侯俊敏 彭林興

摘要：本文通過(guò)分析斜坡式、陡墻式和混合式三種海堤基本斷面的特點(diǎn)，闡述綜合陡墻式和斜坡式的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合舊堤大部分建有石墻的現(xiàn)狀，提出相應(yīng)的優(yōu)化分案，經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，優(yōu)化后的方案取得較好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效果，進(jìn)而為海堤斷面設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：海堤斷面 優(yōu)化設(shè)計(jì) 創(chuàng)新

1 概述

潭江在新會(huì)境內(nèi)河長(zhǎng)63.7km，平均河寬960m，銀洲湖海堤包括潭江在新會(huì)境內(nèi)的兩岸范圍，左岸由司前與開(kāi)平市交界處至古井西堤尾，其中江新聯(lián)圍部分列入城市防洪工程（不納入本工程范圍）；右岸從新會(huì)羅坑與臺(tái)山市交界處至崖門(mén)新洲圍，另加上七堡和南坦兩個(gè)江心島，堤圍總長(zhǎng)約155.75km。

銀洲湖海堤主要存在問(wèn)題是：

①堤段堤頂高程基本未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，大部分堤段堤身斷面強(qiáng)度不足，堤身土料質(zhì)量差。

②部分堤段堤腳被沖割，局部堤段出現(xiàn)過(guò)堤坡開(kāi)裂下坍等情況。

③全堤350宗的穿堤水閘涵竇，尚有322宗存在安全隱患，需加固或重建。

2 基本斷面型式

海堤的基本斷面型式在廣東省內(nèi)各地較多地使用三種基本斷面型式：斜坡式、陡墻式和混合式。三種基本斷面各有其本身的特點(diǎn)：①斜坡式海堤斷面的內(nèi)外邊坡坡度較緩，堤身由土堤和護(hù)面所組成，邊坡護(hù)面砌體必須依附于堤身土體。堤基與地基接觸面積大。在堤身高度相同的情況下，對(duì)地基土層承載力的要求相對(duì)陡坡式低，適合于土料充足，基礎(chǔ)較差的情況。在外坡坡面有充足的地方布設(shè)消浪設(shè)施，能消散部分波浪能量。護(hù)面結(jié)構(gòu)及堤身施工技術(shù)簡(jiǎn)單，維修容易。但由于風(fēng)浪爬高較大，相應(yīng)要求堤頂高程較高，斷面土方量較大，直接關(guān)系到工程造價(jià)的控制。②陡墻式海堤斷面外邊坡坡度陡直或直立，堤身由重力式防護(hù)外墻及墻后土堤所組成。陡墻式海堤斷面的波浪爬高值小于斜坡式。堤頂防浪墻結(jié)合外墻體建成反弧形式，能有效地阻止或削弱波浪翻越堤頂。由于風(fēng)浪爬高較小，堤頂高程較低，堤身斷面較小，土方工程量相對(duì)較小，同時(shí)解決臨海側(cè)水位不斷變動(dòng)引起的迎水坡失穩(wěn)問(wèn)題。但堤基對(duì)地基土層承載力的要求高于斜坡式海堤，局部地區(qū)可能需要進(jìn)行地基加固處理。由于外邊坡坡度陡直或直立，波浪作用力較大，波浪上壅回落易產(chǎn)生墻腳淘刷，需要有保護(hù)措施。③混合式海堤斷面外邊坡為變坡比結(jié)構(gòu)。是斜坡式與陡墻式的結(jié)合型式。當(dāng)斷面組合得當(dāng)，兼有斜坡式與陡墻式的優(yōu)點(diǎn)。且混合式斷面設(shè)置平臺(tái)可起到削減波浪爬高及穩(wěn)定堤基的作用。根據(jù)南京水科院試驗(yàn)成果，平臺(tái)面的高程取設(shè)計(jì)高潮位或略低于設(shè)計(jì)高潮位時(shí)，消浪效果最好。根據(jù)《堤岸護(hù)坡設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性分析計(jì)算簡(jiǎn)介》（毛昶熙，南京水科院），消浪平臺(tái)B的寬度可取有效波高Hs的1～4倍，平臺(tái)越寬，消浪減少爬高的作用越大。

