濱海縣海堤水毀原因分析及修復(fù)設(shè)計(jì)

李連成，陶圣葉，李 悅

(鹽城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 鹽城 224002)

1 濱海主海堤現(xiàn)狀

鹽城市濱?？h境內(nèi)海堤北起中山河閘，南至?？跇屑~?，F(xiàn)有主海堤長(zhǎng)55.01km，其中屬于濱海縣管轄的主海堤34.31km(主海堤樁號(hào)20+700～55+010)，屬于新灘鹽場(chǎng)管轄的主海堤20.7km(主海堤樁號(hào)0+000～20+700)。

2 主海堤水毀原因分析

根據(jù)現(xiàn)狀主海堤水毀情況及歷年灘面測(cè)量資料對(duì)比分析，主海堤水毀原因有如下幾點(diǎn)：

(1)灘面沖刷降低后波浪對(duì)護(hù)岸作用增強(qiáng)是海堤護(hù)面損壞、堤腳淘刷的主要原因。灘面沖刷深塘主要集中在堤腳前及管樁順壩內(nèi)側(cè)護(hù)灘上。

(2)由于坡腳前灘面降低，水深增大，原設(shè)計(jì)護(hù)腳護(hù)灘拋石、柵欄板塊體重量均偏小，不能抵御現(xiàn)狀風(fēng)浪沖刷。受臺(tái)風(fēng)、寒潮等極端天氣影響，坡腳塊石被風(fēng)浪反復(fù)拍打在護(hù)坡上，久而久之，導(dǎo)致槽型塊、柵欄板護(hù)坡的破損及坡腳板樁帽梁露筋。已破損的柵欄板被風(fēng)浪潮拍打損壞，出現(xiàn)脫落移位的現(xiàn)象。

(3)隨著濱海港防波堤及月亮灣防波堤的建設(shè)，海洋原有的流態(tài)發(fā)生了變化，致使該段海堤灘面仍在持續(xù)沖刷，危及海堤安全。

(4)原設(shè)計(jì)護(hù)坡及格埂標(biāo)號(hào)較低，其中護(hù)坡為C15、C20素砼，柵欄板為C20鋼筋砼，槽型塊為C25素砼，格埂為C10及M15漿砌塊石。柵欄板及板樁蓋梁為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，鋼筋銹脹使塊體結(jié)構(gòu)損壞，耐久性低。柵欄板、格埂強(qiáng)度低，受風(fēng)浪侵蝕及塊石拍打后易損壞。歷經(jīng)多年的風(fēng)浪沖刷，原設(shè)計(jì)漿砌塊石格埂破損，形成薄弱區(qū)，潮水不斷沖刷，形成局部空洞，格埂下土體被沖刷帶走，導(dǎo)致局部坡面出現(xiàn)刷降、下沉。

3 主海堤水毀修復(fù)方案

秉承“保堤必須保腳，保腳必須保灘”的海堤設(shè)計(jì)理念，本工程主海堤水毀修復(fù)方案為對(duì)護(hù)坡沖毀形成空洞段進(jìn)行拆除重建，對(duì)護(hù)坡面層磨損嚴(yán)重段進(jìn)行加固修復(fù)，堤腳加強(qiáng)防護(hù)。

3.1 海堤防護(hù)型式比選

海堤臨水側(cè)的防護(hù)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(jì)比較確定。

對(duì)于波浪作用強(qiáng)烈地區(qū)，為充分消浪，可通過增加護(hù)坡坡面糙率、設(shè)置消浪平臺(tái)的辦法來(lái)提高消浪效果，減少波浪爬高。目前濱海海堤常用的護(hù)坡型式有：塊石護(hù)坡、砼護(hù)坡、柵欄板護(hù)坡和扭王塊護(hù)坡等，見表1。

表1 不同護(hù)坡型式優(yōu)缺點(diǎn)一覽表

塊石護(hù)坡整體性較差，但透水性好，常用于其他護(hù)面的墊層。

砼護(hù)坡分光面砼護(hù)坡和槽型塊砼護(hù)坡兩種，光面砼護(hù)坡消浪效果差，常用于消浪平臺(tái)以上波浪作用較小區(qū)域?，F(xiàn)澆砼槽型塊護(hù)坡其波浪爬高小，框格消浪效果好，尤其在抵御臺(tái)風(fēng)引起的大風(fēng)浪的侵襲中作用顯著。另外現(xiàn)澆砼槽型塊能充分發(fā)揮素砼耐腐蝕性能。以往我院設(shè)計(jì)的槽型塊護(hù)坡，在濱?？h海堤防護(hù)工程中多處應(yīng)用，消浪和防護(hù)效果良好。

預(yù)制砼柵欄板不僅消浪效果好，從外觀上看框格中間為柵欄條，連成一片，富有韻律感，具有較好的景觀效果。傳統(tǒng)柵欄板為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼筋容易銹脹。柵欄板護(hù)坡下常設(shè)置塊石或砼墊層。

