮時(shí)潮流強(qiáng)大、流速大，對通道工程的安全造成較大隱患，B3段端頭已拋?zhàn)o(hù)底塊石不斷被沖刷、塌陷。如圖6。

（2）B2段端頭。2014年5月23日隨著A2段龍口合攏，施工區(qū)周邊泥面平衡狀態(tài)被打破，施工區(qū)場區(qū)內(nèi)積水在退潮時(shí)全部由B3段排出，并沿著南北向通道自南向北向外海排出，落潮時(shí)潮流強(qiáng)大、流速大，對通道工程的安全造成較大隱患。尤其是東側(cè)部分區(qū)域及B2段的端頭護(hù)底塊石出現(xiàn)持續(xù)坍陷狀況，嚴(yán)重威脅到海堤結(jié)構(gòu)安全。如圖7。

圖2 2013年6月底沿堤流照片

（3）B3段東側(cè)。2014年6月底，在B3段全線基本完成后，B3段東側(cè)護(hù)底塊石出現(xiàn)嚴(yán)重坍陷，護(hù)底塊石存在-3m～-9m（85高程系統(tǒng)，下同）的沖刷坑，同時(shí)在漲落潮作用下護(hù)底塊石仍然不斷流失，B3段東側(cè)以及南側(cè)端頭護(hù)底塊石出現(xiàn)持續(xù)坍陷、沖刷流失等狀況，嚴(yán)重威脅到海堤結(jié)構(gòu)安全。如圖8。

（4）B2段內(nèi)側(cè)B3段內(nèi)側(cè)。受內(nèi)側(cè)沿堤流長期不斷沖刷影響，2014年7月10日B2段內(nèi)側(cè)已完成的護(hù)底塊石、模袋砼、擋浪墻等前后被沖刷坍陷，該位置低潮位時(shí)水深已達(dá)到4米，附近區(qū)域的模袋砼底部同樣開始出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象，對圍堤堤身結(jié)構(gòu)安全性能已造成很大影響。

（5）B1段內(nèi)側(cè)。隨著2014年7月份的大潮汛來臨，7月15-16日在B1段以南灘涂上出現(xiàn)一條沖溝，漲潮時(shí)潮水對B1段形成沖擊，并在B1段內(nèi)側(cè)形成沿堤流，堤前水深已達(dá)到3m左右，同時(shí)沖刷內(nèi)側(cè)已完成的石塊底部，造成不同程度的塌陷。7月17日內(nèi)側(cè)護(hù)底拋石再次出現(xiàn)不同程度的塌陷（約2～4m寬度），其中樁號(hào)為AK1+820—AK1+840內(nèi)側(cè)被沖刷的最為嚴(yán)重，僅一天的沖刷就出現(xiàn)巨大的變化，勢態(tài)發(fā)展日漸加劇，并存在繼續(xù)沖刷趨勢。

2.5 完工后沿堤流的持續(xù)影響

工程于2014年12月18日通過交工驗(yàn)收，工程質(zhì)量鑒定為合格標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到合同約定質(zhì)量要求，工程進(jìn)入保修期。工程保修期間，已完工程仍然因受沿堤流影響，多次出現(xiàn)沖刷損壞的現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在：

圖3

圖4

圖5

因一期通道A3段、二港池南堤正在施工推進(jìn)中，施工區(qū)域附近漲退潮水量增大、流向改變異常等現(xiàn)象仍繼續(xù)對B3段兩側(cè)拋石護(hù)腳產(chǎn)生沖刷。

2015年5月31日，B3段東側(cè)護(hù)底塊石在漲落潮水流作用下發(fā)生塌陷，出現(xiàn)局部護(hù)底塊石坍陷，B3段內(nèi)側(cè)受漲落潮水流沖刷，內(nèi)側(cè)沿堤流逐漸向通道堤身擴(kuò)展，內(nèi)側(cè)等位置出現(xiàn)護(hù)底塊石淘空、塊石坍塌現(xiàn)象，6月10日發(fā)現(xiàn)模袋砼防護(hù)層出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。如圖9，10。

