謝 龍，周 建

(1.溫州市甌飛經(jīng)濟(jì)開發(fā)投資有限公司,浙江 溫州 325025;2.溫州市甌飛開發(fā)建設(shè)投資集團(tuán)有限公司,浙江 溫州 325025)

甌飛一期圍墾工程位于溫州市甌江、飛云江河口間平直岸灘，東臨大海，西連瑞安丁山、龍灣永興、天城、海濱等沿海圍墾區(qū)，南順飛云江北岸至長拔山，北順甌江口南岸，經(jīng)批準(zhǔn)的規(guī)劃用海面積為13.28萬畝，堤線總長36.6公里，總工期9.5a，概算投資272.9億元[1]，工程分兩階段實(shí)施，主體工程北區(qū)于2013年7月份開工。

甌飛圍墾一期工程是全國單體最大的圍墾工程，海堤迎潮面永久護(hù)面結(jié)構(gòu)與施工期安全度汛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工是圍墾工程建設(shè)過程中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。斜坡堤迎浪面是承受波浪作用的主要部位，其護(hù)面結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性對(duì)堤壩的安全至關(guān)重要[2]。不同的護(hù)面結(jié)構(gòu)在波浪作用下受力機(jī)制不同，穩(wěn)定性的表現(xiàn)也有很大不同。因此，有必要對(duì)護(hù)面不同斷面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行研究，通過系列模型試驗(yàn)[3]，觀測各度汛斷面在不同高潮位和波浪條件下的波浪爬高、越浪量；鎮(zhèn)壓層、護(hù)面墊層的作用情況以確保所優(yōu)選的方案滿足實(shí)際工程的穩(wěn)定性要求。

1 設(shè)計(jì)斷面

本次試驗(yàn)共有3個(gè)典型斷面：

(1)第1個(gè)斷面為甌飛圍墾工程海堤度汛斷面，即為施工期斷面，堤前水深為-3.25m，采用斜坡式方案，堤頂高程為3.8m，采用灌砌塊石護(hù)面，灌砌塊石護(hù)面有滿灌、條灌、點(diǎn)灌(兩種開孔率)[4]等方案，如圖1所示；

圖1 第1種典型斷面

(2)第2個(gè)斷面為甌飛圍墾工程海堤度汛斷面，即為施工期斷面，堤前水深為-3.25m，采用斜坡式方案，堤頂高程為3.8m，采用400～800kg大塊石護(hù)面，如圖2所示；

圖2 第2種典型斷面

(3)第3個(gè)斷面為甌飛圍墾工程海堤使用期斷面，堤前水深為-3.25m，采用復(fù)式方案，堤頂高程為7.8m，擋浪墻頂高程為8.8m，如圖3所示。

2 各方案比較

2.1 拋填厚度

試驗(yàn)中對(duì)各度汛期斷面護(hù)面進(jìn)行了雙層理拋單重400～800kg塊石、厚度為35cm滿灌灌砌塊石、條灌灌砌塊石及點(diǎn)灌灌砌塊石等多種不同的方案試驗(yàn)，根據(jù)《Rock manual》[5]推薦公式：中值粒徑Dn50=(M50/ρ)1/3，厚度t=nktDn50，單層理拋單重為200～300kg塊石厚度約為35cm，單層理拋單重400～800kg塊石厚度約為57cm，雙層理拋單重400～800kg塊石厚度約為100cm，單層理拋單重800～1000kg塊石厚度約為70cm，雙層理拋單重800～1000kg塊石厚度約為122cm。

圖3 第3種典型斷面

表1 塊石重量和拋填厚度對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.2 鎮(zhèn)壓層坡肩及下斜坡

表2 坡肩及下斜坡護(hù)面方案比較

2.3 鎮(zhèn)壓層后部

對(duì)于鎮(zhèn)壓層后部，各級(jí)潮位及相應(yīng)波浪組合作用下，滿灌灌砌塊石均失穩(wěn)，條灌及兩種開孔率點(diǎn)灌灌砌塊石均穩(wěn)定，400～800kg塊石護(hù)面均少數(shù)滾動(dòng)，失穩(wěn)率[7]均沒有超過5%，除了滿灌灌砌塊石以外，其余各種護(hù)面型式均可行，可根據(jù)施工條件、石料來源及綜合造價(jià)選用，具體見表3。

2.4 斜坡

根據(jù)表4可知，對(duì)于巨石堆，20年一遇潮位及相應(yīng)20年一遇波浪作用下，3.8m高程以上部分均失穩(wěn)，平均高潮位2.46m及相應(yīng)50年一遇波浪作用下，3.8m高程以上大部分失穩(wěn)，但未引起度汛堤整體垮塌，對(duì)于度汛期斷面而言，是能滿足要求的，50年一遇高潮位及相應(yīng)50年一遇波浪僅半小時(shí)作用下，巨石堆3.8m以上部分完全失穩(wěn)，迎浪面斜坡塊石也大量滾動(dòng)，而采用點(diǎn)灌灌砌塊石斜坡上護(hù)面滿足穩(wěn)定要求。在平均高潮位2.46m下，滿灌灌砌塊石臨界穩(wěn)定，而條灌及點(diǎn)灌灌砌塊石均滿足穩(wěn)定要求，可見和滿灌灌砌塊石相比，斜坡采用條灌灌及點(diǎn)灌施工方式，承受波浪的重現(xiàn)期可以從20年一遇提高到50年一遇。

