一種新型的度汛結(jié)構(gòu)方案

項雨略，高 驍

（中交上海航道勘察設(shè)計研究院有限公司，上海 200120）

1 工程概況

1.1 平面布置

溫州市甌飛灘位于浙東南的甌江口與飛云江口外區(qū)域，灘涂資源豐富，理論深度基準(zhǔn)面以上灘涂資源面積約133.34 km2。溫州甌飛一期圍區(qū)生產(chǎn)配套區(qū)塊涂面整理工程位于甌飛一期圍區(qū)的北端，圍區(qū)南北長約2.5 km，東西寬約1.5 km[1]。

根據(jù)甌飛高涂圍墾生產(chǎn)配套區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃，為滿足分區(qū)吹填、回填成陸的需要，共布置7條圍區(qū)分隔堤，其中G3、G5、G6為外圍隔堤。本工程東側(cè)約1 km為西河堤，北側(cè)緊鄰甌飛北堤，西河堤和北堤建成后將對本工程形成有效封閉掩護(hù)，見圖1。

圖1 工程平面布置

1.2 隔堤斷面設(shè)計

考慮到G5、G6隔堤均未受主浪向影響，本文主要介紹G3隔堤設(shè)計斷面。

G3隔堤為斜坡堤結(jié)構(gòu)型式，堤基采用通長砂袋+排水板結(jié)構(gòu)，外側(cè)鎮(zhèn)腳寬23.4 m，內(nèi)側(cè)鎮(zhèn)腳寬13 m。外側(cè)護(hù)面采用300～800 kg拋石，邊坡1：2，內(nèi)側(cè)邊坡1：1.5。堤身采用拋石+回填石渣結(jié)構(gòu)，堤頂設(shè)泥結(jié)石路面。具體詳見圖2。

圖2 G3隔堤原設(shè)計斷面

2 現(xiàn)場施工情況

根據(jù)原施工進(jìn)度安排，本工程G3隔堤部分總施工周期為2014～2015年，2014年完成基礎(chǔ)砂被及排水板部分，2015年汛期前完成堤身主體結(jié)構(gòu)。與此同時，外側(cè)西河堤高程達(dá)到4.5 m對G3隔堤形成有效掩護(hù)。

但在2015年汛期前，西河堤大部分堤段頂高程僅為3.5 m，且中部還存在一處龍口（龍口底高程0.0 m，寬度400 m），當(dāng)年汛期前無法合龍。而G3隔堤堤身主體已按原進(jìn)度施工完成。由于西河堤的工期滯后，導(dǎo)致G3隔堤將在汛期直接面臨波浪沖擊，其結(jié)構(gòu)需要滿足安全度汛要求。

3 度汛結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 度汛設(shè)計原則

海堤施工期度汛防護(hù)的結(jié)構(gòu)與永久防護(hù)結(jié)構(gòu)明顯不同，該結(jié)構(gòu)屬施工期間的臨時結(jié)構(gòu)，允許“開裂”、少量“掀起”或“沖蝕”；要求所保護(hù)的主堤的主體部分“沖而不坍”；快速施工，額外成本低[4]。

3.2 現(xiàn)狀情況波浪推算

根據(jù)西河堤現(xiàn)狀情況，布置4個波浪推算點(diǎn)（分別位于G3隔堤正對龍口位置、龍口北面及南面），對以下兩種工況進(jìn)行推算：

工況1：采用西河堤龍口合龍后形成全掩護(hù)的重現(xiàn)期20年波浪條件進(jìn)行試驗驗證；

工況2：采用西河堤龍口合龍前由龍口進(jìn)入的重現(xiàn)期20年波浪條件，采用A、B、C、D點(diǎn)位置處最大波要素對G3隔堤進(jìn)行試驗驗證。

各推算點(diǎn)位置詳見圖3，推算成果見表1。

圖3 波浪推算點(diǎn)平面布置

表1 設(shè)計波要素（20年一遇）

3.3 物理模型試驗

為驗證工況1、工況2設(shè)計波要素對現(xiàn)狀G3隔堤的影響情況，本工程通過物理模型試驗予以論證。根據(jù)試驗場地、現(xiàn)有塊體重量及試驗要求，模型選用幾何比尺為20，時間比尺為4.47，力比尺為8 000。

1）試驗斷面

試驗斷面與原設(shè)計斷面一致，斷面堤頂高程為5.6 m，泥面高程為-0.6 m，迎浪側(cè)護(hù)面采用300～800 kg塊石，港內(nèi)外側(cè)護(hù)底分別采用1～100 kg、10～100 kg拋石，由高程2.8 m至堤頂5.6 m范圍內(nèi)均采用回填0～50 kg石渣，港內(nèi)側(cè)采用1：1.5坡度。

2）試驗方案及成果

工況1：通過試驗觀測發(fā)現(xiàn)，由于入射波高較小，在波浪連續(xù)作用下，未發(fā)現(xiàn)斷面上塊石滾落，斷面各部均能保持穩(wěn)定。

工況2：通過試驗觀測，入射波浪直接沖上堤頂產(chǎn)生越堤，此時越堤波浪很快將堤頂0～50 kg石渣沖至堤后，并堆積至港側(cè)護(hù)面；由于堤頂0～50 kg石渣被沖至堤后，與其連接位置的海側(cè)300～800 kg護(hù)面塊石，首先塊石內(nèi)小塊石也被沖至港側(cè)，大塊石因小塊石的滾落后失去支撐，也被波浪帶至港側(cè)。

