臧振濤，陳振華，劉林松，高 健

（1.浙江水院勘測設(shè)計研究有限公司，浙江 杭州 310018；2.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310018）

1 問題的提出

圍墾工程對于沿海區(qū)域開發(fā)利用土地資源以及促進經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要，如何解決圍墾工程施工期的海堤度汛防護也是一項值得研究的問題[1]。海堤施工期安全度汛主要包括龍口段和非龍口段海堤度汛，其中非龍口段海堤由于尚未達到設(shè)計高程，施工期限長，大潮期臺風(fēng)來臨時可能形成堤身越浪或失穩(wěn)，對圍墾區(qū)閉氣土方造成沖刷，進而對海堤安全產(chǎn)生不利的影響，且影響工程施工進度，成為海堤施工安全度汛的關(guān)鍵階段。

目前，關(guān)于施工期非龍口段海堤度汛的主要工程措施是放緩?fù)夂?cè)坡比，將較大塊石拋填在外海側(cè)，以起到消浪的目的。這種度汛方案適用于大塊石料源充足的中小型圍墾工程，但對于單體大、堤線長、需經(jīng)歷多個汛期且石料來源不足或料源較差的圍墾工程卻不適用。為此，結(jié)合溫州市甌飛一期圍墾工程的實際情況，開展施工期快速安全度汛結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場試驗研究，通過2016年臺汛期的第14號及16號臺風(fēng)的驗證，提出一種海堤施工期快速度汛防護結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠很好地結(jié)合永久護面結(jié)構(gòu)，且施工方便、造價較低，從而為該圍墾工程施工期提供一種快速度汛方案，也為其它類似工程提供一定參考。

2 工程概況

溫州市甌飛圍墾工程是全國單體最大的圍墾工程，位于浙江東南沿海甌江河口和飛云江河口之間的灘涂區(qū)域。甌飛一期圍墾工程圍墾面積約0.885萬hm2（13.28萬畝），堤線總長約36.66 km，施工計劃總工期9.5 a（分北片與南片）[2]，估算總投資273億元，北片與南片分別已于2013年7月、2016年7月開建，截止本次研究開始之時，主堤拋石高程5.50 ～ 6.00 m，閉氣土方填筑高程0.00 ～ 2.00 m，1.00鎮(zhèn)壓平臺外肩混凝土、外坡肩100 cm厚灌砌塊石正在施工。圍墾工程的度汛設(shè)計標準根據(jù)其工程等級和主要建筑物海堤、水閘的級別來確定，一般采用10 ～ 20 a一遇設(shè)計高潮位及其典型潮型[3]。甌飛一期圍墾工程中，海堤度汛按汛期20 a一遇風(fēng)浪設(shè)計。

甌飛一期圍墾工程采用霓嶼料場的石料，通過對該石料場地質(zhì)狀況、開采、裝卸及運輸方式等調(diào)研顯示：該礦區(qū)能滿足試驗區(qū)設(shè)計要求的塊石開采率平均為10.9%；塊石在裝卸運輸至現(xiàn)場后會發(fā)生二次破損，實際施工時的塊石厚度、重量難以滿足原設(shè)計要求；絕大多數(shù)塊石很難滿足有2個平面，導(dǎo)致砌筑后塊體較難緊靠、間隙較大。

3 現(xiàn)場度汛試驗方案

由于甌飛一期圍墾工程具有單體大、堤線長、時間跨度大（從施工至完成需經(jīng)歷多個臺汛期）、防護等級高、料源較差等特點，為了在施工期能夠快速安全度汛，并結(jié)合永久結(jié)構(gòu)斷面以提高石料利用率、減少工程造價，在施工現(xiàn)場開展施工期快速度汛的方案研究。

3.1 水文條件

試驗堤位于在甌飛一期圍墾北片的南端、2#隔堤與主堤交接處“觀景平臺”的北側(cè)，是甌飛一期圍墾工程風(fēng)浪條件最惡劣的區(qū)域（見圖1）。該試驗段20 a一遇設(shè)計潮位：年最高設(shè)計潮位為4.72 m，非汛期最高設(shè)計潮位為4.03 m，年最低設(shè)計潮位為- 3.72 m；工程20 a一遇的各累計頻率設(shè)計堤前波要素見表1。

圖1 試驗區(qū)位置示意圖

表1 甌飛一期20 a一遇各累計頻率設(shè)計堤前波要素表

3.2 度汛典型斷面

整個試驗堤堤頂內(nèi)口為4.42 m高程（指試驗期施工高程，余同），堤頂向外海側(cè)設(shè)坡比5%，堤頂外肩高程為4.00 m，下接1∶2斜坡至1.00 m高程，另加2.00 m的坡腳（見圖2）。

