海堤工程斷面結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計研究

劉 碩

(盤山縣農(nóng)業(yè)水利事務服務中心，遼寧 盤錦 124010)

1 工程概況

海堤工程位于大遼河右岸下游河口入海區(qū)域、遼濱沿海經(jīng)濟區(qū)東南側(cè)外圍，考慮吹程、受風向、地形及水深等因素，將海堤劃分為三個分區(qū)，其中一區(qū)樁號0+000-1+200為河口區(qū)域、二區(qū)樁號1+200-9+000為海灣區(qū)域、三區(qū)樁號9+000-11+513和11+774-12+000段為海灣區(qū)域，新建海堤長11.9182km，其中樁號0+785-2+675段及11+300-12+000段海堤內(nèi)側(cè)為含章湖，其余段內(nèi)側(cè)均為園區(qū)吹填區(qū)域。新建擋潮閘(樁號11+845.2-11+880)，工程規(guī)模為4.0m×10.0m×3(孔)潛孔式水閘，過閘流量最大為332.25m3/s。

2 堤型斷面設計

2.1 堤頂高程

依據(jù)《海堤工程設計規(guī)范》相關規(guī)定計算堤頂高程，并按照允許越浪考慮，設計潮水位以50a一遇高潮位3.21m計，經(jīng)計算各海防堤分區(qū)計算如下：

1)海堤一區(qū)。堤頂計算高程為4.35m，略高于現(xiàn)有岸坎高程，為與二三區(qū)海堤協(xié)調(diào)，在臨海側(cè)設置防浪墻，堤頂按照現(xiàn)有岸坎高程4.00確定，防浪墻高0.6m，即防浪墻墻頂高程4.6m。

2)海堤二區(qū)。堤頂計算高程為5.8m，其中防浪墻高0.6m，防浪墻頂高程5.8m，堤頂高程5.2m。對于設置防浪墻的堤頂還應高出0.5H1%或0.5m，經(jīng)計算0.5H1%=0.9m>0.5m，不計防浪墻的堤項高程計算值為3.21+0.9=4.11m<5.2m，滿足要求。

3)海堤三區(qū)。堤頂計算高程為6.0m，其中防浪墻高0.6m，堤頂高程則為5.4m，防浪墻墻頂高程6.0m。對于設置防浪墻的堤頂還應高出0.5H1%或0.5m，經(jīng)計算0.5H1%=1.02m>0.5m，不計防浪墻的堤項高程計算值為3.21+1.02=4.23m<6.0m，滿足要求。防浪墻高度根據(jù)人防、美觀等因素確定擋水高度為0.6m，如表1。

表1 設計堤頂高程成果表

海堤一區(qū)與海堤二區(qū)堤頂利用斜坡平順銜接，邊坡起點樁號為1+200，向下游升坡坡度為1∶20，連接段長24.0m，海堤二區(qū)對應起點防浪墻堤頂高程從4.6m抬升至5.8m，堤頂高程從4.0m抬升至5.2m。

海堤二區(qū)與海堤三區(qū)堤頂利用斜坡平順銜接，邊坡起點樁號為9+000，向下游升坡坡度為1∶20，連接段長4.0m，海堤三區(qū)對應起點防浪墻堤頂高程從5.8m抬升至6.0m，堤頂高程從5.2m抬升至5.4m。

2.2 堤身斷面

2.2.1 現(xiàn)狀坡面處理

園區(qū)吹填和園區(qū)內(nèi)湖(含章湖)因建設需要，堤岸樁號0+000-0+785、2+675-11+300段后側(cè)基本為吹填陸域，陸域高程2.9-3.90m。堤岸樁號0+785-2+675段后側(cè)為含章湖水域，此段圍堰以擋水堤形式存在。堤岸迎水面坡比1∶2左右，坡面以拋填拋石防護，局部設有四角空心方塊防護，背水側(cè)陸域邊界坡比為1∶2左右，坡面以草皮植被為主[1-2]。

現(xiàn)狀坡面處理為：①拆除坡面現(xiàn)有拋石及四角空心方塊，其中拋石挑選后拋填至堤腳作為壓載平臺或護腳，完好四角空心方塊重復利用；②對坡面進行清理，為保證斜坡堤身碾壓緊密，坡面開挖呈臺階狀；③拆除坎頂和岸頂瀝青混凝土路面，清除堤后坡面植被[3]。

