結(jié)合實際工程分析海堤防護工程設(shè)計

常根朋

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計院股份有限公司，南京 210000）

1 引言

近年來，隨著海港導(dǎo)堤建設(shè)以及臨近區(qū)域海堤防護及保灘工程實施，導(dǎo)致了射陽縣沿海潮流發(fā)生較大變化，原侵蝕較輕的堤段在加劇，特別是雙洋閘北側(cè)段海堤外側(cè)灘面蝕退速度在不斷加快，堤防直接受潮水威脅。

射陽縣境內(nèi)一線主海堤總長102.42km，海岸類型以射陽河入?？跒榻绶智治g型海岸和淤漲型海岸，工程位于射陽河入?？谝员保瑸榍治g型海岸區(qū)。近年來，灘面年平均后退50～100m，年刷深1.2m。為保證海堤安全，保護人民生命財產(chǎn)，實施本次工程。

2 設(shè)計原則

根據(jù)現(xiàn)狀海堤的沖刷情況及波浪情況，發(fā)現(xiàn)海堤侵蝕嚴重處，一般灘面高程較低且距離堤腳約150m 處水深已達到2～3m 深，分析其原因，主要是因為灘面較低，在高潮位時，水深較大，波浪沖擊能量未得到消散、波高較高，從而對灘面侵蝕較快，進而威脅堤身安全。

根據(jù)河海大學(xué)對濱海翻身河北海堤段波浪的研究（參見河海大學(xué)《濱海翻身河北海堤達標工程及保灘工程波浪模型試驗》資料，2001 年），海堤有保灘工程時波高較無保灘工程時小37%～52%，并且波浪在保灘工程后均發(fā)生破碎，波浪作用減小，保灘工程可以保護兩堤之間的灘地免受波浪的淘刷并減緩對主海堤的侵蝕作用。

根據(jù)以上的觀察及試驗結(jié)論，提出海堤“保堤先保灘”的設(shè)計原則【1】。

3 海堤防護設(shè)計

3.1 海堤防護形式選擇

海堤臨水側(cè)的防護主要可采用陡墻式、斜坡式等，并應(yīng)根據(jù)堤身、堤基、堤前水深、風(fēng)浪大小以及材料、施工等因素經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定【2】。

目前，在海堤防護工程中比較常用的坡面防護結(jié)構(gòu)形式有漿（灌）砌塊石、現(xiàn)澆混凝土槽型塊、現(xiàn)澆混凝土柵欄板等。其中，漿（灌）砌塊石護面結(jié)構(gòu)形式是1998 年海堤達標工程建設(shè)中常用的形式，現(xiàn)澆混凝土槽型塊、現(xiàn)澆混凝土柵欄板則是2006 年之后海堤達標工程建設(shè)中出現(xiàn)的新型結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)沿海海堤防護實踐，現(xiàn)澆混凝土柵欄板中的柵條內(nèi)鋼筋易受海水腐蝕而產(chǎn)生脹裂破損，影響柵條的使用壽命，現(xiàn)澆混凝土槽形塊能充分發(fā)揮素混凝土耐腐蝕性能良好的優(yōu)勢。

經(jīng)上述比較，本次工程海堤防護結(jié)構(gòu)選擇防護效果較好的現(xiàn)澆混凝土槽型塊。

3.2 海堤防護設(shè)計計算

根據(jù)GB/T 51015—2014《海堤工程設(shè)計規(guī)范》，混凝土護坡厚度按下式計算確定。

式中，t 為混凝土護面板厚度，m；η 為系數(shù)，對整體式大塊護面板取1.0，對裝配式護面板取 1.1；H 為計算波高，m；ρc為板的密度，t/m3；ρw為水的密度，t/m3；L 為波長，m；B 為沿坡方向（垂直于水面線）的護面板長度，m；m 為斜坡坡率，m=cotα，α 為斜坡的坡角，（°）。

經(jīng)計算，t=0.280 7m，本工程正常高潮位以下（3.3m 平臺以下）設(shè)計使用C 型槽型塊，折算后混凝土厚度為0.283 3m＞0.280 7m，滿足規(guī)范要求。

