促淤型砂肋軟體排在海堤坡腳防護中的實踐研究

吳玉生 吳 雷 季偉偉 王 濤

（1.江蘇省通州灣江海聯動開發示范區建設交通局，江蘇 南通 226006；2.南通港集團建設投資有限公司，江蘇 南通226006；3.南通市水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 南通 226006）

0 引言

通州灣港區開發由南部港區起步，目前已通過腰沙圍墾通道工程、一港池匡圍工程初步形成規劃港池輪廓。同時北部港區與已建腰沙圍墾通道的新出?？谝黄谕ǖ拦こ陶谑┕ぶ小Ｓ捎诠こ探ㄔO對砂石料、建材需求較大，已有腰沙圍墾通道的運輸能力有限，因此為滿足港區開發建設的需要，緩解公路集疏運能力的不足，節省港口建設成本，考慮在腰沙圍墾一期通道南北向通道南端、小廟洪水道北側建設施工基地，即通州灣腰沙起步開發施工基地工程。通州灣腰沙起步開發施工基地的建設改變了原有海域的水流走向，水流不可避免地會對工程造成沖刷，對外表面造成侵蝕，進而影響整體的穩定及安全，因此海堤的防護作用顯得尤為重要。在海堤工程中，坡腳部分容易被海水沖刷，危害堤防整體穩定，尤其在汛期更顯著[1]。

該工程開工建設后，經灘面觀測，西北角處灘面出現沖刷導致的深槽，局部深槽處最深已達到-8.00m（八五國家高程基準）。因此考慮在西北角位置設置措施性土質丁壩促淤及砂肋軟體排護面，確保新建海堤外側灘面安全并達到預計促淤效果，如圖1 所示。

圖1 工程區域

1 工程現場概況

1.1 海堤概況

該工程陸域位于規劃一港池西側、已建腰沙圍墾一期通道南端，將已建腰沙圍墾一期通道南北向通道作為東側陸域邊界，通過新建南側、西側、北側圍堤，并吹填造地形成施工基地建設用地，用?？偯娣e約30 萬m2，圍堤全線總長度1420m，外圍海堤平均起圍高程-2.5m，吹填陸域高程至3.0m，同時新建腰沙圍墾一期通道南北向通道實施全幅7m寬瀝青路面，長度約4.96km。

1.2 工程問題

該工程開始建設后，將沿一期通道流動的沿堤流走向調整為順該工程堤腳走向，西南角由于已建丁壩作用，因此整體灘面形式較好；海堤西北角由于用海紅線問題，因此無法在此處布置永久性的保灘措施（丁壩）。

但海堤工程實施完成后，其潮流動力條件發生了不均勻變化，出現了沿堤流、繞堤流和灘間橫流[2]，海堤坡腳經漲退潮的不斷沖刷，堤身及附近灘面均發生了改變。且隨著工程的不斷推進，水流流向不斷被調整，海堤結構存在被破壞的可能性?，F經灘面觀測，西北角處灘面出現沖刷導致的深槽，局部深槽處最深已達-8.00m（八五國家高程基準）。西北角現場情況如圖2 所示。

圖2 西北角現場照片

海堤地基土層多為具有高流動性的砂性土，在水流沖刷的外力作用下，其孔隙水應力增大，有效應力降低，會影響地層的穩定。而砂肋軟體排由于其在韌性、強度及厚度上的優越性[3]，能適應海域施工的復雜條件，因此。本次設計考慮在西北角位置設置措施性土質丁壩促淤及砂肋軟體排護面，確保新建海堤外側灘面的安全[4]。

1.3 地質資料

圍堤及吹填區表層為灰黃～灰色粉細砂，飽和，松散～稍密，局部呈中密狀，砂質較純，顆粒較均勻，層厚一般為8.1m～13.9m，平均厚度為12.0m。一港池吹填土表層為灰黃色～灰色粉砂，飽和，松散，局部稍密，砂質較純，顆粒較均勻，厚度3.6m～10.5m，平均厚度為5.7m。

1.4 促淤型砂肋軟體排

砂肋直徑50cm，沖灌粉細砂，充盈度80%，排體邊緣2m 內砂肋加密，砂肋采用丁縫法縫接。

排體選用380g/m2復合土工布制作（由150g/m2無紡土工布與230g/m2機織土工布復合），砂肋選用200g/m2的編織布制作，加筋帶選用寬度50mm 的丙綸加筋帶。

單塊排體寬度可由施工單位根據設備、工況作適當調整。

按圖3 中的間距將丙綸加筋帶連同砂肋袋用35 支三股錦綸線縫織在380g/m2復合土工布上，軟體排采用包縫法縫制拼接，拼縫強度不小于強度的80%，軟體排排布選料時考慮3%的縫制收縮余量。

圖3 促淤型砂肋軟體排（單位：cm）

相鄰排體現場鋪設后的最小搭接寬度不得小于2m，并要求接縫處現場縫制。

鋪設10 條壓載條袋，規格為0.5m×3.5m×30m，間距按平均分布。

2 監測設備及測線布設

為了解施工區海堤堤腳水深沖刷變化情況、確保海堤安全施工，對通州灣腰沙起步開發施工基地工程海堤底腳海側50m～200m 范圍水深變化情況進行監測，監測時間為2021 年10 月27 日—2022 年6 月5 日。本工程主要投入的儀器設備有RTK-DGS、測深儀和聲速儀等。取西北角附近共計5 條測線，以堤身附近作為起點，每隔20m 布置測點，共計25個測點，測量西北角附近不同時間點水深變化情況。測線及測點布置如圖4 所示。