扭王字塊護(hù)坡為預(yù)制素砼扭王結(jié)構(gòu)，護(hù)坡坡面可雙向或單向嵌固擺放或散拋，受風(fēng)浪影響較大堤段且缺乏塊石資源時(shí)，可選用預(yù)制扭王字塊體作為臨水坡護(hù)坡。其消浪效果好、抗沖刷能力強(qiáng)，強(qiáng)度高。

本次水毀修復(fù)加固的主海堤消浪平臺(tái)下原防護(hù)型式有兩種，分別為柵欄板護(hù)坡和槽型塊護(hù)坡。綜上各護(hù)坡型式優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本次海堤水毀修復(fù)護(hù)面加固，本次設(shè)計(jì)擬采用預(yù)制玻璃纖維增強(qiáng)聚合物GFRP筋材的C35砼柵欄板作為平臺(tái)下護(hù)坡護(hù)面的防護(hù)型式。

以往柵欄板中的鋼筋易受海水腐蝕而產(chǎn)生脹裂破損，影響柵欄板使用壽命。玻璃纖維增強(qiáng)筋(GFRP筋)是以高強(qiáng)玻璃纖維為增強(qiáng)材料、合成樹脂為基體材料，并摻入適量輔助劑，經(jīng)拉擠、纏繞而成的復(fù)合材料，可廣泛應(yīng)用于高速公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)、碼頭、車站、水利工程、地下工程等領(lǐng)域。近年來(lái)，濱海縣振東閘南北港堤修復(fù)工程、江蘇省濱?？h海岸帶整治修復(fù)工程、濱?？h翻身河以北段(樁號(hào)28+818～30+068)海堤水毀修復(fù)工程等工程中均使用GFRP筋代替鋼筋制作柵欄板，取得了良好的效果。GFRP筋砼預(yù)制柵欄板因其優(yōu)越的防腐性，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，消浪效果好，可重復(fù)利用，總體使用成本低等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于沿海工程中。

3.2 本次主海堤水毀修復(fù)設(shè)計(jì)

根據(jù)《濱海縣振東閘以北段海堤水毀修復(fù)工程波浪斷面物理模型試驗(yàn)》(南京水利科學(xué)研究院，2020.03)相關(guān)試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)結(jié)果建議護(hù)腳塊石重量≥250kg。

根據(jù)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的原則，本次設(shè)計(jì)對(duì)模型試驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，形成最終方案。

3.2.1板樁蓋梁

該段主海堤坡腳采用沖沉板樁防護(hù)，盡管部分堤腳前灘面刷深嚴(yán)重，但板樁運(yùn)行尚未出現(xiàn)險(xiǎn)情。故對(duì)板樁蓋梁進(jìn)行拆除重建，加高加寬，采用GFRP復(fù)合筋材替代蓋梁鋼筋。

3.2.2消浪平臺(tái)及以上砼護(hù)坡

采用C35砼拆除重建局部破損平臺(tái)、格埂及砼護(hù)坡，局部空洞采用石渣結(jié)合級(jí)配碎石填充。

3.2.3平臺(tái)以下護(hù)坡

根據(jù)主海堤平臺(tái)以下護(hù)坡的水毀情況分段設(shè)計(jì)，對(duì)海堤現(xiàn)狀護(hù)坡砼磨損嚴(yán)重段進(jìn)行修復(fù)加固，對(duì)護(hù)坡沖毀形成空洞段拆除重建。

(1)槽型塊護(hù)坡拆除重建方案

對(duì)護(hù)坡沖毀形成空洞段范圍拆除原橫格埂、消浪平臺(tái)和槽型塊護(hù)坡，下鋪380g/m2土工布一層，采用石渣結(jié)合級(jí)配碎石填充恢復(fù)至設(shè)計(jì)斷面，然后依次澆筑格埂、平臺(tái)及砼墊層，面層設(shè)預(yù)制GFRP筋砼柵欄板。方案如圖1—2所示。

圖1 槽型塊護(hù)坡拆除重建斷面圖(平臺(tái)及以下護(hù)坡坍塌)

(2)槽型塊護(hù)坡磨損嚴(yán)重加固方案

對(duì)護(hù)面磨損嚴(yán)重堤段的槽型塊面層鑿毛，上設(shè)10～25cm厚(新增10cm厚+框格厚15cm)C35砼護(hù)坡，面層設(shè)預(yù)制C35GFRP筋砼柵欄板。采用C35砼拆除重建局部破損縱格埂。方案如圖3所示。