2.5 各方案在不同重現(xiàn)期波浪作用下穩(wěn)定重量(厚度)情況

表5為度汛斷面鎮(zhèn)壓層及迎浪面斜坡灌砌塊石護(hù)面穩(wěn)定厚度及大塊石護(hù)面塊石穩(wěn)定重量，從表中可知，總體上點(diǎn)灌穩(wěn)定性優(yōu)于條灌，條灌穩(wěn)定性優(yōu)于滿灌[8]。

采用滿灌灌砌塊石，20年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為75cm，斜坡穩(wěn)定厚度為60cm；50年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為110cm。

采用條灌灌砌塊石，透空率為11.8%，20年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為35cm，斜坡穩(wěn)定厚度為35cm；50年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為70cm。

表3 鎮(zhèn)壓層后部各方案穩(wěn)定情況

表4 斜坡及巨石堆穩(wěn)定情況

表5 度汛斷面不同重現(xiàn)期波浪作用下穩(wěn)定厚度(重量)

采用點(diǎn)灌灌砌塊石，透空率為12.1%，20年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為35cm，斜坡穩(wěn)定厚度為35cm；50年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為70cm。

采用點(diǎn)灌灌砌塊石，透空率為12.4%，20年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層穩(wěn)定厚度為35cm，斜坡穩(wěn)定厚度為35cm；50年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層厚度為35cm時(shí)，灌砌塊石輕微跳動(dòng)，穩(wěn)定厚度大于35cm，建議厚度為50cm[9]。

鎮(zhèn)壓層采用大塊石護(hù)面時(shí)，20年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層塊石穩(wěn)定重量為400～800kg，該方案塊石少量滾動(dòng)，個(gè)別地方露出堤心石；50年一遇波浪作用下，穩(wěn)定重量為800～1000kg，該工況方案塊石少量滾動(dòng)，個(gè)別地方露出堤心石。

度汛斷面堤頂采用大塊石拋填形成巨石堆時(shí)，20年一遇波浪作用下，巨石堆滿足要求的塊石重量為400～800kg，該方案塊石大量滾動(dòng)，經(jīng)過波浪相當(dāng)于原型3個(gè)小時(shí)作用后，3.8m高程以上部分塊石幾乎全部失穩(wěn)，但未引起度汛堤整體垮。

綜上所述，采用灌砌塊石，塊石重量可以大幅減小，20年一遇波浪作用下，采用重量為200～300kg塊石單層灌砌，不論采用條灌、點(diǎn)灌均能滿足穩(wěn)定要求；50年一遇作用下，采用重量為400～800kg塊石單層點(diǎn)灌能滿足穩(wěn)定要求，采用重量為800～1000kg塊石單層條灌能滿足穩(wěn)定要求。點(diǎn)灌灌砌塊石兩個(gè)方案之間開孔率、點(diǎn)灌灌砌塊石和條灌灌砌塊石之間開孔率相差不大，但穩(wěn)定差別很大，兩種灌砌塊石主要區(qū)別在于點(diǎn)灌灌砌塊石的開孔有一部分位于中間，開孔位置更為均勻，由此可見，同樣開孔率條件下，開孔位置越均勻分布，灌砌塊石穩(wěn)定性越好，在理拋、灌漿施工時(shí)，須注意控制開孔位置[10]。

3 度汛斷面推薦方案

綜合前面研究成果，度汛斷面推薦方案為點(diǎn)灌灌砌塊石和堤頂巨石組合方案，如圖4所示，堤腳塊石單重為大于300kg；迎浪面鎮(zhèn)壓平臺(tái)和拋石棱體采用1∶4斜坡連接，鎮(zhèn)壓平臺(tái)上設(shè)置1∶2斜坡和堤頂連接，鎮(zhèn)壓平臺(tái)及下斜坡采用厚度為35cm點(diǎn)灌灌砌塊石，灌砌塊石開孔率不低于12.4%，堤頂采用單重400～800kg塊石拋填形成巨石堆。

圖4 度汛斷面推薦方案

4 結(jié)論

4.1 各典型斷面方案優(yōu)劣

(1)斷面1為度汛期斷面灌砌塊石護(hù)面，采用厚度為35cm滿灌灌砌塊石不能滿足要求；厚度為35cm條灌灌砌塊石，鎮(zhèn)壓層坡肩不能滿足要求，其余各部位滿足穩(wěn)定要求；厚度為35cm點(diǎn)灌灌砌塊石，僅個(gè)別地方極輕微跳動(dòng)，各部位均滿足穩(wěn)定要求，因此推薦斷面可以采用厚度為35cm點(diǎn)灌灌砌塊石。

