論錢塘江某段海塘堤腳防沖結(jié)構(gòu)方案比選

殷學(xué)成，胡勇峰，柴文琦

（1.浙江省錢塘江管理局勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 杭州 310016；2.浙江省錢塘江流域中心，浙江 杭州 310016）

1 問(wèn)題的提出

錢塘江蕭山區(qū)圍墾北線為錢塘江南岸強(qiáng)涌潮河段的一線海塘，上有山洪逼境，下受強(qiáng)潮襲擊，特別易受臺(tái)風(fēng)暴潮引起的巨浪正面沖擊，再加上錢塘江系粉砂土質(zhì)河床，受洪水與潮汐的雙向作用，主槽變遷頻繁，塘腳處極易刷深。若一旦發(fā)生“臺(tái)風(fēng)、大潮、暴雨”三碰頭，潮高流急，破壞力很強(qiáng)，尤其是臺(tái)風(fēng)引起的增水和巨浪，易發(fā)生潮浪越頂和沖毀堤塘，造成決堤坍江之災(zāi)。

本段海塘地處強(qiáng)涌潮地區(qū)，海塘由于防沖刷能力較低，現(xiàn)狀塘前灘地有明顯沖深，需常年進(jìn)行拋石加固；目前類似河段相對(duì)較成熟的堤腳防沖工程措施主要有“板樁”“樁式丁壩”“護(hù)拋塊石”等，上述措施也可結(jié)合考慮。

本次方案比選主要根據(jù)本河段沖淤變化特點(diǎn)、類似河段工程經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)狀不同堤防結(jié)構(gòu)。

2 堤腳防沖結(jié)構(gòu)方案比選

現(xiàn)狀僅為拋石護(hù)岸，無(wú)永久堤腳防沖結(jié)構(gòu)。根據(jù)錢塘江幾十年來(lái)的堤腳加固經(jīng)驗(yàn)，可分為兩大類：水平防沖和垂直防沖。

（1）水平防沖是通過(guò)保護(hù)灘地來(lái)達(dá)到保護(hù)塘腳的目的（同時(shí)增加了塘腳壓載，有利于海塘整體抗滑穩(wěn)定）。

（2）垂直防沖則是通過(guò)加強(qiáng)塘腳的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，即便灘地刷深也能保持穩(wěn)定。目前錢塘江標(biāo)準(zhǔn)海塘建設(shè)中應(yīng)用較多的垂直防沖結(jié)構(gòu)有鋼筋砼板樁、小沉井等，近年來(lái)海塘加固也采用密排鉆孔灌注樁、鋼板樁、預(yù)制U板樁等。

2.1 水平防沖

2.1.1 方案一（散拋異型塊體或拋石水平防沖）

拋石防沖在錢塘江應(yīng)用較多，一般在潮水不易沖到的較低河床比較穩(wěn)定，而受涌潮沖刷的河床幾乎是隨拋隨沖；能很好地適應(yīng)河床變形，適用范圍廣，無(wú)論是一般護(hù)岸段，還是迎流頂沖段，只要設(shè)計(jì)合理、拋投準(zhǔn)確，護(hù)岸效果均較好；拋石工程造價(jià)低，施工、維修簡(jiǎn)便。因此，拋石方案是長(zhǎng)江中下游普遍采用的一種平順護(hù)岸型式。但是，由于拋石帶前沿的水毀效應(yīng)，拋石工程需經(jīng)常性加固；并且本工程防沖結(jié)構(gòu)施工基本在非汛期，灘地有所回淤的時(shí)候，灘面大多在平均低潮位附近，屬涌強(qiáng)作用強(qiáng)勁的位置，故拋石方案不適用。

異形塊體開(kāi)展過(guò)扭王塊和四面體兩種形式試驗(yàn)，單體重量分別為3.6t和4.0t。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)異形塊體外江側(cè)的單塊較難穩(wěn)定，在灘地刷深及涌潮沖刷下，部分塊體易失穩(wěn)沖失；而形成大片的密排塊體穩(wěn)定性較好。

2.1.2方案二（整體排塊方案）

混凝土鉸鏈排在長(zhǎng)江護(hù)岸中應(yīng)用相對(duì)較多，可以用運(yùn)排船配合沉排船在水中施工，也可以在陸上吊裝施工，排體重量幾十至幾百噸。

從錢塘江的應(yīng)用情況來(lái)看，合金網(wǎng)兜使用十年來(lái)還未發(fā)現(xiàn)明顯銹蝕現(xiàn)象，但在江道拋石體較多的區(qū)域，部分合金絲受內(nèi)外部塊石撞擊后斷裂，目前應(yīng)用合金網(wǎng)兜的河段河勢(shì)穩(wěn)定，鋪合金網(wǎng)兜以外的河床沒(méi)有發(fā)生明顯沖刷，總體合金網(wǎng)兜比較穩(wěn)定。而海寧段沖淤變化較大，在非汛期灘地相對(duì)較高時(shí)，單純采用合金網(wǎng)兜可能存在外側(cè)灘地沖刷后網(wǎng)兜逐步滾失問(wèn)題，并且要將近岸灘地均鋪至現(xiàn)有坦水高程左右，其所需方量較大，造價(jià)也相對(duì)較高。若將合金網(wǎng)兜鋪設(shè)在較低的灘地上，則可避免潮水直接沖擊，穩(wěn)定性相對(duì)較好。