3 各種海堤斷面型式風(fēng)浪爬高計(jì)算比較

風(fēng)浪爬高按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-98）附錄C計(jì)算（當(dāng)m=0時(shí)，風(fēng)浪爬高按《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）附錄E計(jì)算），其中風(fēng)浪要素采用莆田試驗(yàn)站公式計(jì)算。

①根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄C要素公式C.1.2-1、C.1.2-2、C.1.3-1計(jì)算平均波高、平均波周期、波長(zhǎng)。②查表C.3.1-1、表C.3.1-2、表C.3.1-3、表C.3.1-4得出斜坡的糙率及滲透性系數(shù)K△、經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Kv，爬高累計(jì)頻率系數(shù)Kp、無(wú)風(fēng)情況下光滑不透水護(hù)面的爬高值R0。③按Rp=K△KvKpR0H計(jì)算風(fēng)浪爬高，Rp為累計(jì)設(shè)計(jì)頻率波浪爬高計(jì)算值（本工程為R3.33%） （當(dāng)m=0，風(fēng)浪爬高和風(fēng)壅增水高度的計(jì)算可采用《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL265-2001）附錄E中的波高（hp）和波浪中心線超出計(jì)算水位的高度（hz）的計(jì)算公式替代計(jì)算） 。

為進(jìn)一步比較各種型式的風(fēng)浪爬高，為優(yōu)化斷面提供依據(jù)，選取了銀洲湖海堤兩個(gè)較有代表性的斷面樁號(hào)左7+600、右47+600，對(duì)陡墻式和斜坡式兩種基本斷面型式的幾種迎水坡坡率斷面，進(jìn)行風(fēng)浪爬高計(jì)算。

通過(guò)計(jì)算可知：①當(dāng)坡率m≤1.25時(shí)，計(jì)算風(fēng)浪爬高Rp隨坡率m的增大而增大；②當(dāng)坡率m=1.5～5時(shí)，計(jì)算風(fēng)浪爬高Rp隨坡率m的增大而減少；③當(dāng)坡率1.25<

m<1.5時(shí)，計(jì)算風(fēng)浪爬高Rp由坡率m=1.25和m=1.5的計(jì)算值按內(nèi)插法確定；④陡墻式斷面的風(fēng)浪爬高比斜坡式低0.3～1.6m。

4 海堤基本斷面型式比選

4.1 斷面型式初選

根據(jù)計(jì)算成果以及舊堤現(xiàn)狀，對(duì)海堤基本斷面型式進(jìn)行比選如下：①計(jì)算結(jié)果表明，陡墻式斷面的風(fēng)浪爬高比斜坡式低0.3～1.6m，由于風(fēng)浪爬高對(duì)堤頂高程的確定影響很大，從而直接影響到工程的造價(jià)，因此在本工程條件下，設(shè)計(jì)帶陡墻式的海堤斷面能明顯降低堤頂高程。②本工程主要是對(duì)舊堤加固，設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合舊堤的現(xiàn)狀，在安全可靠的前提下，盡量節(jié)約工程的投資。a合理利用原有石墻。從原堤圍的斷面圖可知，原堤圍迎水側(cè)已砌有m=0.3的陡墻式防浪石墻，主要為干砌石墻，但+1.00m高程以上的部分因建成歷史久遠(yuǎn)或受沖刷破壞，出現(xiàn)松散或崩塌現(xiàn)象。結(jié)合現(xiàn)有的堤圍斷面，以安全、節(jié)省工程投資為原則，盡量利用原干砌石墻，將+1.00m高程以上的干砌石墻拆除，按陡墻式斷面重砌，可有效降低風(fēng)浪爬高。b妥善解決銀洲湖海堤沿線基礎(chǔ)差的問(wèn)題。由于銀洲湖海堤沿線基礎(chǔ)為淤泥，內(nèi)摩擦角小，抗剪強(qiáng)度低，基礎(chǔ)承載力差，加高培厚堤身時(shí)，容易產(chǎn)生深層滑動(dòng)和沉陷，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)，堤面高程超過(guò)3.5m時(shí)，迎水坡容易出現(xiàn)滑坡，即使不產(chǎn)生滑坡，隨著淤泥因荷載增大產(chǎn)生側(cè)向擠出，堤基沉降，堤面高程下沉到3.5m高程以下后，方可基本穩(wěn)定。根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，堤面高程控制在3.5m以下效果較好。本工程雖然有軟弱土層存在，但現(xiàn)有的堤防一般年代較長(zhǎng)，干砌石墻已建成多年，堤基土層已經(jīng)經(jīng)過(guò)多年的壓縮、固結(jié)，沉降基本穩(wěn)定，且堤身不高。因此可利用原干砌石墻，建帶陡墻的斷面，既降低風(fēng)浪爬高，又可以避免堤頂高程超過(guò)3.5m后，額外增加地基處理費(fèi)用，從而節(jié)省工程投資。