2.2.2 斷面

堤防工程采用斜坡式斷面，根據(jù)基礎處理及堤坡整體穩(wěn)定要求，外側(cè)迎水坡設置加載平臺，具體如下：①樁號0+000-0+785段為大遼河天然岸坎加高培厚段，沿現(xiàn)有岸坎向臨海側(cè)加高培厚，堤頂高程為4.00m，防浪墻墻頂高程為4.6m，迎水坡坡比為1∶2，堤頂寬8.0m，加高部位堤后坡坡比為1∶2。②樁號0+785-1+200段、樁號1+200-2+675段為園區(qū)吹填圍堰堤岸加高培厚段，圍堰后側(cè)為園區(qū)吹填防滲區(qū)域，寬50.0m以上，防滲區(qū)內(nèi)側(cè)為含章湖，沿現(xiàn)有堤岸向臨海側(cè)加高培厚。③樁號2+675-9+000段為園區(qū)吹填圍堰堤岸加高培厚段，圍堰后側(cè)為園區(qū)吹填區(qū)。沿現(xiàn)有堤岸向臨海側(cè)加高培厚，防浪墻定高程5.8m，墻頂高程5.2m，迎水坡坡比為1∶2，堤頂寬8.0m，加高部位堤后坡坡比為1∶2。④樁號9+000-11+300段園區(qū)吹填圍堰堤岸加高培厚段，圍堰后側(cè)為園區(qū)吹填區(qū)[4-6]。沿現(xiàn)有堤岸向臨海側(cè)加高培厚，堤頂高程為5.4m，防浪墻墻頂高程為6.0m，迎水坡坡比為1∶2，堤頂寬8.0m，加高部位堤后坡坡比為1∶2。⑤樁號0+000-11+300臨海側(cè)堤基設置一級拋石壓載平臺，平臺頂高程為0.35m-1.20m，長8.0-12.0m，壓載平臺外側(cè)拋石坡比為1∶2。⑥樁號11+300-12+000段堤段堤頂寬10.5m，堤頂高程為5.4m，防浪墻墻頂高程為6.0m，迎海側(cè)設置消浪平臺和一級壓載平臺，消浪平臺頂高程為3.21m，寬3.0m，壓載平臺頂高程0.0m，寬7.5m，消浪平臺以上坡比為1∶2，消浪平臺與壓載平臺間坡比為1∶2.5，壓載平臺以下坡比均1∶3；內(nèi)湖側(cè)設置兩級壓載平臺，一級壓載平臺頂高程2.0m，寬5.0m，二級壓載平臺頂高程0.0m，寬15.0m，一級平臺以上及以下坡比均為1∶2，二級平臺以下坡比為1∶2.5。

2.2.3 堤頂結(jié)構(gòu)

根據(jù)《海堤工程設計規(guī)范》，防浪墻寬度不包含于堤頂寬度，按照防汛、堤身穩(wěn)定、管理、施工需要，2級海堤寬度≥4.0m。該工程為路堤結(jié)合，考慮交通要求(雙車道)，堤頂寬8.0m。

1)樁號0+000-11+300段迎海側(cè)人行道1.5m，行車道路寬6.0m，背海側(cè)沿線設置0.5m寬路肩及5.0m寬防護林帶。

2)樁號11+330-12+000兩側(cè)人行道寬均為1.5m，行車道路寬7.5m。堤頂背海側(cè)沿線設置5.0m防護林帶。

堤頂行車道鋪設瀝青混凝土路面，自下而上依次為40.0cm碎石、水泥碎礫層30.0cm、瀝青混凝土7.0cm，路面向臨海側(cè)橫坡度為1%。人行道鋪設步道方磚路面,路面兩側(cè)設置花崗巖路緣石。壩頂上游側(cè)防浪墻考慮人防及景觀，采用混凝土基礎，露出部位采用花崗巖條石防浪墻，高0.6m，寬0.4m，防浪墻每隔500.0m左右設置一處下臨海側(cè)坡面的混凝土臺階[7-9]。

