某堤防連接段達(dá)標(biāo)加固工程堤岸及穿堤涵閘設(shè)計

蔡春芳

(福建省汀江水電工程有限公司，福建 長汀 366300)

1 工程概況

2014年在工程區(qū)達(dá)標(biāo)加固工程建設(shè)中，已基本完成海堤加固9.42 km，受當(dāng)時工程資金限制，項目區(qū)連接段海堤段0.66 km未能納入該項目的實施范圍，導(dǎo)致該區(qū)域未能形成有效的閉合，工程平面位置示意圖見圖1。現(xiàn)狀未加固堤面寬度一般在4 m～5 m之間，防浪墻頂高度在0.16 m～0.48 m之間，堤身低矮單薄，堤面高低不平，迎水面擋墻損壞、變形嚴(yán)重，內(nèi)堤腳分布大量魚塘和水溝，堤基普遍存在一層粗砂層，容易造成堤基滲漏。鑒于目前海堤上存在的安全隱患及穿堤涵閘存在的嚴(yán)重問題和安全隱患，一般維修或加固無法從根本上解決問題和消除隱患，為了徹底地消除涵閘的安全隱患，使工程發(fā)揮良好的效益，對海堤進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固和對涵閘進(jìn)行重建是非常必要和迫切的。本文從海堤現(xiàn)狀存在的問題出發(fā)進(jìn)行堤岸加固和穿堤涵閘加固設(shè)計，從而消除工程隱患，給圍內(nèi)提高安全保障。

圖1 工程平面位置示意圖(紅色為本次連接治理段)

2 海堤工程現(xiàn)狀

目前該海堤工程連接段長0.66 km，包涵3座穿堤涵閘，現(xiàn)狀海堤防低于20 a一遇標(biāo)準(zhǔn)，基本上都不能滿足50 a一遇的防潮標(biāo)準(zhǔn)。海提工程現(xiàn)狀如下：

(1)海堤工程

樁號0+000～0+500：

本工程起點(diǎn)為后溪水閘(0+000)，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，樁號0+000～0+500處，堤頂高程多為2.50 m～2.97 m之間，堤頂寬度4 m～5 m之間，多為土堤，兩岸雜草叢生。前后迎水面多為養(yǎng)殖池，該堤段共有2處穿堤涵閘，分別為1孔閘及2孔閘，均屬于本次重加加固的范圍以內(nèi)。

樁號0+500～0+660：

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，該堤段原有老堤為漿砌石石墻斷面結(jié)構(gòu)，為直立式擋墻形式。而與之相連的為已達(dá)標(biāo)加固工程采用的斷面形式為C30鋼筋砼防浪墻形式進(jìn)行加固，頂面為C20砼混凝土路面。背水坡為1∶2草皮護(hù)坡。

(2)穿堤涵閘工程

本次連接段工程建設(shè)共需重建穿堤涵閘3座。穿堤涵閘基本建設(shè)于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過30多年的運(yùn)行，涵閘已老化嚴(yán)重，無法正常發(fā)揮作用。

①1孔閘

該水閘現(xiàn)狀為1孔水閘，水閘單孔凈寬3.25 m，高3.0 m。采用螺桿啟閉機(jī)啟閉。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，水閘閘底結(jié)構(gòu)為漿砌石結(jié)構(gòu)，進(jìn)出水口并無消力池及護(hù)坦結(jié)構(gòu)，進(jìn)、出水口發(fā)現(xiàn)淤積，水閘常年缺乏管理導(dǎo)致。

②2孔閘

該水閘現(xiàn)狀為2孔水閘，水閘單孔凈寬3.5 m/孔，高4.29 m。采用螺桿啟閉機(jī)啟閉，為簡易啟閉機(jī)臺。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，水閘閘底結(jié)構(gòu)為漿砌石結(jié)構(gòu)，進(jìn)出水口并無消力池及護(hù)坦結(jié)構(gòu)。閘室為穿堤涵結(jié)構(gòu)，兩岸雜草叢生。啟閉機(jī)上部結(jié)構(gòu)簡單，直接暴露，閘室混凝土結(jié)構(gòu)老化嚴(yán)重，閘門為混凝土閘門，閘門無法上提。

③6孔閘

該水閘現(xiàn)狀為6孔水閘，水閘單孔凈寬3 m×6(孔)，高3.7 m，采用螺桿啟閉機(jī)啟閉，現(xiàn)場共有5臺螺啟閉機(jī)，1臺備用，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，水閘閘底結(jié)構(gòu)為漿砌石結(jié)構(gòu)，進(jìn)出水口并無消力池及護(hù)坦結(jié)構(gòu)，且啟閉機(jī)已經(jīng)老化，螺桿彎曲，閘門無法正常啟閉。

