圍涂工程海堤設計關鍵技術研究

徐建忠

（浙江中水東方建設工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310003）

0 引言

瑞安市近年城市不斷擴張,人多地少的矛盾日益激化,已成為制約瑞安國民經濟可持續發展的重要因素。為緩解用地緊張,保護現有耕地資源,圍墾造地成為一種有效途徑[1]。丁山附近的灘涂涂面比較平坦,開發條件較好,圍成后近期可以發展外向型水產養殖,遠期全部作為經濟技術開發區的工業建設用地,因此丁山圍涂的建設十分必要。鑒于海堤所處地質土層多為壓縮性高、含水率高的軟土,如何選擇適宜的處理手段和海堤斷面型式以滿足設計要求成為一項重要研究課題。

1 工程概況

瑞安市丁山三期西片圍涂工程圍墾面積約3.584 萬畝,海堤的南端點與丁山二期圍涂工程的北堤端點一致,總長7592 m,由4460 m 南段及3132 m 北段組成。海堤防潮標準為50年一遇高潮位與同頻率風浪相組合,設計高潮位5.0 m,允許部分越浪。圍區功能主要是圍涂造地,保護范圍3.58 萬畝,確定工程為Ⅲ等。主要建筑物海堤、水閘為3 級,隔堤為5 級,水閘施工圍堰為5 級。

2 海堤設計關鍵技術

2.1 地基處理

工程堤線的涂面高程約為0.5 m~1.50 m。海堤堤基淤泥層深厚,一般厚在25 m~29 m 左右,為高壓縮性、高靈敏度、低強度軟弱土層。目前在灘涂圍墾工程中使用較多的地基處理方式有：直接鋪設高強度土工布對地基不作處理、塑料插板排水固結法、爆炸擠淤法、淤泥固化地基處理等。

2.1.1 直接鋪設高強度土工布,對地基不作處理

本方案直接在灘地上鋪設高強度土工布后直接拋塊石,地基不再處理。該方案因施工工期長、工后沉降大、設計斷面大、投資大等原因已不再適合本圍涂海堤工程,只在拋石加載高度比較低的施工便道中采用。

2.1.2 塑料插板排水固結法

塑料插板排水固結法,利用在軟土地基中打設豎向的塑料排水板,大大縮短地基排水滲徑,加速地基固結速率,從而快速提高地基的承載能力。本工程海堤沿線涂面高程在0.5 m~-1.0 m,在平均潮位以下,目前可采用候潮打設塑料排水板,應用較多、工程經驗較豐富,其打設精度可滿足工程要求。

2.1.3 爆炸擠淤法

該方法通過爆炸擠淤置換了地基中一定深度內強度極低的軟土層,使得地基土中可壓縮土層大大減少,其工后沉降較小。該方法具有施工進度快,結構安全可靠,度汛抗臺能力強等優勢。近年來,隨著爆炸擠淤置換技術的發展,提出了控制加載爆炸擠淤置換法,置換深度大大提高,可達20 m以上,地基處理效果明顯。鑒于本工程不具備爆炸擠淤法的料源條件,且重要項目不允許爆炸施工,不作比較。

2.1.4 淤泥固化地基處理

淤泥固化為一種新型地基處理技術。淤泥固化材料由工業廢棄材料復合而成,固化深度可達12 m,范圍30 m。淤泥固化固結速度快,固結強度高,14 天強度可達到200 kPa,固結后形成的土體水穩定性好,耐久性強。本方案地基處理成本最高,且施工受潮水影響最大,也無法保證進度,故海堤地基處理不采用。

本次設計考慮地基應特殊處理范圍為新建海堤與已建海堤交界處60 m 范圍,地基處理工藝采用淤泥固化技術。

2.1.5 地基處理技術比選

對上述幾種地基處理技術做方案比選,見表1。

表1 地基處理方案比較表

從表1 比較成果可以看出,直接鋪設高強度土工布對地基不作處理方案由于投資大,施工工期長,淤泥固化地基處理均為新工藝,且投資大,風險高,均不予采用。而爆炸擠淤法,該方法通過爆炸擠淤置換了地基中一定深度內強度極低的軟土層,使得地基土中可壓縮土層大大減少,其工后沉降較小,地基處理效果明顯。但爆炸擠淤法石料用量大,故要求石料場離工程區較近,本工程石料場位于上干山島,離工程區有8 km 距離,不符合爆炸擠淤法的料源條件,且本工程區有重要設施,也不允許爆炸施工,故不予采用。

綜上所述,塑料插板排水固結法利用在軟土地基中打設豎向的塑料排水板,大大縮短地基排水滲徑,加速地基固結速率,從而快速提高地基的承載能力,且其施工工期、工程投資相對合理。本工程海堤沿線涂面高程在0.5 m~-1.5 m,在平均潮位以下,目前可采用候潮打設塑料排水板,應用較多、工程經驗較豐富,其打設精度可滿足工程要求。故本工程地基處理采用塑料插板排水固結法方案。