2.2.4 排水設施

堤防工程考慮允許越浪設計，要求越浪排泄通暢，海堤后側(cè)設置坡面縱、橫向排水系統(tǒng)。其中，縱向排水為沿下游堤腳設置一道縱向排水溝，排水溝設置三段：第一段從樁號0+000至0+785段(785.0m)排向含章湖，樁號0+785-2+675段堤后為含章湖、直排入湖；第二段從樁號7+000至2+675段(4325.0m)排向含章湖；第三段從樁號7+000至11+300段(4300.0m)排向含章湖，樁號11+300-12+000段堤后為含章湖、直排入湖。各段縱向排水溝需排泄的計算越浪量見表2。

根據(jù)計算，為確保堤后越浪順利排泄，需修建的排水溝尺寸較大，考慮后期金錦灣水城濱海景觀規(guī)劃，堤后帶狀微地形能夠滿足不越浪要求，即海景觀規(guī)劃實施后，帶狀微地形園區(qū)內(nèi)側(cè)無需修建排水溝排泄越浪。

表2 排水溝排泄越浪量成果表

結(jié)合遠景規(guī)劃，堤后排水溝暫按0.5×0.5m設置臨時排水溝，多余越浪量可以漫灘后匯入含章湖。同時，此排水溝亦作為海堤管理分界線。背海側(cè)堤坡每隔50.0m設置一道橫向排水溝排入縱向排水溝，排水溝對應堤頂設置過水豁口，排水溝選用矩形混凝土斷面，渠道寬0.5m，渠道深為0.5m。壩頂路面向臨海側(cè)傾斜，路面坡比為1%，路面臨海側(cè)設置每隔50.0m設置通向海域的排水管，管徑為150mm。

3 擋潮閘設計

3.1 閘址選址

根據(jù)《盤錦遼東灣新區(qū)水系水岸及防洪排澇規(guī)劃》，含章湖為內(nèi)湖，內(nèi)湖東側(cè)臨近海堤可通向大遼河河口，南側(cè)臨近海堤可直接通向海域，規(guī)劃內(nèi)湖如圖1。其中，圖中規(guī)劃正閘即為本次設計擋潮閘。

圖1 含章湖(內(nèi)湖)規(guī)劃布置圖

規(guī)劃同時設置了內(nèi)湖外海通航的船閘，顯然東側(cè)河口堤岸位于遼河口凸岸，屬于淤積堤段不利于通航建筑物設置。因此，規(guī)劃將船閘布置在南側(cè)，該工程已經(jīng)在遼東灣新區(qū)內(nèi)外海樞紐控制工程批復。

為便于工程集中管理，設計亦將擋潮閘布置在內(nèi)湖南側(cè)，同時為合理利用船閘圍堰工程，將擋潮閘毗鄰船閘設置。此外，為便于船閘運行，考慮灘涂地形(較深處)將船閘偏右居中布置，擋潮閘布置在船閘右側(cè)。根據(jù)批復的可行性研究報告，船閘位于海堤樁號11+513-11+774段，擋潮閘位于海堤樁號11+845.2-11+880段。

3.2 擋潮閘總體布置

擋潮閘位于海堤樁號11+845.2-11+880段，船閘西側(cè)(右側(cè))，近岸布置，水閘軸線與船閘軸線相距65.1m，距離右岸120.0m，擋潮閘垂直海堤布設。擋潮閘采用胸墻式閘室，閘室底板高程為-2.0m。擋潮閘從上游(內(nèi)湖)至下游(外海)由上游拋石防沖、護坦、鋪蓋、閘室、消力池、海漫及下游拋石防沖組成。

1)上游拋石防沖長9.0m，寬92.0m，頂高程為-3.2m，防沖槽深3.0m。護坦采用生態(tài)格網(wǎng)固濱籠結(jié)構(gòu)，順水流方向長20.0m，寬度由92.0m縮至40.85m，頂高程為-3.2m，石籠厚0.5m，下設一層反濾土工布。防滲鋪蓋采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，順水流方向長24.0m，寬度由40.85m縮至32.4m，頂高程為-3.2m，末端與閘室底板以1∶4坡比連接，前10.0m鋪蓋厚0.8-1.0m，設有排水孔，下設0.15m中石子、0.15m小石子及0.15m粗砂反濾層，后14.0m厚1.0m，鋪蓋下設0.1m厚的素混凝土墊層。

