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[摘要]在标准化海堤试点工程沿海堤围加固改建设计中,通过分析研究确定了工程的防御标准、布局、堤型结构等,并对南粤标准化海堤建设在防御标准、堤线布置、堤型结构选择及施工管理等方面提出了几点建议。
[关键词] 防御标准 加固海堤
中图分类号:Q143文献标识码: A
南粤沿海是我国热带气旋活动最频繁的地区之一,天文潮与热带气旋相遇产生的大风暴潮每2~3年要发生一次:造成严重洪潮灾害。南粤现有海堤质量差、堤身单薄.堤、闸工程老化,带病运行,抗洪、潮能力低下。南粤沿海堤标准化建设需加固、改建海堤。
堤围的改建加固是我省标准化海堤建设的两个试点工程之一,标准化海堤试点的目的是要做好样板,创出经验,以此带动临海标准化海堤建设的全面发展。
1、堤围设计中的几个问题
1.1防御标准、设计洪(潮)水位
堤围是一处裁弯取直的堤围工程,设计按新建工程对待,因距潮汕市近,且处在河、海交汇处,又是试点工程,因此采用了20年一遇的设计防洪(潮)标准。
该工程处于三合口江入海口处,因此设计中对感潮河段按同频率的海潮潮位与按河道防洪水位进行了计算分析,取高者作为设计洪(潮)水位,选择了20年一遇防洪水位并考虑了海潮与洪水遭遇的顶托作用。
风浪爬高计算按与设计洪(潮)水位同频率的20年一遇风暴进行计算,再加安全超高值以确定不同堤段、堤型的堤顶高程。
1.2堤围布置
堤围位于粤东某出海处左岸,原有堤围曲折低矮,遇台风暴潮经常决堤造成损失,为改变这种不合理布置,并结合河口整治、滩涂开发,确定了对原堤进行裁弯取直,由于牛洋围对岸的横路山围垦工程凸出河岸,使新堤线在此段不得不作适当弯曲处理。最后选择的堤线以2. 83 km新堤替代了3. 36 km旧堤,新堤修建后共保护200 hm2土地,新增保护面积53.3 hm2。
由于新增土地计划用于养殖开发,因此连同原堤内的养殖区一起对新老保护区的排水、纳潮系统,包括闸涵、桥、路作了总体布置。根据建成运用需要并结合地形情况,按自成防洪排涝纳潮体系划分为东、西两片区。除沿堤线布置4座排水闸和2座纳潮闸,并相应布置了4条排水干渠和3条纳潮干渠外,干渠与养殖塘间采取直接或通过支渠连通。堤顶交通道与下游原有简易路相连接,堤与围内排水、纳潮干、支渠均有路、桥连接,达到堤围内、外,交通便利。
1.3堤型、结构
牛洋堤围堤型结构的选择,主要根据水文、地质地形、当地材料、施工条件而定。牛洋堤围上游段未临大诲,由于堤基有0.3 m~l.5 m厚的淤泥软基、承载能力低,因而选择了斜坡式堤型,护面采用干砌混凝土预制块,对地基表层进行了挖除处理,使堤围基本座落在淤泥质砂上。该堤围下游段面临大海,地基基本为中粗砂,采用了陡墙式。由于陡墙式堤型地基应力集中,因而要求对地基进行处理,以提高其承载能力。墙的底座适当进行扩宽,采用1 m厚C14埋石混凝土结构,直立墙采用C6.5浆砌块石结构。直立墙外坡1:0.4,内坡垂直。为了满足堤基处理及施工需要,在临海而3.5 m(高于多年平均高潮位3. 24 m)以下采用聚丙烯扁丝编织袋充填淤泥质砂填筑,顶宽4m,能满足临时施工交通需要。临海面坡与护砌体内坡度一致,背海面坡坡度均采用l:1.5。这是一项既简便地替代堤基处理,又增强堤的稳定性、整体性的技术新措施。两种堤型根据交通要求堤项宽采用5m,堤项铺设泥结石路面,背坡下部采用干砌混凝土预制块,上部采用草皮防护。为减少工程量,在临海堤面以上设置了0.8 m高、0.6 m宽的防浪墙,其临海侧为反弧式,使其挑浪消能。设计中对斜坡式海堤断面进行了整体滑动稳定计算,对陡墙式海堤断面进行了抗滑、抗倾、地基承载能力验算。
