連云港贛榆區小口攔砂壩防護方案比選分析

王玉甫，張 言，宗國營，占 飛

（1.連云港市水利規劃設計院有限公司，江蘇 連云港 222006；2.連云港徐圩港口投資集團有限公司，江蘇 連云港 222006）

0 引言

小口攔砂壩工程位于海邊，施工期間受潮水影響，只能趕潮施工，施工時間較短，混凝土強度難以達到設計要求，灌砌體抗沖刷能力差，容易被損毀。且攔砂壩壩體及外側拋石塊體較小，重量較輕，整體性差，抗風浪能力弱，受“梅花”“達維”“菲特”等多次超標準強臺風襲擊，拱圈及護面脫落損毀，壩體出現多處塌陷、斷裂等現象，造成小口攔砂壩目前攔砂效果差，海砂南移龍王河入海口處淤積嚴重，危及片區人民生命和財產安全。基于以上情況，本次小口攔砂壩維修加固工程考慮對1#壩、2#壩均進行維修加固。本文對小口攔砂壩防護方案進行分析。

1 工程概況

小口攔砂壩位于連云港市贛榆區海頭鎮小口村南，主要功能為攔截海砂，防止龍王河入海口淤積。現狀攔砂壩共兩條：1#壩實測長度270 m，海堤樁號約30+895 處，為第一輪海堤達標建設項目；2#壩實測長度350 m，位于海堤樁號約31+935 處，由當地政府新建。兩座攔砂壩均已運行15 年。小口攔砂壩位置圖見圖1。

圖1 小口攔砂壩位置圖

2 攔砂壩選址及堤線布置

本工程對1#攔砂壩、2#攔砂壩進行維修加固，攔砂壩壩頂高程按平均潮位+0.50 m 超高來控制，攔砂壩處平均潮位2.06 m，壩頂高程取為2.60 m。

1#壩長度及堤線維持現狀不變，與海堤軸線垂直；2#壩壩身主體堤線維持現狀不變，壩身主體堤線與海堤堤線成84°夾角，但為了與同期實施的龍王河口海堤防護工程銜接，攔砂壩首端轉向與海堤裹頭處垂直，首端長度較現狀減少了40 m，因此2#壩長由原350 m 調整為310 m。

3 攔砂壩護坡結構方案比選

本次外坡防護擬對預制混凝土柵欄板護坡、預制混凝土四腳空心塊護坡及預制混凝土扭王塊護坡三種方案的投資及其優缺點進行比較。

3.1 預制混凝土柵欄板護坡

3.1.1 混凝土柵欄板護坡厚度計算

混凝土柵欄板護坡厚度計算根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.5-8）公式計算[1]：

式中：t 為混凝土柵欄板的厚度，m；m 為斜坡坡率，取1.5；d為堤前水深，m，本工程取3.44 m；γb為混凝土異型塊重度，取24 kN/m3；γ 為水的重度，取10 kN/m3；H 為計算波高，m，本工程H13%=2.36 m。

經計算，混凝土柵欄板護坡厚度不得小于0.28 m。

3.1.2 預制混凝土柵欄板護坡設計

混凝土柵欄板平面形狀為長方形，長短邊的比值為1.25，混凝土柵欄板護坡結構布置根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.5-1～7）公式計算：

式中：H 為計算波高，m，本工程H13%=2.36 m；a0為柵欄板長邊，沿斜坡方向布置，m；b0為柵欄板短邊，沿堤軸線方向布置，m。

經計算，混凝土柵欄板護坡結構尺寸見表1。

表1 混凝土柵欄板護坡結構尺寸計算表

本次設計柵欄板為C35 預制混凝土結構，施工時需吊裝，為了吊裝方便（減輕柵欄板單塊重量），根據實際坡線布置需要，本次設計柵欄板長邊（沿斜坡方向）由計算值2.95 m 調整為2.20 m，短邊（沿軸線方向）由計算值2.36 m 調整為1.76 m。根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.5）要求，柵欄板寬度每增加或減少1 m，厚度t 可相應減少或增加50 mm[2]。因此本次設計柵欄板厚度需適當增加，本次設計柵欄板寬度比計算值減小約0.80 m，厚度需增加約0.04 m，根據表2 計算成果，本次設計混凝土柵欄板護坡厚度不得小于0.28+0.04=0.32 m，本工程柵欄板厚度取值為0.32 m 以滿足規范要求[1]。