(2)斷面2為度汛期斷面大塊石護(hù)面，采用400～800kg大塊石護(hù)面，經(jīng)過波浪相當(dāng)于原型3個(gè)小時(shí)作用后，鎮(zhèn)壓層坡肩及下斜坡大量塊石滾動(dòng)，局部露出堤心石，但未引起堤心石大量淘刷，對(duì)于度汛期斷面而言，可認(rèn)為滿足要求；鎮(zhèn)壓層后部少數(shù)塊石滾動(dòng)，個(gè)別地方露出堤心石，滿足穩(wěn)定要求；巨石堆在50年一遇高潮位及相應(yīng)50年一遇波浪組合作用下，不能滿足要求，在20年一遇潮位及相應(yīng)20年一遇波浪作用下、平均高潮位及相應(yīng)50年一遇波浪作用下、平均高潮位及相應(yīng)20年一遇波浪作用下，雖然大量塊石滾動(dòng)，但未引起斷面整體垮塌，可認(rèn)為滿足度汛期要求。巨石堆及鎮(zhèn)壓平臺(tái)坡肩等部位大量塊石滾動(dòng)，大風(fēng)大浪等惡劣天氣過后需注意檢修補(bǔ)充石料。堤頂在50年一遇高潮位及相應(yīng)50年一遇波浪組合作用下，不能滿足要求，在20年一遇潮位及相應(yīng)20年一遇波浪作用下、平均高潮位及相應(yīng)50年一遇波浪作用下、平均高潮位及相應(yīng)20年一遇波浪作用下，堤頂?shù)绦氖徊煌潭忍运?，最深處達(dá)1.2m左右，但未危及整個(gè)斷面穩(wěn)定。汛期過后，需注意對(duì)堤頂檢修。

(3)斷面3為使用期斷面，護(hù)腳單重大于300kg拋石棱體坡肩變形，但未危及鎮(zhèn)壓平臺(tái)下斜坡穩(wěn)定，滿足要求；鎮(zhèn)壓平臺(tái)坡肩及下斜坡采用400～800kg大塊石護(hù)面局部露出堤心石，不能滿足要求，采用開孔率為12.4%厚度為35cm點(diǎn)灌灌砌塊石輕微跳動(dòng)；鎮(zhèn)壓層后部采用35cm條灌及點(diǎn)灌灌砌塊石滿足穩(wěn)定要求，滿灌灌砌塊石不能滿足穩(wěn)定要求，由于點(diǎn)灌灌砌塊石間混凝土量較少，要特別關(guān)注塊石間連接，建議適當(dāng)增加灌砌塊石厚度；8t扭王字塊體滿足穩(wěn)定要求，扭王字塊墊層各方案均滿足穩(wěn)定要求，建議采用塊石或點(diǎn)灌灌砌塊石作為墊層；越浪量較小，50年一遇設(shè)計(jì)高潮位及相應(yīng)50年一遇波浪作用下，越浪量[11]為0.0062m3/(m·s)，使用期其余各部位滿足穩(wěn)定要求。

4.2 度汛推薦斷面優(yōu)勢及注意事項(xiàng)

度汛斷面推薦方案為點(diǎn)灌灌砌塊石和堤頂巨石組合方案。

4.2.1優(yōu)勢

(1)和400～800kg大塊石護(hù)面相比，采用200～300kg大塊石點(diǎn)灌即可滿足穩(wěn)定要求，且穩(wěn)定性更優(yōu)；和條灌灌砌塊石相比，采用點(diǎn)灌施工方式，承受波浪可以從20年一遇提高到50年一遇。

(2)鎮(zhèn)壓層采用大塊石護(hù)面時(shí)，20年一遇波浪作用下，鎮(zhèn)壓層塊石穩(wěn)定重量為400～800kg，該方案塊石少量滾動(dòng)，個(gè)別地方露出堤心石；50年一遇波浪作用下，穩(wěn)定重量為800～1000kg，該工況方案塊石少量滾動(dòng)，個(gè)別地方露出堤心石。

(3)度汛斷面堤頂采用大塊石拋填形成巨石堆時(shí)，20年一遇波浪作用下，巨石堆滿足要求的塊石重量為400～800kg，該方案塊石大量滾動(dòng)，經(jīng)過波浪相當(dāng)于原型3個(gè)小時(shí)作用后，3.8m高程以上部分塊石幾乎全部失穩(wěn)，但未引起度汛堤整體垮塌。

4.2.2注意事項(xiàng)

(1)根據(jù)試驗(yàn)成果可知，不論是塊石護(hù)面還是灌砌塊石護(hù)面，鎮(zhèn)壓層坡肩處最易損壞，在坡肩處應(yīng)局部加強(qiáng)。

(2)試驗(yàn)中未考慮斷面的整體穩(wěn)定和不均勻沉降，如果不均勻沉降，容易引起灌砌塊石板斷裂和錯(cuò)縫，在工程施工中應(yīng)嚴(yán)格控制工程質(zhì)量。