結合實際工程分析海堤防護工程設計

常根朋

（南京市水利規劃設計院股份有限公司，南京 210000）

1 引言

近年來，隨著海港導堤建設以及臨近區域海堤防護及保灘工程實施，導致了射陽縣沿海潮流發生較大變化，原侵蝕較輕的堤段在加劇，特別是雙洋閘北側段海堤外側灘面蝕退速度在不斷加快，堤防直接受潮水威脅。

射陽縣境內一線主海堤總長102.42km，海岸類型以射陽河入海口為界分侵蝕型海岸和淤漲型海岸，工程位于射陽河入海口以北，為侵蝕型海岸區。近年來，灘面年平均后退50～100m，年刷深1.2m。為保證海堤安全，保護人民生命財產，實施本次工程。

2 設計原則

根據現狀海堤的沖刷情況及波浪情況，發現海堤侵蝕嚴重處，一般灘面高程較低且距離堤腳約150m 處水深已達到2～3m 深，分析其原因，主要是因為灘面較低，在高潮位時，水深較大，波浪沖擊能量未得到消散、波高較高，從而對灘面侵蝕較快，進而威脅堤身安全。

根據河海大學對濱海翻身河北海堤段波浪的研究（參見河海大學《濱海翻身河北海堤達標工程及保灘工程波浪模型試驗》資料，2001 年），海堤有保灘工程時波高較無保灘工程時小37%～52%，并且波浪在保灘工程后均發生破碎，波浪作用減小，保灘工程可以保護兩堤之間的灘地免受波浪的淘刷并減緩對主海堤的侵蝕作用。

根據以上的觀察及試驗結論，提出海堤“保堤先保灘”的設計原則【1】。

3 海堤防護設計

3.1 海堤防護形式選擇

海堤臨水側的防護主要可采用陡墻式、斜坡式等，并應根據堤身、堤基、堤前水深、風浪大小以及材料、施工等因素經技術經濟比較確定【2】。

目前，在海堤防護工程中比較常用的坡面防護結構形式有漿（灌）砌塊石、現澆混凝土槽型塊、現澆混凝土柵欄板等。其中，漿（灌）砌塊石護面結構形式是1998 年海堤達標工程建設中常用的形式，現澆混凝土槽型塊、現澆混凝土柵欄板則是2006 年之后海堤達標工程建設中出現的新型結構形式。根據沿海海堤防護實踐，現澆混凝土柵欄板中的柵條內鋼筋易受海水腐蝕而產生脹裂破損，影響柵條的使用壽命，現澆混凝土槽形塊能充分發揮素混凝土耐腐蝕性能良好的優勢。

經上述比較，本次工程海堤防護結構選擇防護效果較好的現澆混凝土槽型塊。

3.2 海堤防護設計計算

根據GB/T 51015—2014《海堤工程設計規范》，混凝土護坡厚度按下式計算確定。

式中，t 為混凝土護面板厚度，m；η 為系數，對整體式大塊護面板取1.0，對裝配式護面板取 1.1；H 為計算波高，m；ρc為板的密度，t/m3；ρw為水的密度，t/m3；L 為波長，m；B 為沿坡方向（垂直于水面線）的護面板長度，m；m 為斜坡坡率，m=cotα，α 為斜坡的坡角，（°）。

經計算，t=0.280 7m，本工程正常高潮位以下（3.3m 平臺以下）設計使用C 型槽型塊，折算后混凝土厚度為0.283 3m＞0.280 7m，滿足規范要求。