在波浪連續(xù)作用下，塊石逐漸堆積至港側(cè)方，波浪連續(xù)作用至3 h后，堤頂滾落0～50 kg石渣未進(jìn)一步發(fā)展，測量此時堤頂塊石最大沖刷達(dá)1.3 m，后方塊石堆積寬度達(dá)3.8 m，具體詳見圖4。從試驗結(jié)果可以看出，堤頂部分小塊石受波浪淘刷嚴(yán)重，已整體破壞，現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)難以滿足度汛要求，需要對現(xiàn)狀堤頂進(jìn)行加固。

圖4 現(xiàn)狀G3隔堤堤頂塊石沖刷情況

3.4 結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化

1）結(jié)構(gòu)斷面1

由于現(xiàn)狀G3隔堤破壞位置位于堤頂，考慮在堤頂和斷面兩側(cè)2.0 m寬的護(hù)面范圍內(nèi)均采用C25混凝土灌漿，形成灌漿塊石，設(shè)計斷面1見圖5。

圖5 灌漿塊石護(hù)面結(jié)構(gòu)斷面

隨著波浪的連續(xù)沖擊，結(jié)構(gòu)斷面1連接位置的0～50 kg石渣被沖至港側(cè)后形成堆積，從而在灌漿塊石的連接位置形成一道坎，波浪連續(xù)作用3.0 h后被波浪帶動的塊石未進(jìn)一步發(fā)展，測量此時連接位置處0～50 kg石渣最大沖刷達(dá)0.3 m，后方塊石堆積寬度達(dá)0.8 m。

圖6 調(diào)整斷面1沖刷情況

2）結(jié)構(gòu)斷面2

根據(jù)結(jié)構(gòu)斷面1試驗成果可以看出，隔堤失穩(wěn)主要原因是由于防沖寬度及強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致越堤波浪直接淘刷后方內(nèi)側(cè)小顆粒石渣，導(dǎo)致局部破壞。調(diào)整斷面堤頂至內(nèi)側(cè)14.9 m范圍內(nèi)全部采用600 mm的300～500 kg塊石，另外在后方回填石渣，寬度5 m坡度為1：3。

在此方案下，波浪連續(xù)作用時，未發(fā)現(xiàn)有塊石滾落。通過試驗觀測，由于越堤水體跌落最大距離均在300～500 kg護(hù)面塊石范圍內(nèi)見，因此水體對0～50 kg石渣穩(wěn)定性影響不大。對于海側(cè)300～800 kg護(hù)面塊石，塊石表面整體未發(fā)生明顯變形和堤心石未暴露，不喪失其護(hù)面功能。斷面各部分均能保持穩(wěn)定。

3）試驗結(jié)論

根據(jù)上述試驗，可以得出在甌飛一期西河堤合龍后，在重現(xiàn)期20年水位4.79 m對應(yīng)重現(xiàn)期20年波浪H13%=0.78 m，Ts=3.53 s作用下，設(shè)計斷面各部分均保持穩(wěn)定。

在現(xiàn)狀情況下，隔堤是否破壞的關(guān)鍵即為堤頂防沖結(jié)構(gòu)。按設(shè)計斷面的防沖結(jié)構(gòu)，堤頂受波浪沖刷導(dǎo)致大面積破壞，采用結(jié)構(gòu)斷面1（灌漿塊石結(jié)構(gòu)），防沖寬度及強(qiáng)度略有不足，導(dǎo)致堤身局部沖刷；采用結(jié)構(gòu)斷面2（大塊石護(hù)頂結(jié)構(gòu)），堤身各部分均能保持穩(wěn)定。

圖7 塊石護(hù)面結(jié)構(gòu)斷面

3.5 度汛方案比選

根據(jù)物理模型試驗結(jié)果，護(hù)面采用300～800 kg塊石可以滿足汛期穩(wěn)定要求。對于調(diào)整后的兩種堤頂加固方案予以比選，具體如表2。

表2 防護(hù)結(jié)構(gòu)比選

根據(jù)上述比選結(jié)果可知，調(diào)整方案1雖防護(hù)效果略有不足，但其工程造價低且施工速度塊，后期可有效與堤身結(jié)合；調(diào)整方案2防護(hù)效果已基本達(dá)到永久結(jié)構(gòu)的要求，由于拋石量大，整體施工速度慢，造價也較高。

考慮到度汛結(jié)構(gòu)其本身也為臨時結(jié)構(gòu)，與永久結(jié)構(gòu)有明顯的區(qū)別，是允許有少量沖刷、開裂等現(xiàn)象。采用調(diào)整方案1能更經(jīng)濟(jì)，有效的解決施工期度汛問題。

4 度汛效果分析

2015年汛期結(jié)束后，G3隔堤堤身均基本保持穩(wěn)定。目前西河堤已經(jīng)完成合龍，對圍區(qū)形成有效掩護(hù)，本工程已于2017年正式竣工驗收。

5 結(jié) 語

海堤與區(qū)內(nèi)圍堤往往共同實施過程中，一旦海堤工期滯后，圍內(nèi)建筑物將直面海浪作用，結(jié)構(gòu)安全度汛至關(guān)重要。

度汛結(jié)構(gòu)設(shè)計與永久結(jié)構(gòu)不盡相同，只要滿足保護(hù)的主體沖而不坍，允許開裂及少量沖蝕；經(jīng)物模試驗及現(xiàn)場實踐，堤頂灌漿塊石方案在設(shè)計波高1.3 m以內(nèi)的情況下，可滿足臨時度汛要求，可供類似工程參考。