晉江市石圳海堤水毀加固中消浪方案選擇

聶當(dāng)華

(泉州水務(wù)工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，福建 泉州 362000)

1 海堤基本概況

石圳海堤所在地為晉江市金井鎮(zhèn)石圳村，地處晉江圍頭灣北岸，海堤全長668m，防洪(潮)標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇設(shè)計，海堤級別為5級。

石圳海堤受臺風(fēng)影響局部迎水面護(hù)坡、混凝土堤頂路塌陷，堤后排水溝基本被砂土掩埋等水毀現(xiàn)象，經(jīng)復(fù)核堤頂高程不滿足20a一遇防潮要求，存在安全隱患。因此為確保海堤安全運(yùn)行，提高海堤整體防潮抗災(zāi)能力，確保區(qū)域人民生命財產(chǎn)安全，保障區(qū)域經(jīng)濟(jì)建設(shè)成果，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對石圳海堤進(jìn)行加固十分必要。

2 設(shè)計基本資料

2.1 氣溫

年平均氣溫20.5℃，全年平均氣溫在20℃上下。

2.2 降水

年降水量920-1231mm，降雨量集中。

2.3 風(fēng)況

樁號0+000.0-0+668.0段海堤，風(fēng)速取30m/s，主風(fēng)向為SSE，等效風(fēng)區(qū)長度D=20km，設(shè)計潮水位4.38m，水域平均水深10m。

2.4 安全加高

按允許越浪設(shè)計，安全加高為0.3m。

3 消浪方案的選擇

由于石圳海堤出現(xiàn)損壞原因為堤身防潮標(biāo)準(zhǔn)不足，本次強(qiáng)化加固工程通過選擇合適的消浪方案同時加高堤身以達(dá)到提升海堤防潮標(biāo)準(zhǔn)的需要。根據(jù)現(xiàn)有條件及實際情況，為保證現(xiàn)狀海堤及海灘的天然景觀效果，在現(xiàn)狀海堤后新建子堤對現(xiàn)狀海堤進(jìn)行加高，下部坡度維持現(xiàn)狀1∶3，上部加高子堤迎水坡坡度1∶2。本次選取四腳空心塊、預(yù)制柵欄板、混凝土階梯護(hù)面3種消浪方案進(jìn)行比較選擇。

3.1 各消浪方案設(shè)計堤頂高程的比較

3.1.1 風(fēng)浪要素計算

海堤風(fēng)浪要素按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》(GB/T51015-2014)有關(guān)規(guī)定的公式計算確定：

(1)

表1 風(fēng)浪要素計算成果表

3.1.2 海堤折算坡度系數(shù)計算

本次海堤高程于高程4.80m處設(shè)平臺，平臺寬4.1m，上部護(hù)坡坡比1∶2，下部坡比1∶3，根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》(GB/T51015-2014)E0.04-2式計算得出。

(2)

式中：m上為平臺以上的斜坡坡率；△m=m上-m下；dw為平臺上的水深；B為平臺寬度；L為波長，m。

經(jīng)計算me為3.68。

3.1.3 堤前波高的確定

累計頻率波高HF按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》(GB/T51015-2014)6.1.3式計算。

(3)

計算累計頻率為1%時，HF=2.32m。

3.1.4 波浪爬高計算

波浪爬高按下列公式計算：

RF=K△KvR1H1%KF

(4)

表2 波浪爬高計算成果表

海堤堤頂高程根據(jù)設(shè)計潮水位、波浪爬高及安全加高值計算：

Zp=hp+RF+A

(5)

式中：ZP為設(shè)計頻率的堤頂高程，m；hp為設(shè)計頻率的高潮位，m；RF為按設(shè)計波浪計算的累計頻率為F的波浪爬高值，m，13%；A為安全加高，取0.3m[1]。

計算結(jié)果見表3。

表3 設(shè)計堤頂高程計算成果表

由上表可知本次石圳海堤3種消浪設(shè)計方案的設(shè)計堤頂高程。

根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》(GB/T51015-2014)按規(guī)范“8.3.5”條規(guī)定，堤頂高程應(yīng)高出設(shè)計潮位0.5m。同時按規(guī)范“8.3.3”條規(guī)定，不計防浪墻的堤頂高程應(yīng)高出設(shè)計高潮位以上二分之一波列累計頻率為1%的設(shè)計波高，且≥0.5m。

本次水毀加固工程設(shè)計潮位為4.38m，由此上述3方案堤頂高程設(shè)計值均符合要求。

3.2 各消浪方案投資及經(jīng)濟(jì)比較

3.2.1 方案一：四腳空心塊

堤頂高程5.80m，堤頂迎水側(cè)設(shè)置C35鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程6.80m。堤頂設(shè)C30混凝土路面，厚0.2m，寬2.5m(不含路肩)，下設(shè)0.12m厚的5%水泥碎石穩(wěn)定層。高程5.80-4.80m迎水面之間設(shè)置四腳空心塊護(hù)坡，厚0.60m，坡比1∶2.0，下設(shè)C30混凝土面層厚0.2m。高程4.80m設(shè)為平臺，寬3.5m(不含路肩)。高程4.80-3.05m之間采用C30四腳空心塊護(hù)坡，厚0.6m，坡比1∶3，下設(shè)0.20m厚的C30混凝土護(hù)面，緊貼現(xiàn)狀條石護(hù)坡。迎水面堤腳于高程3.05m處設(shè)置C30埋石混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂高程3.05m，頂寬1.50m，C30埋石混凝土基礎(chǔ)與現(xiàn)狀漿砌條石平臺采用Ф16mm的HRB335鋼筋錨固。

