新型框架式海堤工程建設現狀及研究進展

摘"要：通過分析浙江省沿海地區框架式海堤工程建設現狀和各種框架式海堤結構的適用條件及建設特點，從結構設計優化、整體穩定分析、海堤與交叉建筑物連接部位設計施工等三個方面對框架式海堤的研究現狀進行了總結，指出了框架式海堤研究中波浪與結構的相互作用、結構優化及整體穩定分析、試驗研究和現場原型觀測等三個值得進一步研究的方向。認為框架式海堤將是未來海堤工程建設的重點方向之一，為解決沿海城市用地需求，同時保障防洪防潮安全，給同類海堤工程建設提供參考。

關鍵詞：框架式結構；海堤；研究進展

Current"Status"and"Research"Progress"of

New"Framework"Seawall"Engineering"Construction

XieShenglong"Zhou"Shouqing"Xiao"Jie

Government"Investment"Project"Construction"Center"of"Yongjia"ZhejiangWenzhou"325100

Abstract：By"analyzing"the"current"status"of"frame"sea"dike"construction"in"coastal"areas"of"Zhejiang"Province"and"the"applicable"conditions"and"construction"characteristics"of"various"types"of"frame"sea"dikes，this"paper"summarizes"the"research"status"of"frame"sea"dikes"from"three"aspects：structural"design"optimization，overall"stability"analysis，and"design"and"construction"of"connection"points"between"sea"dikes"and"crossing"structures.It"points"out"that"three"directions"for"further"research"are"worth"exploring：the"interaction"between"waves"and"structures，structural"optimization"and"overall"stability"analysis，experimental"studies，and"on-site"prototype"observations.The"paper"concludes"that"frame"sea"dikes"will"be"one"of"the"key"focuses"in"future"sea"dike"engineering"projects.To"address"land"use"needs"in"coastal"cities"while"ensuring"flood"and"tidal"safety，it"provides"a"reference"for"similar"sea"dike"construction"projects.

Keywords：framework"structure;"Seawall;"Research"progress

沿海地區為防御風暴潮和波浪的危害，往往會修筑各種堤防工程來保障社會經濟發展以及人民生命財產安全。在長期的生產生活實踐中，沿海人民因地制宜，就地取材，積累了豐富的土石材料筑堤建設經驗，取得了明顯的防災減災效益。

浙江海岸線的長度為6715km，居全國首位。隨著人口向沿海經濟發達地區的集中，沿海城市用地的緊張局面越來越制約著當地經濟的發展。而傳統的斜坡式土石堤筑堤技術占地面積大，其劣勢也逐漸突顯出來。近年來，借鑒港口工程中防波堤及碼頭的結構型式，浙江沿海地區出現了一系列新型的框架式海堤結構［1］。

1"框架式海堤工程建設實踐

1.1"浙江省框架式海堤建設現狀

浙江省沿海地區普遍采用傳統的土石結構海堤，但這種結構在沿海軟土地基中存在工后沉降偏大容易造成堤頂高程逐年降低、迎水坡面受潮水沖刷破損開裂，且這種海堤結構存在占地面積大等問題。相比而言，框架堤結構在滿足防洪（潮）等水利基本功能的前提下，能克服上述問題，并與城市景觀、市政道路等緊密結合。

甌江屬我國東南沿海強潮河口段，海堤受潮水沖刷嚴重，地基為深厚軟土地基，對堤防建設極為不利。自21世紀初開始，借鑒港口工程中板樁、高樁碼頭等結構形式，甌江沿岸逐漸出現樁基空箱結構、框架結構等斷面型式的鋼筋混凝土結構海堤。這種結構海堤采用樁基基礎，能夠適應軟土地基變形，占地少，且適合大規模機械化施工。框架式海堤結構在浙江省海塘加固與改造工程中的應用情況如圖1所示。

1.2"新型框架式海堤結構型式

框架式海堤結構綜合利用了傳統海堤和港口碼頭結構優點，上部防潮擋水結構常采用空箱式或開孔式鋼筋混凝土結構。基礎常采用樁基礎，包括預應力方樁、灌注樁、板樁以及預制插板等。目前浙江沿海地區建設的框架式海堤主要有直立式雙排板樁、PCC樁直立式、直立式輕型框架式、輕型分離式框架、內側架空框架式等型式［2］。