正常高潮位以上（3.3m 平臺以上）防護，本次設計參照濱海縣、灌東鹽場等已建海堤防護工程，采用A 型槽型塊。

3.3 海堤防護具體設計

高程 6.5～3.3m 之間為 A 型 25cm 厚 C30 現澆混凝土槽型塊護坡，護坡坡度1∶3.5；高程3.3m 為3.0m 寬平臺護面（含0.5m×0.7m 縱向 C30 混凝土埂 2 道），平臺為 30cm 厚 C30 混凝土；高程3.3～1.7m 為C 型35cm 厚C30 現澆混凝土槽型塊護坡，護坡坡度 1∶4.5；高程 1.7～0.5m 為 30cm 厚 C30 現澆混凝土護坡，護坡坡比1∶4.5。坡腳防護采用0.7m×1.0m（寬×深）深底埂，坡腳前拋填厚70cm，寬8m 塊石護腳（塊石單體質量不小于 60kg），如圖 1 所示【3】。

圖1 海堤防護結構圖（單位：cm）

4 保灘設計

4.1 保灘形式選擇

目前，國內主要采用的保灘工程結構形式主要有：管樁順壩結合丁壩、拋石順壩結合丁壩、拋石加預制異型塊體壓護順壩結合丁壩、混凝土鉸鏈沉排、拋石丁壩、半圓形結構離岸堤、合金鋼網柔性塊體。我市海堤達標工程建設以來保灘工程常用的有3 種結構形式，即拋石丁壩、拋石順壩及新型保灘工程形式——管樁順壩。

管樁順壩作為一種新型的海堤防護結構可分為連續板樁式和透空樁式2 類。連續板樁式結構具有較好的消浪效果，但承受的波浪水平壓力明顯較大、造價較高。透空樁式根據模型試驗報告，波浪穿過管樁后能量消減一半以上，并且根據波浪的繞流作用，單樁承受的水平力較連續板樁式小。

經過以上對比，本次采用透空式管樁順壩結構。

4.2 保灘設計計算

本次設計采用無錨板樁計算方法計算管樁在設計水平力作用下樁的最小入土深度，然后用M 法計算樁頂位移和樁身最大彎矩。

本次管樁順壩保護灘面高程0.0m，管樁樁頂高程為3.0m，樁體懸臂長3.0m，本次設計管樁采用C60 預應力混凝土管樁，樁徑50cm，樁透空間距為35cm（透空率41%）。

4.2.1 樁體穩定計算

根據地質資料，土層物理力學指標為：土體浮容重γ=10kN/m3，內聚力C=10kPa，內摩擦角ψ=18.0°。樁體按懸臂式樁計算，計算公式：

式（2）、（3）中，t 為樁入土深度，m；K 為安全系數，一般取 1.1～1.2；h 為合力作用點與灘面的距離，m；P 為波浪壓力的合力；D為 樁 徑 ，m；Kp為被動土壓力系數；Ka為主動土壓力系數。

經計算，t0=5.03m，計算t=Kt0=5.78m。本次樁體懸臂高3m，樁體總長8.78m，本次設計采用9.0m 管樁，樁體最大彎矩為59.82kN·m；經采用M 法計算，樁頂最大位移為1.66cm，灘面處位移1.0cm。

4.2.2 管樁前后灘面防護

管樁建成后，波浪往復于管樁之間時，會造成經過管樁之間的水流流速瞬間增大，對管樁之間的灘面造成相對嚴重的蝕降。為保護管樁之間及其前后的灘面，在管樁后設置5m 寬的2層不小于60kg/塊的拋石護底，厚70cm。管樁前設置10m 寬底層35cm 厚不小于60kg/塊拋石，面層鋪設35cm×35cm×35cm（長×寬×高）C30 預制混凝土塊1 層；保灘工程具體結構如圖2 所示。

圖2 保灘工程結構橫斷面圖（單位：cm）

5 結語

本次工程實施后雙洋閘北側段原裸露土堤得到了很好防護，保證了主海堤的安全，同時，減緩了兩堤之間灘面的刷深。本文通過對射陽縣雙洋閘北側海堤工程的介紹可為類似海岸治理工程提供參考依據。

對于海岸線的治理是一個深遠復雜的課題，建議加強對外海灘面的觀測，對主海堤防護工程的巡視力度，做到早發現、早治理，并注意對觀測原材料的長期保留，以供后期治理需要，研究更完善的設計方案。