2、对标准化海堤建设的几点建议
把好设计及施工质量关是建设标准化海堤的两个重要环节。所谓标准化海堤,是要求海堤在高度上、强度上满足一定的要求,使海堤在设计标准条件下不漫、不渍、不垮,力求在超标准条件下漫而不垮,使保护对象有一个稳定安全的大环境。建设海堤还要为管好海堤打好基础,才能使海堤保持长期安全运行、发挥综合效益。以下提出几点供商榷的建议。
2.1设计潮位及设计波浪
海堤堤顶高程一般采用下式计算
Zp=hp+R+△h
zP ——设计频率的海堤堤顶设计高程(m)j
hp ——设计频率的高潮位(m)
R——设计频率的波浪爬高值(m)
Δh——安全超高(一股根据堤的重要性按0.3 m—0.5 m采用,不允许越浪按0.5 m~1 m采用)。
设计高潮位的频率,应根据海堤保护范围的大小程度来确定。“一般城镇”小于20万人口城镇,防洪、潮标准50年~20年。防护区为乡村, 20万人口,保护面积2万hm2以下防洪、潮标准为20年~10年。
当有长期波浪实测资料时,以实测资料进行频率分析确定不同重现期的设计波浪。当地无波浪观测资料时,可以根据当地风速资料以风算浪,风速重现期即为波浪的重现期。往往采取波浪重现期与高潮位重现期相同来处理。
南粤是沿海经济发展新的增长点,过去确定防御标准单纯从海堤保护人口及耕地多少考虑似不够全面,需对保护对象作多方面分析,如对工业,养殖业,旅游业等的保护效益均应在考虑之列。
2.2.1堤线
沿海堤标准化建设,除建部分新堤外,主要是考虑如何对旧堤进行加固、扩建或改建。堤线布置要按“沿海海堤加固整治与滩涂开发规划”、“广州水利滩涂开发治理规划”要求,遵循整治与开发相结合、充分发挥工程效益的原则具体进行研究。一般应当充分利用旧堤加高、培厚加以改建使之达到标准化。如果旧堤过于弯曲,质量不好,拆除材料利用价值不高,则裁弯取直,另建新堤。还可考虑扩大范围的拼堤联围,扩大效益,方便统一管理的方案。
沿堤涵闸与海堤形成统一整体保护受益区的安全。过去建的海堤分散,小涵闸多,在海堤标准化建设中需减少涵闸座数,尽量集中建闸。
对堤上涵闸设计,《堤防工程技术规范》提出了做好堤、闸连接结构处理,闸室整体性强,引水排水进口,出口消能结构合理可靠等要求,这些都是设计中要特别注意解决好的问题。
海堤堤线,包括涵闸,宜尽量选择在地质条件较好的地段。当需要通过地质条件不理想的地段时;如需通过流塑性淤泥、粉质土、泥炭土层时,则需要对地基因地制宜地进行如挖基换砂、加砂桩、杉木桩,土工织物垫层,大体积土工织物袋装土等方法处理,可以达到既简便、有效又节省的目的。
2.2.2堤型结构
海堤一般多采用土石混合结构,临海面的防护直接关系到海堤建设的成败。过去沿海采用的护坡式海堤一般仅为了少占土地而采用的坡度过陡,多小于1:1,这对安全稳定是不利的,特别对新建海堤及裁弯取直的海堤建议采用坡度大于1:2,同时尽量采用干砌石护面为好,它适应变形能力强,特别采用长条状块石竖砌(块石长方向垂直于坡面砌筑)嵌固比较牢。土体与砌石之间需设置反滤层,现可采用土工织物替代砂、石反滤层,以保持土体不被潮浪产生的负压吸出而导致堤的溃塌。护坡式一般波浪爬高略大于陡墙式,可采取坡面加糙,如间隔一定距离砌些凸出石,或搞台阶式砌面或加消浪平台,消浪效果均较好。特别对于海堤高度超过6m的,加2 m~3 m的消浪平台,其高程与多年平均高潮位相平;这对于减小波浪爬高,增加海堤稳定性作用都十分显著。