1.2.1"直立式雙排板樁結構

如圖2所示，直立式雙排板樁結構海堤前后設兩排直立封閉的鋼筋混凝土板樁，板樁間由土石料充填，樁頂設連續的鋼筋混凝土導梁，導梁間隔一定距離設置鋼筋混凝土聯系梁，聯系梁上鋪設預制或現澆鋼筋混凝土面板。板樁、導梁、面板與土石填料構成一個整體，形成超靜定結構。這種結構整體剛度大，在風浪多變的外荷載作用下能自動調整自身的內力。該結構海堤占地面積小，抗外荷載能力較強。

1.2.2"PCC樁結構直立式海堤

如圖3所示，PCC樁是指大直徑現澆混凝土薄壁管樁，其樁徑為Φ1000～Φ1500mm，壁厚一般為150～200mm，采用鋼筋混凝土或素混凝土一次澆筑完成。海堤采用聯體PCC樁結構，聯體樁位于海堤兩側，堤身形成空腔；依靠錨索加強聯體樁地基穩定性。兩側聯體樁結構的外側拋石護腳，堤頂可做成公路或觀光道路。該海堤結構設計斷面小、整體穩定性好、抗水流沖蝕能力強，在深厚軟土地基沉降穩定期短，施工工期短。

1.2.3"直立式輕型框架式海堤結構

直立式輕型框架式堤防，典型斷面如圖4所示，堤身底部為鋼筋混凝土底板，底板以下基礎處理采用混凝土灌注樁，矩形布置。墻趾前設消浪平臺，設計平臺控制高程以下根據需要采用拋石填筑，拋石體大小根據邊坡安全穩定需要確定，表層大塊石進行理砌。

底板以上通過框架柱或者擋水板與頂板（梁）連接，背水一側采用黏性土填筑，斜坡面鋪設土工合成材料及種植土，下設混凝土擋墻，與道路相連。

1.2.4"輕型分離式框架結構海堤

如圖5所示，該結構型式海堤分為岸邊式反弧懸挑式和框架式。岸邊式反弧懸挑標準斷面的堤塘結構為整體框架式，框架式堤塘標準斷面適用于深水區，其將堤線外移20～150m，親水平臺為預制混凝土管樁框架式結構。其與L型擋墻搭接，擋墻的基礎設置有密排灌注樁墻，樁端進入持力層，樁長20～60m不等。

這兩種類型的框架式堤塘具有少占水少占地的優點，同時具有減少越浪，承擔豎向和水平荷載、防止滲透變形和防止邊坡失穩等作用。

1.2.5"內側架空式框架海堤

如圖6所示，框架堤基礎采用混凝土鉆孔灌注樁基礎，內側嵌入持力層地基，高壓旋噴樁作為防滲結構，迎水側設混凝土墻防洪擋潮，背水側設置鋼筋混凝土柱，底板采用鋼筋砼，形成框架結構，框架內凈空可結合內部道路建設綜合利用。

隨著框架式海堤設計的逐步成熟，框架內部空間也逐漸由不可使用到可以使用的變化。

2"框架式海堤研究進展

框架式海堤結構主要由鋼筋混凝土結構及樁基礎構成，該型式海堤結構斷面復雜，我國現行海堤設計規范中，尚未給出該類型式海堤地基處理、樁基設計、樁基穩定性分析、結構整體穩定性分析等關鍵技術標準。目前設計主要借鑒其他類似工程的設計規范，關于該方面的研究也比較少。

關于框架式海堤的研究方向主要集中在海堤結構設計與優化（其中包含有樁基礎設計優化和地基處理相關內容）、框架式結構整體穩定與變形分析研究（主要研究方向有樁土相互作用、波浪荷載對框架及樁基的作用等）、框架結構施工技術研究（重點包括框架結構與原有土堤、水閘、橋梁等交叉建筑物連接部位的施工技術）。

2.1"框架式海堤結構設計優化研究

隨著新材料、新技術及機械化施工技術的進步，在滿足多功能需求、減少工程占地、合理控制投資等方面對框架式結構海堤提出了越來越高的要求。如何優化結構斷面設計以及采取合適的地基基礎方案等都是框架式海堤結構優化設計研究的重點。