2.2 海堤斷面型式

在已選定的塑料排水板地基處理基礎上,對海堤堤型結構型式進行方案比選。采用塑料排水板地基處理的海堤一般可分成3 種：重力式、斜坡式、混合式。鑒于本工程地基土為深厚的淤泥質軟土,若選用重力式,由于堤身較高,重力式擋墻荷載大而集中,對地基承載力要求高,顯然不合適。故主要針對塑料排水板地基處理擬定混合式和斜坡式兩種海堤結構型式進行分析比選。

2.2.1 方案一：迎潮面帶直立式擋墻的混合式堤型

斷面形式：混合式。

地基處理：采用塑料排水板地基處理,并輔以土工織物加筋。

堤頂結構：砼路面、外肩設鋼筋砼防浪墻,堤頂寬度5.5 m（含防浪墻）,堤頂防浪墻高程8.37 m,路面高程7.27 m。

迎潮面結構：自堤頂至高程4.6 m 為直立式砼灌砌塊石擋墻,在高程4.6 m 處設灌砌塊石平臺,寬4m,自高程4.6 m至2.5 m 設1∶4 斜坡段,以2.0 T 砼四腳空心塊護面,下接8 m寬平臺設2.0 t 砼四腳空心塊消浪,其后為鎮壓平臺寬14 m,末級坡1∶5,表層均采用80 cm 厚砼灌砌塊石護面,堤腳處設大塊石護腳。

堤內坡及閉氣土方：堤內坡閉氣土方的斷面應滿足土坡自身的整體穩定要求以及海堤防滲要求。同時堤頂后的背水坡應滿足越浪防沖要求。具體設計為在高程4.3 m 和2.5 m處設置寬7 m 及17 m 的平臺,靠圍區側坡腳設拋石棱體,內坡坡比自上而下分別為1∶3、1∶5 和1∶28。4.30 m 以上土坡采用30 cm 厚漿砌塊石護面。

不同材料間過渡處理：土方與拋石、土方與砼路面、土方與背水坡干砌石護坡等以無紡土工布及石碴墊層作為過渡層。

2.2.2 方案二：斜坡式

斷面形式：斜坡式。

地基處理：塑料排水板。

堤頂結構：同方案一。

迎潮面結構：自堤頂至高程4.5 m 為1∶3 斜坡,采用2.0 t四腳空心塊護坡,在高程4.5 m 處設平臺,寬8 m,以2.0 t 砼四腳空心塊護面,下接1∶10 斜坡,末級坡為1∶5,護坡材料為80 cm 厚砼灌砌塊石護面,堤腳處設大塊石護腳。

堤內坡閉氣土方、過渡層設置同上。

2.2.3 方案比選

方案一混合式：海堤的特點是外坡為變坡結構。當斷面組合得當,可兼有斜坡堤和直立堤兩者的優點,而避免其缺點,但邊坡轉折處,波浪紊亂,波能較集中,容易變形破壞,應予補強。帶平臺的復式斷面,一般可以削減波浪爬高,有利塘身穩定。但增設平臺工程量較大,平臺易遭波浪破壞,要求結構牢固可靠,宜結合鎮壓層設置低而寬的型式,以利自身的穩定。斷面體型設計得當,可兼顧各方面的要求,工程量小,造價低。

方案二斜坡式主要優點是：堤身體型大,對潮浪沖擊適應性好,斜面能消散部分波浪能量；護面結構及施工技術簡單維修容易。主要缺點是：斷面大,占地多,筑堤土、石料方量較大；當外坡為1∶1.5~1∶3 左右時,波浪爬高值較大,所需堤頂高程高。兩方案的經濟技術比較見表2。

表2 典型斷面方案技術經濟比較表

方案一是圍涂工程中廣泛使用的堤型,具有成熟的施工組織及施工工藝,也具有多年實際運行經驗,經歷了近年多次大臺風的考驗。

方案二的主要缺陷是堤頂高程高、斷面大、導致石方量大、沉降量大,從而造價較高,因而,實際工程使用較少。

從表2 可以看出,方案一相對方案二具有堤身斷面小、堤頂高程低、堤身沉降小、土料和石料用量小、占地小、造價較低等優點,且所采用的也均為常用結構型式,具有施工工藝成熟、普及等特點,具有大量成功運行經驗。故最終海堤斷面結構型式推薦堤型方案一：混合式+塑料排水板地基處理。

3 結語

丁山三期西片圍涂工程采用塑料排水板法處理海堤地基,同時結合地基處理方式優選出迎潮面帶直立式擋墻的混合式堤型,很好的改善了固結效果,控制了海堤的整體穩定性和工后沉降,縮短了建設工期,具有顯著的經濟社會效益。