对于陡墙式海堤因其地基应力集中、堤脚易被冲刷,需要适当扩大基础断面或加阻滑趾,临海面堤脚防护十分重要,要加抛块石、砌石等防护,防护堤基础被淘深、淘空。
关于护面结构材料也需因地制宜采用,沿海砂源丰富,在块石运输距离远、价格高的地区可采用混凝土预制块或现浇混凝上比较方便且节省投资。临海面堤采用土工织物模袋混凝土护坡,堤体下部采用大体积土工织物装砂填筑也是增加堤的整体性、稳定性的新措施。
2.3施工
工程施工是保证建设质量的又一重要环节。工程施工质量保证措施主要是按有关技术规范要求施工,要求有相应资质的单位承担施工任务,现在已有条件通过招、投标方式选择施工队伍,实行施工监理制,严格检查验收。
砌石护面施工选择石料也很关键,宜选择质硬、新鲜石料,有条件的采用粗料石砌筑较好,石料长边尺寸最好不小于40 cm,以便竖砌时好用,块石厚度不宣小于20 cm。砌筑质量要求块石间隙小,无通缝,砌筑要密实,无松动。浆砌石护面需设置排水孔,包括浆砌石防浪墙在内都要设置变形缝。
2.4管理
海堤管理机构少,一些海堤工程存在无人管、管理不严的问题。标准化海堤建好后,要保证长期安全运行必须有专管机构,管理的主要任务是把日常的检查、维修、观测抓好。对沿堤涵闸进行经常性和定期检查、观察十分重要。管理单位应系统地做好潮位、波浪爬高观测;堤闸沉降位移变形观测;岸滩演变观测;工程遭遇臺风暴潮袭击后的变化观测等,以便为标准化海堤管理,为日后好工程提供依据。
[关键词] 防御标准 加固海堤
中图分类号:Q143文献标识码: A
南粤沿海是我国热带气旋活动最频繁的地区之一,天文潮与热带气旋相遇产生的大风暴潮每2~3年要发生一次:造成严重洪潮灾害。南粤现有海堤质量差、堤身单薄.堤、闸工程老化,带病运行,抗洪、潮能力低下。南粤沿海堤标准化建设需加固、改建海堤。
堤围的改建加固是我省标准化海堤建设的两个试点工程之一,标准化海堤试点的目的是要做好样板,创出经验,以此带动临海标准化海堤建设的全面发展。
1、堤围设计中的几个问题
1.1防御标准、设计洪(潮)水位
堤围是一处裁弯取直的堤围工程,设计按新建工程对待,因距潮汕市近,且处在河、海交汇处,又是试点工程,因此采用了20年一遇的设计防洪(潮)标准。
该工程处于三合口江入海口处,因此设计中对感潮河段按同频率的海潮潮位与按河道防洪水位进行了计算分析,取高者作为设计洪(潮)水位,选择了20年一遇防洪水位并考虑了海潮与洪水遭遇的顶托作用。
风浪爬高计算按与设计洪(潮)水位同频率的20年一遇风暴进行计算,再加安全超高值以确定不同堤段、堤型的堤顶高程。
1.2堤围布置
堤围位于粤东某出海处左岸,原有堤围曲折低矮,遇台风暴潮经常决堤造成损失,为改变这种不合理布置,并结合河口整治、滩涂开发,确定了对原堤进行裁弯取直,由于牛洋围对岸的横路山围垦工程凸出河岸,使新堤线在此段不得不作适当弯曲处理。最后选择的堤线以2. 83 km新堤替代了3. 36 km旧堤,新堤修建后共保护200 hm2土地,新增保护面积53.3 hm2。