正常高潮位以上（3.3m 平臺以上）防護，本次設(shè)計參照濱?？h、灌東鹽場等已建海堤防護工程，采用A 型槽型塊。

3.3 海堤防護具體設(shè)計

高程 6.5～3.3m 之間為 A 型 25cm 厚 C30 現(xiàn)澆混凝土槽型塊護坡，護坡坡度1∶3.5；高程3.3m 為3.0m 寬平臺護面（含0.5m×0.7m 縱向 C30 混凝土埂 2 道），平臺為 30cm 厚 C30 混凝土；高程3.3～1.7m 為C 型35cm 厚C30 現(xiàn)澆混凝土槽型塊護坡，護坡坡度 1∶4.5；高程 1.7～0.5m 為 30cm 厚 C30 現(xiàn)澆混凝土護坡，護坡坡比1∶4.5。坡腳防護采用0.7m×1.0m（寬×深）深底埂，坡腳前拋填厚70cm，寬8m 塊石護腳（塊石單體質(zhì)量不小于 60kg），如圖 1 所示【3】。

圖1 海堤防護結(jié)構(gòu)圖（單位：cm）

4 保灘設(shè)計

4.1 保灘形式選擇

目前，國內(nèi)主要采用的保灘工程結(jié)構(gòu)形式主要有：管樁順壩結(jié)合丁壩、拋石順壩結(jié)合丁壩、拋石加預(yù)制異型塊體壓護順壩結(jié)合丁壩、混凝土鉸鏈沉排、拋石丁壩、半圓形結(jié)構(gòu)離岸堤、合金鋼網(wǎng)柔性塊體。我市海堤達標工程建設(shè)以來保灘工程常用的有3 種結(jié)構(gòu)形式，即拋石丁壩、拋石順壩及新型保灘工程形式——管樁順壩。

管樁順壩作為一種新型的海堤防護結(jié)構(gòu)可分為連續(xù)板樁式和透空樁式2 類。連續(xù)板樁式結(jié)構(gòu)具有較好的消浪效果，但承受的波浪水平壓力明顯較大、造價較高。透空樁式根據(jù)模型試驗報告，波浪穿過管樁后能量消減一半以上，并且根據(jù)波浪的繞流作用，單樁承受的水平力較連續(xù)板樁式小。

經(jīng)過以上對比，本次采用透空式管樁順壩結(jié)構(gòu)。

4.2 保灘設(shè)計計算

本次設(shè)計采用無錨板樁計算方法計算管樁在設(shè)計水平力作用下樁的最小入土深度，然后用M 法計算樁頂位移和樁身最大彎矩。

本次管樁順壩保護灘面高程0.0m，管樁樁頂高程為3.0m，樁體懸臂長3.0m，本次設(shè)計管樁采用C60 預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，樁徑50cm，樁透空間距為35cm（透空率41%）。

4.2.1 樁體穩(wěn)定計算

根據(jù)地質(zhì)資料，土層物理力學(xué)指標為：土體浮容重γ=10kN/m3，內(nèi)聚力C=10kPa，內(nèi)摩擦角ψ=18.0°。樁體按懸臂式樁計算，計算公式：

式（2）、（3）中，t 為樁入土深度，m；K 為安全系數(shù)，一般取 1.1～1.2；h 為合力作用點與灘面的距離，m；P 為波浪壓力的合力；D為 樁 徑 ，m；Kp為被動土壓力系數(shù)；Ka為主動土壓力系數(shù)。

經(jīng)計算，t0=5.03m，計算t=Kt0=5.78m。本次樁體懸臂高3m，樁體總長8.78m，本次設(shè)計采用9.0m 管樁，樁體最大彎矩為59.82kN·m；經(jīng)采用M 法計算，樁頂最大位移為1.66cm，灘面處位移1.0cm。

4.2.2 管樁前后灘面防護

管樁建成后，波浪往復(fù)于管樁之間時，會造成經(jīng)過管樁之間的水流流速瞬間增大，對管樁之間的灘面造成相對嚴重的蝕降。為保護管樁之間及其前后的灘面，在管樁后設(shè)置5m 寬的2層不小于60kg/塊的拋石護底，厚70cm。管樁前設(shè)置10m 寬底層35cm 厚不小于60kg/塊拋石，面層鋪設(shè)35cm×35cm×35cm（長×寬×高）C30 預(yù)制混凝土塊1 層；保灘工程具體結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 保灘工程結(jié)構(gòu)橫斷面圖（單位：cm）

5 結(jié)語

本次工程實施后雙洋閘北側(cè)段原裸露土堤得到了很好防護，保證了主海堤的安全，同時，減緩了兩堤之間灘面的刷深。本文通過對射陽縣雙洋閘北側(cè)海堤工程的介紹可為類似海岸治理工程提供參考依據(jù)。

對于海岸線的治理是一個深遠復(fù)雜的課題，建議加強對外海灘面的觀測，對主海堤防護工程的巡視力度，做到早發(fā)現(xiàn)、早治理，并注意對觀測原材料的長期保留，以供后期治理需要，研究更完善的設(shè)計方案。