在深厚的軟土地基中，框架式結構海堤應該采用鉆孔灌注樁、預制樁和PHC樁中的哪一種？潘根孝［3］以平陽縣鰲江標準堤（鎮區段）加固工程為例，對三種樁基方案進行比選，發現預制樁或PHC樁，施工難度較大、噪聲大且造價較高，推薦采用砼鉆孔灌注樁方案。

框架式結構海堤完工后往往會在堤后進行填土，作為城市綠地或市政道路，但這種堆土如果施工速度控制不合理，將會對海堤結構造成較大影響，使海堤產生較大的附加應力、樁基負摩阻效應等。胡曉明等［4］結合溫州某樁基框架結構海堤工程，通過建立數值模型，分析了板樁的位置、深度及厚度變化對結構受力和變形的影響，得出結論，在堤后大面積堆載情況下，可以通過在堤防內側設置板樁改善堤身受力和變形，且板樁距離框架堤堤身越近、樁越長，對堤后堆載作用的隔離越明顯，但板樁厚度變化對其影響相對較小。

鄭安興等［5］提出框架式海塘結構優化設計的關鍵是樁基的優化設計，PHC樁徑和預制樁邊長的大小都對框架海塘結構的豎向極限承載力影響較大，對水平承載力影響較小，如果結構可能承受較大的水平荷載，對結構進行優化時建議不要將樁徑（或樁邊長）作為優化指標。

2.2"框架式海堤整體穩定分析研究

相較于傳統的土石堤，新型框架式結構海堤的整體穩定性研究還不夠深入。

鄭安興等［5］以溫州鹿城區分離式框架海堤為研究對象，運用相關有限元軟件，采用強度折減法，分析了密排樁和樁周圍海水淘蝕深度對海堤變形及整體穩定性的影響，發現密排樁樁長越長、樁徑越大，對結構的整體穩定性越有利，樁基周圍淘蝕深度越深，海堤整體穩定性降低。

直立式雙排板樁結構海堤是一種超靜定結構，對其進行穩定分析時需著重考慮結構與土的相互作用，但由于實際應用僅局限在溫州甌江沿岸，尚缺乏深入研究。俞相成等［6］通過探討華東地區某直立式雙排板樁海堤的結構型式和施工方法，對其力學機理進行了研究，提出了適合該地區特定地質條件下的計算模型，并指出該計算方法有待于實際工程的進一步檢驗。

新型框架式海堤中很多都是樁基礎的直立堤，其中對樁基礎安全起控制作用的荷載往往是波浪力，沿海地區由于受波浪作用的影響較大，明確在其作用下海堤的受力特征對工程安全及投資意義重大。有學者以溫州市鹿城區分離式框架海塘為研究對象，進行了波浪荷載作用下框架結構受力性狀分析，通過分析五種典型水位下框架結構在波浪荷載作用下的受力性狀，得出對于該典型斷面，當不發生越浪時，水位越高，波浪荷載對該結構的受力性狀影響越大。季鑫鑫等［7］以溫州市甌江口生態堤為例，通過物理模型試驗，探究了不規則波作用下懸挑式框架海堤的受力特性，提出波浪豎向荷載是懸挑框架式海堤整體穩定的主要不利因素之一。

2.3"框架式海堤與交叉建筑物連接部位設計施工技術研究

當海堤遇見橋梁或水閘等交叉建筑物時，如若工期較為接近，雙方結構之間會產生相互影響。以往對土石堤與橋梁等交叉建筑連接部位研究較多，但對新型框架海堤與交叉建筑連接部位的研究較少。

為減少海堤的沉降，框架結構海堤常采用樁基礎，為協調連接部位的沉降差，需要考慮堤基樁基礎的長度問題，太短不會減少堤基沉降，太長則會產生不必要的浪費。張曉敏等［8］采用實體深基礎法以及分層總和法，通過三維固結有限元靜力分析，研究了框架樁基海堤與高架橋橋樁位移的相關性，確定優選框架樁基海堤長度。