由于新增土地计划用于养殖开发,因此连同原堤内的养殖区一起对新老保护区的排水、纳潮系统,包括闸涵、桥、路作了总体布置。根据建成运用需要并结合地形情况,按自成防洪排涝纳潮体系划分为东、西两片区。除沿堤线布置4座排水闸和2座纳潮闸,并相应布置了4条排水干渠和3条纳潮干渠外,干渠与养殖塘间采取直接或通过支渠连通。堤顶交通道与下游原有简易路相连接,堤与围内排水、纳潮干、支渠均有路、桥连接,达到堤围内、外,交通便利。
1.3堤型、结构
牛洋堤围堤型结构的选择,主要根据水文、地质地形、当地材料、施工条件而定。牛洋堤围上游段未临大诲,由于堤基有0.3 m~l.5 m厚的淤泥软基、承载能力低,因而选择了斜坡式堤型,护面采用干砌混凝土预制块,对地基表层进行了挖除处理,使堤围基本座落在淤泥质砂上。该堤围下游段面临大海,地基基本为中粗砂,采用了陡墙式。由于陡墙式堤型地基应力集中,因而要求对地基进行处理,以提高其承载能力。墙的底座适当进行扩宽,采用1 m厚C14埋石混凝土结构,直立墙采用C6.5浆砌块石结构。直立墙外坡1:0.4,内坡垂直。为了满足堤基处理及施工需要,在临海而3.5 m(高于多年平均高潮位3. 24 m)以下采用聚丙烯扁丝编织袋充填淤泥质砂填筑,顶宽4m,能满足临时施工交通需要。临海面坡与护砌体内坡度一致,背海面坡坡度均采用l:1.5。这是一项既简便地替代堤基处理,又增强堤的稳定性、整体性的技术新措施。两种堤型根据交通要求堤项宽采用5m,堤项铺设泥结石路面,背坡下部采用干砌混凝土预制块,上部采用草皮防护。为减少工程量,在临海堤面以上设置了0.8 m高、0.6 m宽的防浪墙,其临海侧为反弧式,使其挑浪消能。设计中对斜坡式海堤断面进行了整体滑动稳定计算,对陡墙式海堤断面进行了抗滑、抗倾、地基承载能力验算。
2、对标准化海堤建设的几点建议
把好设计及施工质量关是建设标准化海堤的两个重要环节。所谓标准化海堤,是要求海堤在高度上、强度上满足一定的要求,使海堤在设计标准条件下不漫、不渍、不垮,力求在超标准条件下漫而不垮,使保护对象有一个稳定安全的大环境。建设海堤还要为管好海堤打好基础,才能使海堤保持长期安全运行、发挥综合效益。以下提出几点供商榷的建议。
2.1设计潮位及设计波浪
海堤堤顶高程一般采用下式计算
Zp=hp+R+△h
zP ——设计频率的海堤堤顶设计高程(m)j
hp ——设计频率的高潮位(m)
R——设计频率的波浪爬高值(m)
Δh——安全超高(一股根据堤的重要性按0.3 m—0.5 m采用,不允许越浪按0.5 m~1 m采用)。
设计高潮位的频率,应根据海堤保护范围的大小程度来确定。“一般城镇”小于20万人口城镇,防洪、潮标准50年~20年。防护区为乡村, 20万人口,保护面积2万hm2以下防洪、潮标准为20年~10年。
当有长期波浪实测资料时,以实测资料进行频率分析确定不同重现期的设计波浪。当地无波浪观测资料时,可以根据当地风速资料以风算浪,风速重现期即为波浪的重现期。往往采取波浪重现期与高潮位重现期相同来处理。
南粤是沿海经济发展新的增长点,过去确定防御标准单纯从海堤保护人口及耕地多少考虑似不够全面,需对保护对象作多方面分析,如对工业,养殖业,旅游业等的保护效益均应在考虑之列。
2.2.1堤线