圖2 試驗區(qū)典型斷面圖

考慮到現(xiàn)場試驗期間，實際遭遇的風(fēng)向、波浪動力等較難估計，不能像室內(nèi)物模試驗?zāi)菢涌梢匀藶榭刂?，為取得不同波浪動力作用下的度汛護面的穩(wěn)定成果，在保證試驗堤斷面幾何尺寸不變的前提下，適當改變不同比尺下護面結(jié)構(gòu)層厚度、塊石單塊尺寸與重量、混凝土強度，并根據(jù)相應(yīng)比尺改變試驗區(qū)的堤頂寬度、堤前水深等，在試驗區(qū)開展度汛護面結(jié)構(gòu)試驗。

3.3 度汛試驗方案

本次度汛斷面試驗是結(jié)合海堤迎海側(cè)永久工程防護結(jié)構(gòu)，提高海堤施工期的度汛防護標準，在每年的臺汛前，對拋石堤迎潮面的肩部、頂部、越浪沖擊等部位，先行采取適應(yīng)一定沉降變形的工程防護措施，汛后該工程措施作為永久防護結(jié)構(gòu)的一部分。為此在現(xiàn)場開展坡肩灌砌塊石、備料塊石防護、半灌及塊石備料方案[1]研究。

試驗堤堤頂除噴灌塊石防護部位外，應(yīng)采用含大塊石級配正常的“塊石混合料”填筑壓實，堤頂不得采用挑除大塊石后的石渣料填筑。

3.3.1 方案1： 坡肩灌砌塊石方案

試驗段1#：試驗堤按照設(shè)計尺寸進行塊石理拋（塊石重量為100 ～ 200 kg，具有至少2個平面且表面粗糙的石料）后，在堤頂2.00 m，堤頂外肩1.00 m、1∶2斜坡坡腳1.00 m范圍采用C8混凝土灌砌，灌注厚度為35 cm。

試驗段2#：試驗堤按照設(shè)計尺寸進行塊石理拋（塊石重量為50 ～ 100 kg，不具有平面、表面粗糙的石料）后，在堤頂2.00 m，堤頂外肩1.00 m采用C8混凝土灌砌，灌注厚度為25 cm。

灌砌部分需埋設(shè)排水孔，孔徑7.5 cm、3 ～ 4孔為1組，縱橫間距50.0 cm，孔底包土工布，并在灌注完工后將其戳破。

3.3.2 方案2： 備料塊石防護方案

試驗段3#：試驗堤堤頂4.00 m，堤頂外肩1.00 m、1∶2斜坡及其坡腳采用兩層重量為250 kg的塊石理拋，理拋塊石總厚度為80 cm。

3.3.3 方案3：半灌及塊石備料方案

試驗段4#：試驗堤堤頂3.00 m采用C8混凝土半灌大塊石，塊石厚度為50 cm；堤頂外肩2.00 m、1∶2斜坡及其坡腳采用2層重量為250 kg的塊石理拋，總厚度為80 cm；下墊層選用厚度為20 cm的小石塊。

試驗段5#：試驗堤堤頂2.00 m采用C8混凝土半灌大塊石，塊石厚度為35 cm；堤頂外肩2.00 m、1∶2斜坡及其坡腳采用3層塊石理拋，總厚度為80 cm；下墊層選用厚度為20 cm的小石塊。

4 度汛方案對比分析

海堤施工期度汛防護的結(jié)構(gòu)與永久防護結(jié)構(gòu)明顯不同，具有以下特點：

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”；

（1）要求所保護的主堤的主體部分“沖而不坍”；

（2）要求采取的工程措施便于快速施工；

（3）盡量與永久結(jié)構(gòu)結(jié)合、額外成本低。

4.1 數(shù)據(jù)采集分析

為了達到試驗效果，捕捉試驗區(qū)塊石護面結(jié)構(gòu)受破壞期間所經(jīng)歷的臺風(fēng)、波浪、潮位等相關(guān)參數(shù)，在試驗區(qū)安置了水位計、波浪儀及測風(fēng)儀。

試驗段于2016年7月30日完工，對度汛試驗區(qū)有影響的臺風(fēng)主要有第14、16號臺風(fēng)（“莫蘭蒂”“馬勒卡”）。經(jīng)提取并分析相關(guān)數(shù)據(jù)可知，臺風(fēng)期間試驗區(qū)內(nèi)的波高、潮位變化見圖3。

圖3 臺風(fēng)期間潮位、波高與時間變化曲線圖

由圖3可知，2場臺風(fēng)期間，對試驗區(qū)有影響較大的時間段統(tǒng)計分析如下：

臺風(fēng)“莫蘭蒂”“馬勒卡”影響試驗區(qū)期間恰遇天文大潮期（農(nóng)歷八月十五至八月十八），試驗堤頂、護肩、1∶2斜坡經(jīng)歷4次高潮位疊加大波浪的沖擊時段、潮位、波高、風(fēng)速等見表2。