2015年10月初，B3段西側(cè)受沿堤流沖刷影響，護(hù)腳均受到不同程度沖刷，部分區(qū)段擋浪墻出現(xiàn)裂縫，截止2015年10月底，圍堤內(nèi)側(cè)沿堤流仍在不斷影響實(shí)體工程，內(nèi)側(cè)護(hù)底時(shí)常出現(xiàn)沖刷坍陷。

圖6 B3段端頭沖刷照片

3.沿堤流原因分析

通州灣腰沙圍墾區(qū)為敞開式海域，海岸線及灘涂的形成與潮向、潮差、潮速以及潮水含泥砂量等因素有關(guān)，灘涂沉積是由漫灘潮水的漲落將泥沙輸送至淺灘沉淀而成，雖然整個(gè)“L”型海堤類似開放式的，但因本工程?hào)|低西高、南高北低的地形，海堤內(nèi)形成一個(gè)相對閉合區(qū)域，從端頭起算，整個(gè)海堤低洼區(qū)域環(huán)抱形成的海水庫區(qū)容量達(dá)到500萬立方米，在整個(gè)海堤中未設(shè)置排水口，因此漲落潮水必然從B2端口處處涌入或流出，并沿著地勢低洼處流動(dòng)。

A1-B1-A2-B3段施工區(qū)段海堤于合圍的過程中，一號(hào)港池圍區(qū)內(nèi)的漲退潮水流在原由北向南的漲潮流向，改由南側(cè)的小廟洪水道向北漲退，漲退水流在B3段兩側(cè)不斷改變?yōu)┟娴男螤睿麄€(gè)B3段兩側(cè)降低了將近5～6米，在B3段兩側(cè)各形成一條南北向的漲退潮水沿堤流，并在B3端頭形成繞堤流槽。

在通道施工前，退潮時(shí)水流為由南向北，漲潮時(shí)水流從東北側(cè)三沙洪水道由北向南進(jìn)入腰沙圍墾施工區(qū)域，潮流動(dòng)力條件在敞開水域均勻穩(wěn)定；而通道實(shí)施時(shí)，漲潮水為改由南側(cè)的小廟洪水道向北進(jìn)入、向南退出，潮流、水流動(dòng)力條件發(fā)生了變化，漲退潮水流在施工區(qū)域不斷改變?yōu)┟娴男螤睿S著潮水流沖刷的持續(xù)便出現(xiàn)了沿堤流和灘間橫流。

4.結(jié)語

綜上所述，沿堤流的形成是由多方面原因組成，沿堤流在前期可研報(bào)告及設(shè)計(jì)文件中均未有所體現(xiàn)，施工招標(biāo)文件及施工合同中未涉及沿堤流的對應(yīng)條款或說明，也未明確如何處理沿堤流沖刷引起的相關(guān)費(fèi)用，是海堤施工中容易忽略的盲區(qū)所在。

圖7 B2段端頭沖刷照片

圖8 B3段東側(cè)沿堤流照片

圖9 B3段內(nèi)側(cè)完工后沖刷照片

圖10 B3段內(nèi)側(cè)完工后沖刷及拋石防護(hù)照片

在本工程沿堤流形成以后，進(jìn)行每一次沿堤流沖刷的防護(hù)施工中實(shí)施非常困難，各項(xiàng)費(fèi)用投入巨大。且在工程保修過程仍然存在很多不確定因素，沿堤流在海堤填筑及防護(hù)工程完成一段時(shí)間后仍然發(fā)生并呈現(xiàn)無規(guī)律性發(fā)展，本文對沿堤流問題進(jìn)行專題討論，總結(jié)分析前期工程沿堤發(fā)展過程及成因，為工程建設(shè)提供參考。