(3)柵欄板護(hù)坡拆除重建方案

對(duì)護(hù)坡沖毀形成空洞段范圍拆除中格埂以下砼墊層及柵欄板護(hù)坡，下鋪380g/m2土工布一層，采用石渣結(jié)合級(jí)配碎石填充恢復(fù)至設(shè)計(jì)斷面，然后澆筑砼墊層，面層設(shè)預(yù)制GFRP筋砼柵欄板。中格埂至消浪平臺(tái)間護(hù)坡進(jìn)行墊層加固，更換面層?xùn)艡诎?。方案如圖4所示。

(4)柵欄板護(hù)坡加固修復(fù)方案

對(duì)柵欄板磨損嚴(yán)重堤段拆除原鋼筋砼柵欄板，采用增設(shè)砼墊層加固原干砌塊石或砼墊層，面層設(shè)預(yù)制C35GFRP筋砼柵欄板。方案如圖5所示。

圖2 槽型塊護(hù)坡拆除重建斷面圖(平臺(tái)以下護(hù)坡掏空)

圖3 槽型塊護(hù)坡加固修復(fù)斷面圖

圖4 柵欄板護(hù)坡拆除重建斷面圖

圖5 柵欄板護(hù)坡加固修復(fù)斷面圖

3.2.4護(hù)腳設(shè)計(jì)

護(hù)腳根據(jù)堤腳前灘面刷深情況分別設(shè)計(jì)，結(jié)合模型試驗(yàn)結(jié)論，沖刷程度較嚴(yán)重堤段采用扭王字塊結(jié)合拋石防護(hù)，防范圍20m。拋石厚度不小于1m。扭王字塊為600kg/塊，緊密布置于堤腳前雙向嵌固安放五排，其余面層拋石250kg/塊、底層拋石60kg/塊，下鋪500g/m2復(fù)合土工布一層。沖刷程度較輕堤段采用20m長(zhǎng)拋石護(hù)腳，厚度不小于1m。

為了充分利用現(xiàn)狀坡面和灘面較小塊石，本工程采用合金網(wǎng)兜對(duì)小塊石進(jìn)行裝填，拋置20m護(hù)腳護(hù)灘下深塘部位。

3.2.5丁壩設(shè)計(jì)

現(xiàn)狀主海堤采用管樁順壩結(jié)合拋石丁壩的型式進(jìn)行防護(hù)。根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查及查原設(shè)計(jì)資料，樁號(hào)39+750為月亮灣南側(cè)擋沙堤丁壩，樁號(hào)40+173為現(xiàn)狀丁壩，樁號(hào)42+073為應(yīng)急搶險(xiǎn)丁壩，樁號(hào)44+000為振東閘北港堤。

拋石丁壩長(zhǎng)度80m，結(jié)構(gòu)型式：壩頂高程2.00～1.20m(壩頭)，頂寬3m，邊坡坡比1∶4，面層密拋塊石(≥250kg/塊)，底層密拋塊石(≥60kg/塊)，拋石下墊500g/m2復(fù)合土工布一層。拋石丁壩結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 拋石丁壩結(jié)構(gòu)圖

濱海以往海堤工程中丁壩間距約1～2km，受沿岸流影響，原設(shè)計(jì)41+722處丁壩已沖毀。本次設(shè)計(jì)增設(shè)4道拋石丁壩，同時(shí)適當(dāng)減小丁壩的間距，拋石丁壩與管樁順壩形成封閉壩田，對(duì)沿岸流起隔斷作用。考慮振東閘以北段主海堤水毀情況為中間堤段嚴(yán)重，南北兩端減輕，中間堤段丁壩間距適當(dāng)減小。本次設(shè)計(jì)丁壩樁號(hào)分別為樁號(hào)40+800、41+360、42+610、43+200，丁壩間距500～700m不等。拋石丁壩平面布置如圖7所示。

圖7 拋石丁壩平面布置圖

4 結(jié)語(yǔ)

治海工程是一項(xiàng)長(zhǎng)期的、動(dòng)態(tài)的過程，需要不斷的總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)和不足之處。本次通過振東閘以北段主海堤水毀修復(fù)設(shè)計(jì)，總結(jié)了GFRP筋柵欄板防護(hù)型式的優(yōu)越性，采用600kg扭王字塊體結(jié)合250kg拋石加強(qiáng)護(hù)腳防護(hù)，同時(shí)適當(dāng)增加丁壩數(shù)量，減小丁壩間距，其效果可供其他海堤工程借鑒參考。

侵蝕性岸段已建防護(hù)工程必須配套保灘工程。控制堤前灘面下蝕對(duì)維護(hù)達(dá)標(biāo)海堤護(hù)坡穩(wěn)定和減緩水下岸坡侵蝕發(fā)展具有重要意義。本次工程重點(diǎn)是坡面修復(fù)和加強(qiáng)堤前護(hù)腳防護(hù)，而未對(duì)護(hù)腳前灘面進(jìn)行加固。建議加強(qiáng)灘面蝕降監(jiān)測(cè)，盡快實(shí)施配套保灘加固工程，確保主海堤安全。