3 連接段海提設(shè)計

3.1 防潮堤達(dá)標(biāo)加固

3.1.1 堤型選擇

本工程從整體來看，堤防現(xiàn)狀均較為窄小，且兩岸征地拆遷工作量較大，梯形斷面明顯不適用于本工程，故直立擋墻墻后填土是合理的堤型，是最經(jīng)濟(jì)又可行的斷面，占地也少[1]。本工程采用A、B兩種斷面形式進(jìn)行加固，其中：0+000～0+500，則采用A型段，0+500～0+660則采用B型斷面。堤型選擇方案如下：

(1)A型斷面堤型加固

A型斷面采用直立式擋墻及U型槽兩個方案進(jìn)行對比，具體如下：

方案一：該方案采用二階式重力式防洪墻形式進(jìn)行加固，堤頂采用C30砼路面進(jìn)行澆筑，背水坡堤角設(shè)置C30砼擋墻進(jìn)行布置，迎水面進(jìn)行拋石護(hù)腳，背水面則采用草皮護(hù)坡，斷面設(shè)計圖見圖2。

圖2 方案一斷面設(shè)計圖

優(yōu)點(diǎn)：采用原有堤防建設(shè)斷面，在外觀上保持一致性。

缺點(diǎn)：開挖量大，施工不便，重力式擋墻形式斷面形式較為老舊，施工時由于場地不足，需另外開設(shè)施工便道，征地拆遷范圍較大。

方案二：該方案采用C30槽式鋼筋砼斷面形式進(jìn)行加固[2]，防浪墻保持原有加固形式的斷面形式，在迎水面則采用拋石進(jìn)行護(hù)腳，頂部頂?shù)搪访娌捎肅30砼路面，背水坡采用草皮護(hù)坡，斷面設(shè)計圖見圖3。

圖3 方案二斷面設(shè)計圖

優(yōu)點(diǎn)：施工便捷，開挖量少，整體沉降較小。

缺點(diǎn)：投資相比方案一高，但在可控范圍內(nèi)。

兩種方案投資對比見表1。

表1 造價投資對比表 單位：元

從斷面形式上來將，方案二明顯要優(yōu)勝于方案一，由于本工程施工場地較小，方案一將會產(chǎn)生較大的開挖量，從施工角度上將，需要同時增設(shè)臨時便道及圍堰來進(jìn)行方案一施工。而方案二則是通過開挖原有老堤，利用部分老堤作為臨時道路，同時采用了整體型較好的U型槽斷面，大大降低了基礎(chǔ)處理措施的投資。故推薦采用方案二進(jìn)行施工。而從經(jīng)濟(jì)投資角度上將，拋開臨時工程等其他因素，主要考慮主體結(jié)構(gòu)的工程造價，兩者投資相近。故最終選擇方案二為A型斷面推薦方案。

(2)B型斷面堤型加固

B型斷面采用C30鋼筋砼防浪墻的形式，與原有達(dá)標(biāo)加固工程加固斷面保持一致，見圖4。

圖4 B型斷面堤型設(shè)計圖

3.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

本海堤工程級別為3級，結(jié)合防汛、管理交通需要和現(xiàn)狀綜合考慮，堤頂寬度取5 m，堤頂路面采用200 mm厚C20混凝土路面，路緣設(shè)200 mm×300 mm預(yù)制C20素砼路肩，路面向內(nèi)側(cè)設(shè)置2%的排水坡度。防浪墻采用C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高度0.8 m～1.0 m。臨水側(cè)護(hù)面采用C20混凝土加固護(hù)面時，護(hù)面厚度20 cm，在臨水面堤段采用灌砌塊石進(jìn)行護(hù)底。背水側(cè)護(hù)坡采用草籽護(hù)坡，坡比1∶2.0。

3.2 穿堤涵閘設(shè)計

工程連接段有穿堤涵閘3座，穿堤涵閘由于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)低，建設(shè)年代久，加上年久失修，建筑物已殘舊破損和設(shè)備老化，涵閘上部砼結(jié)構(gòu)破損露筋現(xiàn)象嚴(yán)重，下部大部分為漿砌石結(jié)構(gòu)，不利于抗震，閘門均為木閘門，部分涵閘閘門已破損或無法正常啟閉，一些涵閘沒有啟閉室，啟閉設(shè)備裸露在外，老化、銹蝕嚴(yán)重等，造成這些穿堤涵閘的防潮能力低和安全隱患及險情較多。因此，本次重建穿堤涵閘3座。