3.2.2 方案二：預(yù)制柵欄板

堤頂高程5.80m，堤頂迎水側(cè)設(shè)置C35鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程6.60m。堤頂設(shè)C30混凝土路面，厚0.2m，寬2.5m(不含路肩)，下設(shè)0.12m厚的5%水泥碎石穩(wěn)定層。高程5.80-4.80m迎水面之間采用C30預(yù)制柵欄板護(hù)坡，厚0.3m，下設(shè)C30混凝土面層，厚0.2m。高程4.80m設(shè)為平臺，寬3.5m(不含路肩)。高程4.80-3.05m之間采用C30預(yù)制柵欄板護(hù)坡，厚0.3m，坡比1∶3，下設(shè)0.20m厚的C30混凝土護(hù)面，緊貼現(xiàn)狀條石護(hù)坡。迎水面堤腳于高程2.77m處設(shè)置C30埋石混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂高程3.05m，頂寬1.50m，C30埋石混凝土基礎(chǔ)與現(xiàn)狀漿砌條石平臺采用Ф16mm的HRB335鋼筋錨固[2]。

圖1 四腳空心塊

圖2 預(yù)制柵欄版

3.2.3 方案三：混凝土階梯護(hù)面

堤頂高程7.00m，堤頂迎水側(cè)設(shè)置C35鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程7.90m。堤頂設(shè)C30混凝土路面，厚0.2m，寬2.5m(不含路肩)，下設(shè)0.12m厚的5%水泥碎石穩(wěn)定層。高程7.00-4.80m迎水面之間采用C30混凝土階梯護(hù)面，單個臺階寬0.4m，高0.2m，面層最薄處厚0.4m，坡比為1∶3，下設(shè)0.2m厚的碎石墊層及250g/m2反濾土工布兩層。高程4.80m設(shè)為平臺，寬3.5m(不含路肩)。迎水面高程5.20-3.05m之間采用C30混凝土階梯護(hù)面，單個臺階寬0.9m，高0.3m，面層最薄處厚0.4m，坡比為1∶3，下設(shè)0.2m厚的碎石墊層，緊貼現(xiàn)狀條石護(hù)坡。迎水面堤腳于高程3.10m處設(shè)置C30埋石混凝土基礎(chǔ)，基礎(chǔ)頂高程3.10m，頂寬1.50m，C30埋石混凝土基礎(chǔ)與現(xiàn)狀漿砌條石平臺采用Ф16mm的HRB335鋼筋錨固。

圖3 混凝土階梯護(hù)面

3.2.4 方案比較及確定

上述3個方案優(yōu)缺點(diǎn)及投資比較見表4。

表4 各方案優(yōu)缺點(diǎn)及投資比較表

由表4可知，方案一：四腳空心塊預(yù)制有難度，吊裝相對困難，但消浪效果好，同時緊貼現(xiàn)有海堤護(hù)面施工，不對現(xiàn)狀海堤進(jìn)行破壞，投資最低。方案二：預(yù)制柵欄板投資適中，消浪效果好，但由于厚度較薄，面積較大，預(yù)制困難，質(zhì)量難控制，吊裝難度大，同時結(jié)合周邊海堤采用該方案的后期運(yùn)行情況，預(yù)制柵欄板易斷裂且更換困難。方案三：C30混凝土階梯護(hù)面投資最大，施工工藝簡單，但消浪效果一般，堤頂高程較高影響海灘景觀效果。

綜上所述，考慮節(jié)省投資及周邊海堤使用預(yù)制柵欄板后期安裝更換相對困難，同時石圳海堤周邊場地較寬，具備吊裝條件，石圳海堤水毀加固工程選用方案一：四腳空心塊。

4 結(jié) 語

石圳海堤水毀加固工程通過采用四腳空心塊消浪方案+堤身加高，恢復(fù)了受潮位影響的水毀堤段，提高了石圳海堤的防潮標(biāo)準(zhǔn)，該工程于2018年實施完成迄今經(jīng)受住多次強(qiáng)臺風(fēng)的考驗，現(xiàn)狀運(yùn)行良好。

福建省“十二五”、“十三五”期間對省內(nèi)海堤進(jìn)行多輪強(qiáng)化加固，海堤的大部分安全隱患已解決，但部分海堤鑒于當(dāng)時加固標(biāo)準(zhǔn)偏低且受超標(biāo)準(zhǔn)臺風(fēng)、潮位影響，一些薄弱堤段水毀情況常有發(fā)生，因此針對局部水毀堤段，加大消浪效果，提高海堤防潮標(biāo)準(zhǔn)，以保證海堤保護(hù)區(qū)域的人民生命及財產(chǎn)安全是十分必要的，也適合新時期水利“補(bǔ)短板、強(qiáng)監(jiān)管”的要求。