廣州南沙南堤軟土地基海堤加固實踐分析

陳敏儀

(廣州市南沙區番順聯圍管理所，廣東 廣州 510000)

1 工程概況

廣州市南沙區萬頃沙聯圍位于廣州市的最南端、珠江出海口前沿,是珠江口比較大的沙島,瀕臨伶仃洋,三面環海,總面積56 km2,由珠江大缶海口(蕉門水道和洪奇瀝水道)沖積而成,圍內河涌共39條,互相連通,總長159.3 km。現有防洪工程由外江堤防和42座水閘組成[1]。堤防未進行基礎處理,堤身沉陷較大,并常受臺風暴潮的破壞。島上由于居民種植、養魚等原因,有部分外江堤防外側筑有居民堆砌的生產子堤,防洪標準較低,斷面單薄。

本次加固達標堤段位于萬頃沙聯圍十三至十五涌西段,總長共計4.79 km,其中十三至十五涌西加固達標工程始于萬頃沙聯圍十三涌西閘口,止于十五涌西閘口處,加固堤防全長2.01 km。

根據《海堤工程設計規范》(SL 435—2008)，確定本工程堤防的級別為1級。十三涌西至十五涌西段堤頂高程定為8.80 m，防浪墻頂高程為9.30 m，堤頂寬度8.0 m。

萬頃沙圍十三涌西至十五涌西段。水閘均按200年一遇擋潮設計，如按原規劃方案將按200年一遇潮水位設計，將對萬頃沙圍西北部的排澇不利(萬頃沙堤圍圍內地面高程在4.50～6.00 m之間，設計洪潮水位為7.78 m)，對北堤進行加固，南堤按200年一遇潮水位設計，使整個萬頃沙圍西北部形一個封閉的200年一遇聯圍區域。

十三涌西至十五涌西段堤頂高程定為8.80 m，防浪墻頂高程為9.30 m，堤頂寬度8.0 m。本標段工程，主要包含的加固目標有：十三涌西至十五涌西海堤加固工程，長2.01 km(樁號X0+000～X2+010)。堤防堤線主要沿現有堤線布置，堤身結構主要在舊堤基礎上加高、培厚，堤圍布置后長度為4.79 km。

2 典型斷面設計與穩定性計算

2.1 加固方案

十三涌西至十五涌西段堤防采用二級陡墻混合斷面,十八涌南段堤防采用直斜結合斷面(一級直墻、二級斜坡)。十三涌西至十五涌西段堤防設計提頂高程9.0 m，防浪墻頂高程9.5 m，提頂寬度(凈寬)8.0 m，迎水側坡比為1∶0.40，背水側按1∶2.75放坡，采用草皮護坡。

十三涌西水閘至十四涌西水閘堤段工程，主要包括:堤外江拋石護腳及干砌石整平,鋼筋混凝土護面及防浪墻,消浪平臺鋼筋混凝土框格,堤內坡清基和土方回填,坡腳混凝土擋墻及排水溝,腐殖土鋪填及植草皮,堤頂清基,堤頂內邊混凝土排水溝,堤頂級配碎石墊層和水穩層、瀝青混凝土路面等。

在現有壩堤后增設反壓防滲平臺，通過滲漏穩定性計算后的頂部高程為9.5 m，在堤后設置排水溝與堤后壩坡相接，堤后壩坡比1∶2.75，同時作為壓滲平臺，壓滲平臺回填砂性土，坡面鋪蓋腐殖土和草皮護坡。排水溝后回填砂性土并做碎石擋墻反壓。

在迎水面采用拋石護腳、干砌石整平、C35鋼筋混凝土護面、消浪平臺鋼筋混凝土框格及植樹、鋼筋混凝土防浪墻。背水面采用回填砂性土加寬培厚、坡腳混凝土擋墻及排水溝、綠化工程。堤頂采用內側排水溝、路基水穩層、瀝青混凝土路面。十三涌西至十五涌采用西坡植樹、種草等景觀綠化工程。