沿海堤标准化建设,除建部分新堤外,主要是考虑如何对旧堤进行加固、扩建或改建。堤线布置要按“沿海海堤加固整治与滩涂开发规划”、“广州水利滩涂开发治理规划”要求,遵循整治与开发相结合、充分发挥工程效益的原则具体进行研究。一般应当充分利用旧堤加高、培厚加以改建使之达到标准化。如果旧堤过于弯曲,质量不好,拆除材料利用价值不高,则裁弯取直,另建新堤。还可考虑扩大范围的拼堤联围,扩大效益,方便统一管理的方案。
沿堤涵闸与海堤形成统一整体保护受益区的安全。过去建的海堤分散,小涵闸多,在海堤标准化建设中需减少涵闸座数,尽量集中建闸。
对堤上涵闸设计,《堤防工程技术规范》提出了做好堤、闸连接结构处理,闸室整体性强,引水排水进口,出口消能结构合理可靠等要求,这些都是设计中要特别注意解决好的问题。
海堤堤线,包括涵闸,宜尽量选择在地质条件较好的地段。当需要通过地质条件不理想的地段时;如需通过流塑性淤泥、粉质土、泥炭土层时,则需要对地基因地制宜地进行如挖基换砂、加砂桩、杉木桩,土工织物垫层,大体积土工织物袋装土等方法处理,可以达到既简便、有效又节省的目的。
2.2.2堤型结构
海堤一般多采用土石混合结构,临海面的防护直接关系到海堤建设的成败。过去沿海采用的护坡式海堤一般仅为了少占土地而采用的坡度过陡,多小于1:1,这对安全稳定是不利的,特别对新建海堤及裁弯取直的海堤建议采用坡度大于1:2,同时尽量采用干砌石护面为好,它适应变形能力强,特别采用长条状块石竖砌(块石长方向垂直于坡面砌筑)嵌固比较牢。土体与砌石之间需设置反滤层,现可采用土工织物替代砂、石反滤层,以保持土体不被潮浪产生的负压吸出而导致堤的溃塌。护坡式一般波浪爬高略大于陡墙式,可采取坡面加糙,如间隔一定距离砌些凸出石,或搞台阶式砌面或加消浪平台,消浪效果均较好。特别对于海堤高度超过6m的,加2 m~3 m的消浪平台,其高程与多年平均高潮位相平;这对于减小波浪爬高,增加海堤稳定性作用都十分显著。
对于陡墙式海堤因其地基应力集中、堤脚易被冲刷,需要适当扩大基础断面或加阻滑趾,临海面堤脚防护十分重要,要加抛块石、砌石等防护,防护堤基础被淘深、淘空。
关于护面结构材料也需因地制宜采用,沿海砂源丰富,在块石运输距离远、价格高的地区可采用混凝土预制块或现浇混凝上比较方便且节省投资。临海面堤采用土工织物模袋混凝土护坡,堤体下部采用大体积土工织物装砂填筑也是增加堤的整体性、稳定性的新措施。
2.3施工
工程施工是保证建设质量的又一重要环节。工程施工质量保证措施主要是按有关技术规范要求施工,要求有相应资质的单位承担施工任务,现在已有条件通过招、投标方式选择施工队伍,实行施工监理制,严格检查验收。
砌石护面施工选择石料也很关键,宜选择质硬、新鲜石料,有条件的采用粗料石砌筑较好,石料长边尺寸最好不小于40 cm,以便竖砌时好用,块石厚度不宣小于20 cm。砌筑质量要求块石间隙小,无通缝,砌筑要密实,无松动。浆砌石护面需设置排水孔,包括浆砌石防浪墙在内都要设置变形缝。
2.4管理
海堤管理机构少,一些海堤工程存在无人管、管理不严的问题。标准化海堤建好后,要保证长期安全运行必须有专管机构,管理的主要任务是把日常的检查、维修、观测抓好。对沿堤涵闸进行经常性和定期检查、观察十分重要。管理单位应系统地做好潮位、波浪爬高观测;堤闸沉降位移变形观测;岸滩演变观测;工程遭遇臺风暴潮袭击后的变化观测等,以便为标准化海堤管理,为日后好工程提供依据。