晉江市石圳海堤水毀加固中消浪方案選擇

聶當華

(泉州水務工程建設集團有限公司，福建 泉州 362000)

1 海堤基本概況

石圳海堤所在地為晉江市金井鎮石圳村，地處晉江圍頭灣北岸，海堤全長668m，防洪(潮)標準為20a一遇設計，海堤級別為5級。

石圳海堤受臺風影響局部迎水面護坡、混凝土堤頂路塌陷，堤后排水溝基本被砂土掩埋等水毀現象，經復核堤頂高程不滿足20a一遇防潮要求，存在安全隱患。因此為確保海堤安全運行，提高海堤整體防潮抗災能力，確保區域人民生命財產安全，保障區域經濟建設成果，促進社會經濟發展，對石圳海堤進行加固十分必要。

2 設計基本資料

2.1 氣溫

年平均氣溫20.5℃，全年平均氣溫在20℃上下。

2.2 降水

年降水量920-1231mm，降雨量集中。

2.3 風況

樁號0+000.0-0+668.0段海堤，風速取30m/s，主風向為SSE，等效風區長度D=20km，設計潮水位4.38m，水域平均水深10m。

2.4 安全加高

按允許越浪設計，安全加高為0.3m。

3 消浪方案的選擇

由于石圳海堤出現損壞原因為堤身防潮標準不足，本次強化加固工程通過選擇合適的消浪方案同時加高堤身以達到提升海堤防潮標準的需要。根據現有條件及實際情況，為保證現狀海堤及海灘的天然景觀效果，在現狀海堤后新建子堤對現狀海堤進行加高，下部坡度維持現狀1∶3，上部加高子堤迎水坡坡度1∶2。本次選取四腳空心塊、預制柵欄板、混凝土階梯護面3種消浪方案進行比較選擇。

3.1 各消浪方案設計堤頂高程的比較

3.1.1 風浪要素計算

海堤風浪要素按《海堤工程設計規范》(GB/T51015-2014)有關規定的公式計算確定：

(1)

表1 風浪要素計算成果表

3.1.2 海堤折算坡度系數計算

本次海堤高程于高程4.80m處設平臺，平臺寬4.1m，上部護坡坡比1∶2，下部坡比1∶3，根據《海堤工程設計規范》(GB/T51015-2014)E0.04-2式計算得出。

(2)

式中：m上為平臺以上的斜坡坡率；△m=m上-m下；dw為平臺上的水深；B為平臺寬度；L為波長，m。

經計算me為3.68。

3.1.3 堤前波高的確定

累計頻率波高HF按《海堤工程設計規范》(GB/T51015-2014)6.1.3式計算。

(3)

計算累計頻率為1%時，HF=2.32m。

3.1.4 波浪爬高計算

波浪爬高按下列公式計算：

RF=K△KvR1H1%KF

(4)

表2 波浪爬高計算成果表

海堤堤頂高程根據設計潮水位、波浪爬高及安全加高值計算：

Zp=hp+RF+A

(5)

式中：ZP為設計頻率的堤頂高程，m；hp為設計頻率的高潮位，m；RF為按設計波浪計算的累計頻率為F的波浪爬高值，m，13%；A為安全加高，取0.3m[1]。

計算結果見表3。

表3 設計堤頂高程計算成果表

由上表可知本次石圳海堤3種消浪設計方案的設計堤頂高程。

根據《海堤工程設計規范》(GB/T51015-2014)按規范“8.3.5”條規定，堤頂高程應高出設計潮位0.5m。同時按規范“8.3.3”條規定，不計防浪墻的堤頂高程應高出設計高潮位以上二分之一波列累計頻率為1%的設計波高，且≥0.5m。

本次水毀加固工程設計潮位為4.38m，由此上述3方案堤頂高程設計值均符合要求。

3.2 各消浪方案投資及經濟比較

3.2.1 方案一：四腳空心塊

堤頂高程5.80m，堤頂迎水側設置C35鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程6.80m。堤頂設C30混凝土路面，厚0.2m，寬2.5m(不含路肩)，下設0.12m厚的5%水泥碎石穩定層。高程5.80-4.80m迎水面之間設置四腳空心塊護坡，厚0.60m，坡比1∶2.0，下設C30混凝土面層厚0.2m。高程4.80m設為平臺，寬3.5m(不含路肩)。高程4.80-3.05m之間采用C30四腳空心塊護坡，厚0.6m，坡比1∶3，下設0.20m厚的C30混凝土護面，緊貼現狀條石護坡。迎水面堤腳于高程3.05m處設置C30埋石混凝土基礎，基礎頂高程3.05m，頂寬1.50m，C30埋石混凝土基礎與現狀漿砌條石平臺采用Ф16mm的HRB335鋼筋錨固。