2.2 斷面設計

典型斷面設計以規范為基礎，海堤設計防洪標準為200年一遇，堤頂設計高程為9.5 m，頂部防浪墻設置轉角消力，和壩體間由φ18的1.5 m長鋼筋連接，間距0.6 m×1.0 m，設計洪水位7.78 m。迎水面設置二級平臺，連接處7.5 m標高處設計消防平臺，由C35鋼筋混凝土護面、平面和防浪墻底做干砌石墊層基礎。一級平臺做500 mm 厚干砌石。迎水側坡下部為拋石護腳，坡比為1∶3，與地面相連。頂部堤壩寬8 m，自下往上分層設置了0.2 m厚的級配碎石墊層、0.2 m厚6%水泥石屑穩定層、6 cm厚的中粒式改性瀝青混凝土、3 cm厚的細粒式改性瀝青混凝土。平臺寬8 m。背水側坡面與平臺連接處設置排水溝。對坡面進行階梯式削坡后回填砂性土。坡面覆蓋腐殖土和草皮護坡。坡底設置排水溝，混凝土擋土墻反壓坡底。對于堤后的地基處理，使用堆載預壓排水固結的方法來進行[2]。增加新的壓滲平臺，充分排水功能作用通過進行堆載預壓。

2.3 整體穩定性計算

根據規范SL 435—2008，使用瑞典圓弧法對海堤邊坡穩定性進行計算，使用“理正巖土系列計算軟件7.0版”[3]，分別計算加固后海堤在設計洪水期、洪水消退期、施工期三個最不利工況的穩定性。洪水期的設計水位為7.78 m，設計洪水消退水位為4.49 m,洪水位通過有效應力計算法，其他兩工況為總應力計算法，巖土體的指標通過慢剪、固結快剪和快剪的方法來確定，計算結果如表1所示。

表1 典型剖面穩定性計算表

通過計算可以得知，三種工況下安全穩定系數均滿足計算要求，施工期的允許安全穩定性系數為1.15，洪水期和消退期安全穩定性系統為1.25,均滿足規范要求。

3 關鍵步驟施工工藝控制方法

3.1 土方開挖

十三涌西至十五涌西堤段總共淤泥開挖2940 m3，石方開挖1800 m3，清表土約1.9萬m3。開挖量較小，石方開挖主要是拆除干砌石和漿砌石就近利用拋石護腳，淤泥開挖及清表土直接棄運。

開挖程序分三步進行,把堤內結構邊線及清挖范圍測量放線后先清除植被土、雜填土、淤泥等無用料,然后按圖回填砂性土至砂墊層底高程后，再填筑中粗砂墊層,完成塑料排水板及堤身填土堆載后，二次開挖內坡腳混凝土擋墻和排水溝基礎。水閘開工后，利用破堤開挖土方填筑內外圍堰,抽干基坑水后將水泥攪拌樁打樁范圍基坑一次開挖至設計高程,開挖土方就近堆放,以便結構完成后利用回填。其施工程序如下:

(1)表土和淤泥開挖。開挖中應對含細根須、草土植物、碎石雜填土等覆蓋表層有機質無用土層與下部有用土層分別開挖,采用推土機集料1 m3反鏟挖掘機配10t自卸車施工,深度根據開挖土層的性質確定,挖至符合填堤土質要求為止,開挖后的表土棄運至棄土場。

(2)二次開挖。堤身堆載填土至設計高程并滿足設計要求的堆載時間后，開始堤頂和堤內坡腳混凝土擋墻基礎和排水溝基礎二次開挖，開挖時應遵循由深到淺、由遠及近的原則，開挖土方除部分就近堆放用于擋墻結構完成后的背側填土外[4]，其余土方就近回填至迎水坡和轉運到十三涌西至十五涌西堤段背水坡回填(含腐殖土)。

3.2 土方填筑工法

根據試驗確定的參數進行大堤土方加培填筑。料場土料的含水量，每天都要測試，根據既有的復查資料，在施工指導過程中還要分析顆粒或者進行擊實試驗，對大量含水的料土進行提前翻曬，然后利用推土機將翻曬好的土料攏堆集料[5],進行保護。如果料土水分小，還要灑水潤濕。