圖4 測線布置圖

3 監測結果與分析

3.1 測量結果

測線1 附近水深隨時間變化關系如圖5 所示，堤身附近水深較遠堤位置更深。沙肋軟體排建成后，曲線呈現明顯上升趨勢，并逐漸趨于穩定，水深降低，淤積深度增加。

圖5 測線1

測線2 附近水深隨時間變化關系如圖6 所示。與測線1相同，堤身附近水深較遠堤位置更深。沙肋軟體排建成后曲線趨于平緩，未出現明顯沖刷現象，局部區域呈現輕微上升趨勢。

圖6 測線2

測線3 附近水深隨時間變化關系如圖7 所示。沙肋軟體排建成后，曲線呈現先降低、后上升趨勢。

圖7 測線3

測線4、5 附近水深隨時間變化關系如圖8、圖9 所示，均表現為近堤位置水深比遠堤位置更淺且水深差距較大。沙肋軟體排建成后，近堤位置水深曲線比遠堤位置上升趨勢更明顯，淤積效果更好。

圖8 測線4

3.2 水深與時間關系

促淤型砂肋軟體排附近水深隨時間變化關系如圖6～圖9 所示。從測線1～5 可以看出，堤身西北角附近大部分海域在前期出現了明顯的沖刷現象，水深最大變化可達5m 左右，最大值出現在測線2 的d=0m 處，僅測線4、5 中近堤位置未出現沖刷現象。在措施性土質丁壩促淤及砂肋軟體排護面建設完成后，海堤西北角附近水深均明顯變小，即淤積深度不斷增加，促淤效果較好。

偏北區域（測線1～2）在175d 以后所有曲線均逐漸趨于平穩，淤積深度變化波動相對較小。而西北角偏西區域（測線4～5）近堤范圍對應的曲線依舊處于持續上升狀態，淤積深度不斷增加。西北角偏北區域淤積過程結束比偏西部分結束更早，但該區域遠堤范圍水深未明顯降低，甚至升高。而偏北區域的遠堤范圍變化幅度雖較小，但水深仍呈現逐漸降低的趨勢，即軟體排對該區域具有一定的促淤效果，促淤性砂肋軟體排對偏北區域影響范圍比其他區域更廣。這可能是因為丁壩在壩身后的一定范圍內具有壅高壩前水位及減緩壩后流速的作用，所以丁壩具有壩前和壩后2 個淤積區，在較快水流沖刷下，偏西區域的遠堤位置仍出現被沖刷的情況。在砂肋軟體排的削減能量沖擊及反濾的共同作用下，偏西區域的近堤位置淤積現象開始明顯，偏北區域在砂肋軟體排及措施性土質丁壩促淤的作用下，水流流速進一步下降，淤積范圍增大且較為明顯。

3.3 不同位置水深變化情況

由圖6～圖9 可知，距堤0m～40m 的水深隨時間變化曲線波動比距堤40m～80m 的更大，促淤效果在堤身附近更明顯，最大淤積深度在測量時間段內可達2.0m 以上。

水深整體隨時間變化逐漸降低，在0m～40m 的近堤區域，偏西區域比偏北區域水深更淺，淤積深度更高。而在40m～80m 的遠堤區域則恰好相反，偏北區域比偏西區域水深較淺。

3.4 不同距離水深變化情況

由圖6～圖9 可知，遠堤淤積深度穩定，近堤位置淤積深度變化相對較大，隨著測線的延伸，水深增加，淤積高度降低。偏北區域（測線1、2）及拐角區域（測線3）的淤積深度隨測線的延伸逐漸趨于穩定，而偏西區域（測線4、5）隨測線的延伸逐漸降低且變化幅度較大。

圖9 測線5

4 工程效果

措施性土質丁壩及促淤性砂肋軟體排護面建設完成后，原沖刷現象得到明顯改善。軟體排覆蓋在水流沖刷較明顯處，在防止灘面砂土被沖刷掉的同時，也削弱了水流的沖擊力，在西北角附近形成了較為明顯的促淤效果，整體灘面形勢較好，對海堤堤腳形成了有效防護。

5 結論

該文以促淤性砂肋軟體排護面及措施性土質丁壩相結合的形式對海堤堤腳進行防護，削弱了海水對堤腳的沖刷效應，確保了海堤整體的安全。對西北角不同位置水深的測量及分析，研究促淤性砂肋軟體排促淤保灘的效果，主要結論如下：1）促淤及砂肋軟體排護面建設完成后，西北角附近水深均明顯變小，淤積深度不斷增加。2）在砂肋軟體排的削減能量沖擊及反濾的共同作用下，水流流速進一步下降，促淤范圍逐漸變大。3）近堤范圍內水深隨時間變化曲線波動比遠堤更大，促淤效果在堤身附近更明顯，最大淤積深度在測量時間段內可達2.0m 以上。