3.2.2 方案二：預制柵欄板

堤頂高程5.80m，堤頂迎水側設置C35鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程6.60m。堤頂設C30混凝土路面，厚0.2m，寬2.5m(不含路肩)，下設0.12m厚的5%水泥碎石穩定層。高程5.80-4.80m迎水面之間采用C30預制柵欄板護坡，厚0.3m，下設C30混凝土面層，厚0.2m。高程4.80m設為平臺，寬3.5m(不含路肩)。高程4.80-3.05m之間采用C30預制柵欄板護坡，厚0.3m，坡比1∶3，下設0.20m厚的C30混凝土護面，緊貼現狀條石護坡。迎水面堤腳于高程2.77m處設置C30埋石混凝土基礎，基礎頂高程3.05m，頂寬1.50m，C30埋石混凝土基礎與現狀漿砌條石平臺采用Ф16mm的HRB335鋼筋錨固[2]。

圖1 四腳空心塊

圖2 預制柵欄版

3.2.3 方案三：混凝土階梯護面

堤頂高程7.00m，堤頂迎水側設置C35鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程7.90m。堤頂設C30混凝土路面，厚0.2m，寬2.5m(不含路肩)，下設0.12m厚的5%水泥碎石穩定層。高程7.00-4.80m迎水面之間采用C30混凝土階梯護面，單個臺階寬0.4m，高0.2m，面層最薄處厚0.4m，坡比為1∶3，下設0.2m厚的碎石墊層及250g/m2反濾土工布兩層。高程4.80m設為平臺，寬3.5m(不含路肩)。迎水面高程5.20-3.05m之間采用C30混凝土階梯護面，單個臺階寬0.9m，高0.3m，面層最薄處厚0.4m，坡比為1∶3，下設0.2m厚的碎石墊層，緊貼現狀條石護坡。迎水面堤腳于高程3.10m處設置C30埋石混凝土基礎，基礎頂高程3.10m，頂寬1.50m，C30埋石混凝土基礎與現狀漿砌條石平臺采用Ф16mm的HRB335鋼筋錨固。

圖3 混凝土階梯護面

3.2.4 方案比較及確定

上述3個方案優缺點及投資比較見表4。

表4 各方案優缺點及投資比較表

由表4可知，方案一：四腳空心塊預制有難度，吊裝相對困難，但消浪效果好，同時緊貼現有海堤護面施工，不對現狀海堤進行破壞，投資最低。方案二：預制柵欄板投資適中，消浪效果好，但由于厚度較薄，面積較大，預制困難，質量難控制，吊裝難度大，同時結合周邊海堤采用該方案的后期運行情況，預制柵欄板易斷裂且更換困難。方案三：C30混凝土階梯護面投資最大，施工工藝簡單，但消浪效果一般，堤頂高程較高影響海灘景觀效果。

綜上所述，考慮節省投資及周邊海堤使用預制柵欄板后期安裝更換相對困難，同時石圳海堤周邊場地較寬，具備吊裝條件，石圳海堤水毀加固工程選用方案一：四腳空心塊。

4 結 語

石圳海堤水毀加固工程通過采用四腳空心塊消浪方案+堤身加高，恢復了受潮位影響的水毀堤段，提高了石圳海堤的防潮標準，該工程于2018年實施完成迄今經受住多次強臺風的考驗，現狀運行良好。

福建省“十二五”、“十三五”期間對省內海堤進行多輪強化加固，海堤的大部分安全隱患已解決，但部分海堤鑒于當時加固標準偏低且受超標準臺風、潮位影響，一些薄弱堤段水毀情況常有發生，因此針對局部水毀堤段，加大消浪效果，提高海堤防潮標準，以保證海堤保護區域的人民生命及財產安全是十分必要的，也適合新時期水利“補短板、強監管”的要求。