綜上所述，分析了斜坡式、陡墻式和混合式三種海堤基本斷面本身的特點(diǎn)，綜合陡墻式和斜坡式的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合舊堤大部分建有石墻的現(xiàn)狀，從安全可靠和經(jīng)濟(jì)等方面考慮，對(duì)斷面進(jìn)行優(yōu)化組合，本工程海堤斷面初選采用混合陡墻式海堤斷面。

4.2 斷面型式優(yōu)化

為進(jìn)一步優(yōu)化斷面設(shè)計(jì)，根據(jù)計(jì)算成果設(shè)計(jì)了兩種方案的陡墻式海堤斷面，并進(jìn)行比較：

方案一：為了充分利用舊石墻，并結(jié)合消浪平臺(tái)布置要求，將舊石墻拆除到+1.0m高程（拆出來(lái)的石塊在墻前干砌護(hù)腳平臺(tái)）后，按迎水坡率m=0.3、背水坡坡率m=

0.1的陡墻式斷面重砌，可有效降低風(fēng)浪爬高。在2.5m高程設(shè)消浪平臺(tái)，平臺(tái)以上設(shè)1：1.5坡的糙面混凝土護(hù)坡，接堤頂反弧防浪墻。為了增加防沖刷能力和加強(qiáng)干砌墻的整體性，干砌石墻表面設(shè)100厚砼護(hù)面。由于外邊坡坡度陡，波浪作用力較大，波浪上壅回落易產(chǎn)生墻腳淘刷，在墻前干砌1m寬的平臺(tái)至+1.0高程。堤背水坡坡比1：2，設(shè)草皮護(hù)坡。

優(yōu)缺點(diǎn)：堤基與地基接觸面積大，地基應(yīng)力較小，但堤身填筑材料需求較多，堤頂高程較高。

方案二：與方案一不同的是：①將舊石墻拆除到+1.0m高程（拆出來(lái)的石塊在墻前干砌護(hù)腳平臺(tái)）后，按迎水坡率m=0、背水坡坡率m=0.4的陡墻式斷面重砌，即將干砌石墻頂外移，增大消浪平臺(tái)的寬度；②將1：1.5坡的糙面混凝土護(hù)坡結(jié)合堤頂防浪墻處理，直接在2.5m高程的平臺(tái)上留不少于2m的消浪平臺(tái)后，設(shè)一埋深500mm的懸臂式砼直墻兼作防浪墻，并取消原防浪墻的反弧面。

優(yōu)缺點(diǎn)：可進(jìn)一步降低風(fēng)浪爬高，降低堤頂高程，斜坡改直墻后，堤身斷面寬度減少1.1m，從而減少堤身填筑材料方量，但波浪作用力較大。

從安全、經(jīng)濟(jì)出發(fā)，結(jié)合新會(huì)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際，采用方案二。

兩方案見(jiàn)圖1，圖2。

5 結(jié)語(yǔ)

按照上述設(shè)計(jì)斷面，工程概算單價(jià)僅為202萬(wàn)元/ km，低于同類工程的300～500萬(wàn)元/ km，銀洲湖海堤達(dá)標(biāo)加固工程在2006年開(kāi)工，2009年完工，期間經(jīng)受了超過(guò)本工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的“派比安”臺(tái)風(fēng)正面襲擊的考驗(yàn)，加固后的堤圍安然無(wú)恙，達(dá)到了較好的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效果。

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作者簡(jiǎn)介：侯俊敏（1982-），廣東佛山人，男，本科，工程師，主要從事水工設(shè)計(jì)。