(1)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

1孔閘位于樁號0+320處，2孔閘位于樁號0+440處，6孔閘位于樁號0+650處，工程連接段防潮標(biāo)準(zhǔn)為50 a一遇，為3級堤防。堤防上穿堤建筑物的級別，應(yīng)不低于海堤工程的級別。因此，涵閘采用50 a一遇潮位設(shè)計，歷史最高潮位校核涵閘級別為3級，50 a一遇潮位為2.71 m，歷史最高潮位為3.10 m。

(2)閘址選定

由于舊閘址經(jīng)過長期壓實，地基已有所固結(jié)，有利于減少重建水閘的沉降，同時，在原閘址上工程布置簡潔，占地少，工程量少，節(jié)省投資。因此，本水閘選擇在原閘址上重建。

(3)水閘布置

3個穿堤涵閘在結(jié)構(gòu)布置上相似，本文僅對6孔閘進(jìn)行水閘布置，布置形式如下[3]：

水閘采用平底無坎，寬頂堰型式。為減少閘門高度，采用胸墻式結(jié)構(gòu)，胸墻底部高程參照圍內(nèi)最高水位0.0 m以及外海多年平均高潮位0.35 m，保留原有閘門高度不變，取0.40 m。水閘閘室采用整體式鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，閘底高程-3.0 m，閘頂防浪墻頂高程為4.7 m，水閘頂高程為3.9 m，閘室總長度為10.00 m，總凈寬3.5 m，為3孔(原為6孔，根據(jù)計算，重建后為3孔)，每孔寬3.5 m，中墩厚1.0 m，邊墩厚1.0 m，底板厚度1.0 m。工作閘門設(shè)置在水閘內(nèi)靠外海側(cè)，工作閘門往外海測1.5 m設(shè)置檢修門槽。閘室箱涵頂部兼作交通橋，橋?qū)? m，為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，頂部面板厚0.6 m。在水閘頂部設(shè)置啟閉機(jī)室，頂高程為14.2 m。

由于水閘具有排澇和引水雙向使用功能，水閘內(nèi)外側(cè)均需布置消能防沖設(shè)施。結(jié)合計算，本水閘圍內(nèi)側(cè)需設(shè)置長14 m，深0.8 m的消力池，采用1.0 m厚的C30鋼筋混凝土底板結(jié)構(gòu)；其前設(shè)置長10 m厚0.6 m的灌砌塊石海漫；為保護(hù)海漫段以外河床穩(wěn)定，在海漫前端設(shè)置1.5 m深格賓網(wǎng)塊石防沖槽；在水閘消力池與兩岸堤防連接段之間設(shè)置翼墻，采用鋼筋混凝土懸臂式結(jié)構(gòu)，墻頂高程0.5 m。水閘外海側(cè)設(shè)置長11 m，深1.0 m的消力池，采用0.7 m厚的C30鋼筋混凝土底板結(jié)構(gòu)；其后設(shè)置長10 m厚0.6 m的灌砌塊石海漫；為保護(hù)海漫段以外河床穩(wěn)定，結(jié)合實際地形，在海漫末端設(shè)置10.3 m長拋石護(hù)腳及1.5 m深格賓網(wǎng)塊石防沖槽；在水閘消力池與兩岸堤防連接段之間設(shè)置翼墻，采用鋼筋混凝土懸臂式結(jié)構(gòu)，墻頂高程1.0 m。

(4)基礎(chǔ)處理

根據(jù)地質(zhì)資料，閘基下部依次為淤泥層和粘土層，淤泥層承載力標(biāo)準(zhǔn)值為50 kPa，承載力較低，需對水閘進(jìn)行基礎(chǔ)處理。通過計算，6孔水閘閘室基礎(chǔ)采用樁徑φ500 mm的水泥攪拌樁，在滿足復(fù)合地基承載力時的計算置換率為0.307，現(xiàn)采用面積置換率為m=30.7%，相應(yīng)攪拌樁樁距為0.8 m×0.8 m，滿足水閘閘室對地基承載力的要求。

4 結(jié)論及建議

本次連接堤段進(jìn)行達(dá)標(biāo)加固，既可以進(jìn)一步完善區(qū)域的防洪潮體系，更好的發(fā)揮區(qū)域的防洪潮功能、效果，又能夠提升當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境，為地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展創(chuàng)造有利的條件。因此，對本工程的建設(shè)是非常必要和迫切的。工程于2019年完成除險達(dá)標(biāo)加固整治，目前穿堤閘運(yùn)行良好，加固段海提與原加固段連接效果較好，在防洪、防潮及環(huán)境改善方面效果顯著。