綜上所述，本工程柵欄板尺寸如下：排水通道高δ 為0.10 m，格柵厚度為0.32 m，兩側邊梁高度為0.42 m，單塊平面尺寸為2.20 m×1.76 m，單塊體積為0.85 m3，單塊重量為2.05 t。

3.2 預制混凝土四腳空心塊

3.2.1 混凝土四腳空心塊穩定重量計算

四腳空心塊的穩定質量計算根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.6-1）公式計算：

式中：Q 為護坡塊體的穩定質量，t；γb為混凝土異型塊重度，kN/m3，取24 kN/m3；γ 為水的重度，kN/m3，取10 kN/m3；H 為計算波高，m，H13%=2.36 m；KD為塊體的穩定系數，安放一層，取KD=14；m 為斜坡坡率，取1.50。

經計算，混凝土四腳空心塊個體穩定質量不得小于0.55 t。

3.2.2 混凝土四腳空心塊護坡厚度計算

四腳空心塊護坡厚度計算根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.6-2）公式計算：

式中：t 為塊體護坡層厚度，m；γb為混凝土預制塊重度，kN/m3，取24 kN/m3；n 為護坡塊體層數，n=1；C 為塊體形狀系數，安放一層，取C=1.4。

經計算，水毀加固段混凝土四腳空心塊護坡層厚度不得小于0.86 m。

3.2.3 混凝土四腳空心塊護坡設計

根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）附錄J 公式計算。本方案四腳空心塊設計尺寸如下：長×寬為1.50 m×1.50 m，厚度為0.90 m，單塊體積為1.01 m3，單塊重量為2.42 t。

3.3 預制混凝土扭王塊

根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）J.0.6 條，采用預制混凝土異型塊體或經過分選的塊石作為斜坡堤護坡面層的計算按下列規定：

（1）穩定質量計算

波浪作用下單個預制混凝土異型塊體的穩定質量可按下式計算：

式中：Q 為主要護面層的護面塊體、塊石個體質量，t；γb為預制混凝土異型塊體或塊石的重度，24 kN/m3；γ 為水的重度，10 kN/m3；H 為設計波高，m，當平均波高與水深的比值＜0.3 時宜采用H5%，當H/d≥0.3 時宜采用H13%，本工程取H13%=2.36 m；KD為穩定系數，取18；m 為斜坡坡率，為1.5。

經計算，扭王塊穩定質量Q=0.43 t。

（2）護面厚度計算

預制混凝土異型塊體護面層厚度可按下式計算：

式中：t 為護面厚度，m；n 為護面塊體層數，為1；C 為系數，取1.36。

經計算，扭王塊護坡層厚t=0.76 m。

根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014），本方案扭王塊選用B 型扭王塊，扭王塊高度h=1.00 m，單塊體積0.265 m3，單塊重量為0.64 t。

3.4 優缺點比較

根據類似工程的設計和管理運用經驗，三種方案各自優、缺點見表2。

表2 防護工程方案主要優、缺點比較表

通過以上優缺點比較，方案三預制扭王塊護坡方案投資最大，不經濟，本次設計不予考慮。方案一預制柵欄板護坡，雖然消浪效果較好，外形美觀，但是適應變形能力稍差，影響攔砂壩的抗風潮能力，不利于結構耐久性，雖然單位方量投資低，但是由于柵欄板厚度薄，受風浪侵蝕后易破損，本次設計也不考慮該方案。

方案二預制四腳空心塊護坡具有消浪效果好、外形美觀、具有較強的抗風浪能力，適應變形能力強等優點，相對于其他的方案也有很明顯的優點。近幾年在連云港多處防波堤上多采用該種護坡形式，經驗證，效果很好，比較適宜本工程情況[2]。

因此，本次設計推薦方案二：預制四腳空心塊護坡方案。

4 結論

經過分析，小口加固攔砂壩迎水坡及背水坡坡比均為1∶1.5，壩頂寬度為2.50 m，壩頂高程為2.60 m，壩底標高為0.00～-1.00。壩面層采用塊石結構，壩心內采用20 kg～80 kg 塊石，兩側壩腳內側為混凝土預制塊壓腳，外側設設大于80 kg 塊石壓腳。壩坡護面采用混凝土四腳空心塊，沿壩坡方向為2～3 塊，四腳空心塊單塊平面尺寸為長×寬為1.50 m×1.50 m，厚度為0.90 m；壩頂采用預制混凝土塊護頂。

小口攔砂壩維修加固工程實施完成后，將恢復原攔砂功能，防止龍王河入海口淤積，保障贛榆區沿海開發的建設，將為沿海地區的經濟發展提供可靠屏障和重要支撐。