(1)利用推土機將運到現場的土料整平，厚度達到試驗厚度后按照規定遍數進行碾壓，以環刀試驗進行干容重的測定并計算壓實度。

(2)過長的堤線，根據大約的均等原則劃分為三個工區，組織施工人員進行三個工區的同時施工。根據工作面大小進行大堤加培填筑，施工方式以分段分層流水施工為主，每個填充段可劃分為200～300 m長，也就是控制每次填筑土層長度200～300 m左右。

(3)為了避免發生漏壓、碾壓不到位或者過分碾壓的現象，可以在各段土層間安設標識，盡量錯開上下層分段位置，回填完第一工作面，馬上回填第二工作面，同時碾壓第一工作面，回填完第二工作面后，馬上回填第三工作面，同時取樣試驗第一工作面，碾壓第二工作面，實現作業的流水化[6]。

(4)利用推土機攤鋪填筑的土料，確保均勻的厚度，檢測要按照相關要求及時進行，控制合理的填土厚度。碾壓機的碾壓必須與堤軸線平行，針對上堤的施工機械，為了避免重復碾壓，上堤的路口和行進位置要不斷更換。

(5)在分段碾壓過程中，臨近兩段交接帶的碾壓痕跡必須沿著碾壓方向相互搭接，搭接長度要超過0.3～0.5 m：在進行垂直方向的跨縫搭接碾壓時，必須確保1.0～1.5 m以上的搭接寬度。

(6)要不間斷地進行鋪料與碾壓作業，在短暫停止或者是因為過于干燥導致表面水分被快速蒸發的情況下，要定期灑水濕潤風干土層，以確保需要的含水量，在長久停工的情況下，要考慮氣候情況采取保護措施，復工時要清除保護層，同時確定填筑面合格方可繼續施工，并進行相關的記錄。

(7)為了確保大堤的壓實干容重指標在設計斷面內滿足設計要求，在堤坡鋪土工序中要超填需要的寬度，并在結束圩堤施工后根據設計斷面進行削坡。大堤接縫的橫向結合坡度不能超過1∶3，高差控制在1.5 m范圍內，如果在某種特別情況下有必要讓結合坡度更陡、高差更大，就要通過監理和設計批準。可以進行縱向接縫的合理設置，如果利用平臺與不同高度斜坡結合的模式，平臺高差必須控制在1.5 m之內。

3.3 改性瀝青混凝土路面施工方法

堤頂瀝青混凝土路面全長4.79 km，其中十三涌西至十五涌西堤段長2.01 km，路面凈寬度8.0 m。路面類型為改性瀝青混凝土路面，分兩層鋪設，底層為AC-20中粒式改性瀝青厚6 cm，面層為AC-13細粒式改性瀝青厚4 cm，路基為級配碎石墊層20 cm厚，6%水泥石屑穩定層厚20 cm。

進行首次攤鋪時，當達到10 cm厚度時，要仔細進行攤鋪面橫坡和標高的檢查，如果與設計標準不符，就要進行橫坡和熨平板高度的合理調整，達到標準后再繼續施工。正常攤鋪時，每隔10 m要記錄虛鋪的厚度，攤鋪后要利用人工清除石塊以及碎石中的雜物，然后進行回填。

4 結 語

海堤加固技術是隨著沿海城市岸堤工程建設不斷地發展，隨著經濟社會的發展，海堤加固不僅僅再是對堤壩提進行技術加固，更要兼顧生態環境和城市美觀設計。在傳統的地基土的挖換填，注漿加固，堤壩壩坡的混凝土硬化，路基的鋪設基礎上，往往還應重視坡面的景觀設計。本文通過南沙南堤十三至十五涌西段的海堤加固實例，介紹了海堤加固的綜合生態安全治理的設計和施工實踐，為相似的海堤加固工程提供了經驗。