2)閘室3孔一聯(lián)，共1聯(lián)，設有檢修和擋水閘門，工作閘門上游側(cè)8.3m處布置有檢修門，閘室總款34.8m，順水流方向閘室長16.0m，每孔凈寬10.0m，中、邊墩均厚1.2m；閘室底板采用整體式平底板，底板頂高程為-2.0m，板厚1.5m，閘室胸墻底高程為2.0m，墻頂高程為6.0m；邊、中墩墩頂高程均為6.0m，墩頂設置檢修橋和啟閉平臺，交通橋位于內(nèi)湖側(cè)，寬7.0m，橋頂高程為5.4m，檢修橋位于臨海側(cè)，寬3.0m，橋頂高程為6.0m，啟閉平臺為排架結(jié)構(gòu)，啟閉平臺寬4.5m，頂高程為12.7m。

3)下游一級消力池順水流方向長24.0m，寬度由32.4m擴至40.85m，與閘室底板采用1∶4斜坡連接，底板頂高程為-4.5m，尾坎頂高程為-3.7m，底板厚0.8-1.0m，下設0.1m厚的素混凝土墊層；二級消力池順水流方向長14.0m，寬度由40.85m擴至45.8m，底板頂高程為-3.7m，尾坎頂高程為-3.2m，底板厚0.6m，設有排水孔，下設0.15m中石子、0.15m小石子及0.15m粗砂反濾層[10]。

4)消力池出口海漫采用生態(tài)格網(wǎng)固濱籠結(jié)構(gòu)，順水流方向長24.0m，海漫左側(cè)與船閘連接，右側(cè)擴至邊墻為29.2m，海漫頂高程為-3.2m，厚0.5m，下設一層反濾土工布。下游拋石防沖長9.0m，頂高程為-3.2m，防沖槽深3.0m

5)擋潮閘左側(cè)與船閘公用平臺，上下游擋土墻與擋潮閘左邊墩向外呈10°夾角布設，上游邊墻順水流方向長56.4m，下游邊墻順水流方向長38.0m，邊墻采用扶臂式擋土墻，其中墻頂高程為6.0m，墻面板厚1.0m，底板厚1.0m，扶臂間距為3.5m，扶臂厚0.5m，邊墻迎水側(cè)垂直布置，墻頂設置人防欄桿。

6)擋潮閘右側(cè)上下游擋土墻與擋潮閘左邊墩向外呈10°夾角布設，上、下游邊墻順水流方向長38.0m，邊墻采用扶臂式擋土墻，其中上游墻頂高程為1.0-6.0m，墻面板厚0.6-0.8m，底板厚0.7-0.8m；下游墻頂高程為1.0-6.0m，墻面板厚0.6-1.0m，底板厚0.6-1.0m；扶臂間距為3.5m，扶臂厚0.5m，邊墻迎水側(cè)垂直布置，墻頂設置人防欄桿。

7)擋潮閘閘室及兩側(cè)邊墻基礎設置鉆孔灌注樁樁基，灌注樁樁徑1.0m(較低邊墻樁徑為0.8m)，閘室樁間距為3.0m，兩側(cè)邊墻樁間距為2.5m，樁底高程為-22.0m，進入粉砂層。閘室基礎采用混凝土防滲墻圍封，墻厚0.4m，墻底高程為-13.0m，進入非液化土層。

4 結(jié) 論

科學合理的設計海堤斷面結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定了海堤工程的生態(tài)和防洪功能，合適的斷面結(jié)構(gòu)有利于提高區(qū)域防洪能力、確保沿岸居民安全及推動經(jīng)濟發(fā)展，為改善了區(qū)域投資環(huán)境和居住環(huán)境提供保障。遼濱沿海經(jīng)濟區(qū)海堤工程產(chǎn)生的不利影響是短期的、次要的，而產(chǎn)生的有利影響是長期的、主要的，并且通過環(huán)境管理和采取有效的對策措施，可以減免不利影響，該海堤斷面形式已廣泛應用于其他堤防工程并取得顯著的效果。