鉸鏈排體護(hù)岸整體性較好、能適應(yīng)河床變形，施工較方便。但未在錢塘江上應(yīng)用。南京水科院針對(duì)長(zhǎng)江的研究成果為：在3m/s的流速中，單個(gè)預(yù)制塊的重量84kg可滿足穩(wěn)定要求，實(shí)際應(yīng)用多為80cm×60cm×8~10cm，單個(gè)排的重量則超過(guò)100t，系排梁尺寸為3m×1m。若在本工程單純采用鉸鏈排體，則存在系排梁設(shè)置問(wèn)題、翻卷問(wèn)題，故不采用鉸鏈排體。

2.2 垂直防沖

2.2.1 方案三（U型板樁+拋石）

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，近幾年工程建設(shè)中出現(xiàn)了新型板樁，對(duì)傳統(tǒng)板樁截面形式和制作工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，使其受力條件更合理，質(zhì)量性能更優(yōu)。先張法預(yù)應(yīng)力U型板樁就是其中的一種新型板樁，簡(jiǎn)稱U型板樁。U型板樁橫截面為U型，砼強(qiáng)度標(biāo)號(hào)一般為C60～C80，受力鋼筋采用先張法施加預(yù)應(yīng)力。相比傳統(tǒng)矩形板樁，U型板樁采用獨(dú)特的變截面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在加大截面高度、增大截面抵抗彎矩的同時(shí)，還增加了截面寬度，從結(jié)構(gòu)力學(xué)原理分析，受力特點(diǎn)與工字形受力特點(diǎn)一致，具有良好的抗彎性能（見(jiàn)圖1）。施工方式多樣且便捷，僅需一臺(tái)履帶吊、一套振動(dòng)錘即可施工，可采用引孔，鉆孔，高壓射水等輔助施工工藝，適用各類地質(zhì)。2010年，U型板樁曾在同屬錢塘江標(biāo)準(zhǔn)塘建設(shè)中成功插打過(guò)6根（當(dāng)初插打部位因地基中有亂石的原因，常規(guī)的矩型板樁無(wú)法插打，從而改成U型板樁進(jìn)行試驗(yàn)性插打，試驗(yàn)取得了成功），此后在錢塘江南岸的地質(zhì)與江道條件類似的上虞標(biāo)準(zhǔn)海塘等工程中全面推廣采用了該型板樁。

圖1

本方案考慮堤腳以C60預(yù)應(yīng)力U型板樁為主要防沖結(jié)構(gòu)，板樁長(zhǎng)9m，底高程-7.22m，樁頂與寬8.1m、厚50cm的C30鋼筋砼框格護(hù)坦相接，護(hù)坦內(nèi)外口高程分別為1.85m、1.73m，沉井外護(hù)拋寬度10m的混合石料厚1.2m、表層采用80cm厚合金鋼網(wǎng)兜裝塊石，塊石頂高程1.32m，與護(hù)坦外口線高程一致。見(jiàn)圖2。

圖2

2.2.2 方案四（鋼筋砼小沉井+拋石）

堤腳以C35鋼筋砼小沉井群為主要防沖結(jié)構(gòu)，小沉井單只高度5m，底高程-3.77m，小沉井?dāng)嗝娉叽?m×1m，壁厚12cm，內(nèi)填塊石混合料，上部與寬8.1m、厚50cm的C30鋼筋砼框格護(hù)坦相接，護(hù)坦內(nèi)外口高程分別為1.85m、1.73m，沉井外護(hù)拋寬度10m的混合石料厚1.2m、表層采用80cm厚合金鋼網(wǎng)兜裝塊石，塊石頂高程1.36m，小沉井內(nèi)外側(cè)開(kāi)挖至-2.77m后回填混合石料，內(nèi)側(cè)回填前先鋪設(shè)400g/m2機(jī)織無(wú)紡復(fù)合土工布一層。見(jiàn)圖3。

圖3

從表1可以看出，方案三（U型板樁+拋石）相對(duì)于方案四（鋼筋砼小沉井+拋石）在樁體預(yù)制與安裝質(zhì)量、地質(zhì)適應(yīng)能力、耐久性、樁間接縫性能等方面均有明顯優(yōu)勢(shì)；其主要的缺點(diǎn)是預(yù)制與沉放安裝工藝要求較高，這些缺點(diǎn)均可通過(guò)科學(xué)管理、選擇專業(yè)施工隊(duì)伍等手段得以避免。經(jīng)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，在現(xiàn)狀僅為拋石護(hù)岸，無(wú)永久堤腳防沖結(jié)構(gòu)河段范圍標(biāo)準(zhǔn)堤腳防沖結(jié)構(gòu)推薦方案三（U型板樁+拋石）。

表1 堤腳防沖經(jīng)濟(jì)比較表

3 結(jié)束語(yǔ)

堤腳結(jié)構(gòu)是海塘工程重中之重，使海塘結(jié)構(gòu)更加安全可靠，保證海塘更好地完善區(qū)域的防洪潮格局、緩解區(qū)域防洪潮壓力、提高區(qū)域防洪減災(zāi)能力，對(duì)保障和促進(jìn)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重大的意義。本工程采用的堤腳防沖結(jié)構(gòu)在錢塘江強(qiáng)涌潮堤段得到廣泛的應(yīng)用并取得良好的效果。