表2 臺風(fēng)“莫蘭蒂”“馬勒卡”影響試驗區(qū)的相關(guān)要素表

4.2 現(xiàn)場方案對比分析

試驗段遭遇多次超試驗工況的風(fēng)浪越浪沖擊后（試驗工況指試驗時相當于20 a一遇度汛防護設(shè)計標準的潮位、波浪組合，即潮位3.40 m + 最大波高1.66 m），現(xiàn)場查看統(tǒng)計失穩(wěn)狀況（現(xiàn)場照片見圖4），安全度汛試驗段護面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況見表3。

圖4 臺風(fēng)過后試驗區(qū)失穩(wěn)照片圖

表3 臺風(fēng)期后度汛護面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定情況統(tǒng)計表

通過現(xiàn)場試驗，可以得到如下結(jié)論：

（1）相同風(fēng)浪條件下，采用50 ～ 100 kg、厚35 cm塊石灌砌結(jié)構(gòu)（試驗段2#）的防護能力明顯弱于100 ～ 200 kg、厚25 cm塊石灌砌結(jié)構(gòu)（試驗段1#），這主要是由于灌砌塊石的透水率還是較低，當護面結(jié)構(gòu)較薄且塊石重量不足時，易發(fā)生拋起破壞。

（2）同樣風(fēng)浪條件下，與試驗段1#相比，采用半灌及塊石備料的護面結(jié)構(gòu)雖然局部遭到?jīng)_蝕，但能保持度汛防護的功能，能夠滿足施工期度汛防護的任務(wù)，且不需布置排水孔，施工速度快、混凝土用量少。

（3）單依靠備料塊石很難完成甌飛一期圍墾工程的大風(fēng)浪區(qū)域的施工期快速安全度汛，但由于其具有施工速度快、工藝簡單，可用于塊石充足、風(fēng)浪較小的區(qū)域。

4.3 經(jīng)濟效率評估

根據(jù)施工期安全度汛防護設(shè)計斷面及概算單價，對3種方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較（見表4）。

表4 度汛防護結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案技術(shù)經(jīng)濟比較表

通過技術(shù)經(jīng)濟比較可以看出，方案3具有以下特點：

（1）由于采用混凝土半灌施工工藝，施工理拋塊石時，不需要特意保證塊石間的縫隙（灌砌塊石縫隙為8 cm），采用半灌混凝土工藝，加快了施工進度，且施工工藝簡單，便于現(xiàn)場施工作業(yè)；

（2）表面凸凹不平，具有較好的消浪性能；

（3）采用半灌混凝土施工工藝，提高了塊石間的嵌固力及摩擦力，增強了塊石的穩(wěn)定性；

（4）在永久性結(jié)構(gòu)施工時，將半灌部分進行刨毛、混凝土灌砌找平，可以作為鎮(zhèn)壓平臺的一部分，較好地與永久護面結(jié)構(gòu)相結(jié)合

（5）整體施工速度快、結(jié)構(gòu)簡單，綜合成本較低。

綜合考慮，建議方案3作為甌飛一期圍墾工程施工期度汛的主推方案，方案2可應(yīng)用于風(fēng)浪明顯小的堤段度汛。

5 結(jié) 語

為了解決圍墾工程中非龍口海堤施工期快速度汛的問題，在甌飛一期圍墾工程開展現(xiàn)場試驗研究，試驗方案主要有方案1（坡肩灌砌塊石方案）、方案2（備料塊石防護方案）及方案3（半灌及塊石備料方案）。

試驗區(qū)先后經(jīng)歷臺風(fēng)“莫蘭蒂”“馬勒卡”，通過對2場臺風(fēng)期間的波高、潮位、風(fēng)速等采集分析，結(jié)合現(xiàn)場試驗區(qū)的穩(wěn)定情況及技術(shù)經(jīng)濟比較可知，方案3具有較好的透水性能、消浪性能、施工工藝簡單、施工速度快、綜合造價較低且能與永久結(jié)構(gòu)相結(jié)合。最終建議方案3作為甌飛一期圍墾工程施工期快速度汛的主推方案，方案2可應(yīng)用于風(fēng)浪明顯小的堤段度汛。該現(xiàn)場試驗研究也可為類似的大型圍墾工程提供一種施工期快速度汛的施工方案。

[1] 易曉輝.淺談長江口中低灘圍墾工程龍口合龍關(guān)鍵技術(shù)[J].中小企業(yè)管理與科技，2016(7)：107 - 110.

[2] 蔡佳佳.甌飛一期圍墾工程建設(shè)對龍灣二期圍涂工程影響研究[J].水運工程，2016(11)：11 - 13.

[3] 胡能永，翁保忠.圍涂工程施工安全度汛設(shè)計[J].大壩與安全，2008(5)：16 - 18.

[4] 孫德勇，臧振濤.嵌固力作用下砌石護面的穩(wěn)定性[J].水運工程，2017(5)：22 - 24.