在深厚軟土地基中，沿海大橋與土石堤交叉時，會產生土石堤沉降過大的橋頭跳車問題。有學者通過樁型、樁基布置比選等分析，結合樁基承載力計算，提出了一種長短密排樁基礎的框架肋板結構海堤，該結構能通過減少堤防的沉降，從而克服對大橋橋墩的不利影響，能縮短交叉段橋梁和海堤的施工工期。

3"框架式海堤工程研究中存在的問題

目前在浙江省沿海地區廣泛采用的框架式海堤結構，為保證結構穩定性，還需要深入進行以下研究。

3.1"波浪與結構的相互作用分析

在以樁為基礎的直立框架式堤中，由于受風暴潮的影響，波浪力往往起控制作用，因此研究波浪荷載與結構的相互作用需要得到重視。

框架式海堤結構受力情況復雜，存在許多技術難點，現有規范標準沒有對應的條文。目前，該型式海塘設計主要沿用原有的水工擋土墻和樁基設計理論。因而，建立波浪荷載作用下岸坡土體的強度弱化模型，開展海塘結構受循環荷載作用性狀模擬研究，完善設計理論，顯得尤為重要。

3.2"結構優化及整體穩定分析

由于波浪作用，海堤基礎存在淘刷現象，沖坑往往較深。樁基在水壓力、土壓力等荷載作用下，將產生水平位移。樁基設計中應結合波浪荷載作用等對樁頂水平位移進行計算，施工及運行過程中應密切監測樁頂水平位移，控制在允許范圍內，避免工程事故發生。

框架式海塘結構主要采用樁基礎，部分采用密排樁，但前后土壓力作用是影響樁基側向抗滑穩定的重要因素，因此，為保證框架式海塘結構的整體抗滑穩定，有必要對密排樁進行優化設計及框架結構進行整體穩定計算。

3.3"試驗研究和現場原型觀測

框架式海堤結構受力復雜，目前開展的數值模擬對結構進行了大量簡化，其結果與工程實際有一定差距。因此，在結構設計過程中除進行數值模擬外，仍需進行大量可靠的試驗研究及原型觀測，以驗證模擬結果的可靠性和設計方法的科學性。

4"展望

新型框架式海堤結構占地少、在深厚軟土地基中可以解決工后沉降問題，便于機械化施工。框架式海堤具有多功能性，除了基本的防洪防潮功能外，框架式海堤還可以結合綠化、休閑等功能，提供更多的生態服務。

該類海堤結構工程投資規模較傳統海堤工程要大，對于浙江省、上海市等經濟相對發達地區而言，這些投資可以換回更多的環境效益和社會效益。目前，對我國其他經濟不發達的沿海地區而言，該框架式結構海堤相較傳統海堤的投資巨大，限制了此項技術的發展，相信隨著技術的進一步發展，工程的單價逐漸降低，將推動其進一步擴大應用范圍。

參考文獻：

［1］湯德意.新型板樁框架海堤特性研究［D］.杭州：浙江大學，2012.

［2］張軍濤，鄧鵬，劉漢中.一種新型樁基框架式海堤結構分析與優化［J］.人民長江，2013，44（21）：5659.

［3］潘根孝.框架堤在鰲江標準堤中的應用及影響［J］.山東工業技術，2018（12）：9495.

［4］胡曉明，左殿軍.板樁對框架結構海堤隔離堤后堆載作用的有限元分析［J］.浙江水利科技，2013，41（06）：2730.

［5］鄭安興，毛前.基于強度折減法的框架式海堤穩定性分析［J］.水利水電科技進展，2021，41（02）：7074.

［6］俞相成，謝先坤.一種直立式雙排板樁海堤結構分析與探討［J］.城市道橋與防洪，2012（05）：123127+12.

［7］季鑫鑫，楊志勇，紀道斌.懸挑框架式海堤不規則波浪力特性研究［J］.水運工程，2024（06）：1823+50.

［8］張曉敏，裴廣超，孫明正.框架樁基海堤長度優化［J］.低溫建筑技術，2015，37（01）：124126.

作者簡介：謝盛龍（1992—"），男，漢族，浙江永嘉人，本科，工程師，研究方向：水利工程項目建設管理。