連云港贛榆區(qū)小口攔砂壩防護(hù)方案比選分析

王玉甫，張 言，宗國營，占 飛

（1.連云港市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 連云港 222006；2.連云港徐圩港口投資集團(tuán)有限公司，江蘇 連云港 222006）

0 引言

小口攔砂壩工程位于海邊，施工期間受潮水影響，只能趕潮施工，施工時(shí)間較短，混凝土強(qiáng)度難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，灌砌體抗沖刷能力差，容易被損毀。且攔砂壩壩體及外側(cè)拋石塊體較小，重量較輕，整體性差，抗風(fēng)浪能力弱，受“梅花”“達(dá)維”“菲特”等多次超標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)臺風(fēng)襲擊，拱圈及護(hù)面脫落損毀，壩體出現(xiàn)多處塌陷、斷裂等現(xiàn)象，造成小口攔砂壩目前攔砂效果差，海砂南移龍王河入海口處淤積嚴(yán)重，危及片區(qū)人民生命和財(cái)產(chǎn)安全?；谝陨锨闆r，本次小口攔砂壩維修加固工程考慮對1#壩、2#壩均進(jìn)行維修加固。本文對小口攔砂壩防護(hù)方案進(jìn)行分析。

1 工程概況

小口攔砂壩位于連云港市贛榆區(qū)海頭鎮(zhèn)小口村南，主要功能為攔截海砂，防止龍王河入?？谟俜e?，F(xiàn)狀攔砂壩共兩條：1#壩實(shí)測長度270 m，海堤樁號約30+895 處，為第一輪海堤達(dá)標(biāo)建設(shè)項(xiàng)目；2#壩實(shí)測長度350 m，位于海堤樁號約31+935 處，由當(dāng)?shù)卣陆?。兩座攔砂壩均已運(yùn)行15 年。小口攔砂壩位置圖見圖1。

圖1 小口攔砂壩位置圖

2 攔砂壩選址及堤線布置

本工程對1#攔砂壩、2#攔砂壩進(jìn)行維修加固，攔砂壩壩頂高程按平均潮位+0.50 m 超高來控制，攔砂壩處平均潮位2.06 m，壩頂高程取為2.60 m。

1#壩長度及堤線維持現(xiàn)狀不變，與海堤軸線垂直；2#壩壩身主體堤線維持現(xiàn)狀不變，壩身主體堤線與海堤堤線成84°夾角，但為了與同期實(shí)施的龍王河口海堤防護(hù)工程銜接，攔砂壩首端轉(zhuǎn)向與海堤裹頭處垂直，首端長度較現(xiàn)狀減少了40 m，因此2#壩長由原350 m 調(diào)整為310 m。

3 攔砂壩護(hù)坡結(jié)構(gòu)方案比選

本次外坡防護(hù)擬對預(yù)制混凝土柵欄板護(hù)坡、預(yù)制混凝土四腳空心塊護(hù)坡及預(yù)制混凝土扭王塊護(hù)坡三種方案的投資及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

3.1 預(yù)制混凝土柵欄板護(hù)坡

3.1.1 混凝土柵欄板護(hù)坡厚度計(jì)算

混凝土柵欄板護(hù)坡厚度計(jì)算根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.5-8）公式計(jì)算[1]：

式中：t 為混凝土柵欄板的厚度，m；m 為斜坡坡率，取1.5；d為堤前水深，m，本工程取3.44 m；γb為混凝土異型塊重度，取24 kN/m3；γ 為水的重度，取10 kN/m3；H 為計(jì)算波高，m，本工程H13%=2.36 m。

經(jīng)計(jì)算，混凝土柵欄板護(hù)坡厚度不得小于0.28 m。

3.1.2 預(yù)制混凝土柵欄板護(hù)坡設(shè)計(jì)

混凝土柵欄板平面形狀為長方形，長短邊的比值為1.25，混凝土柵欄板護(hù)坡結(jié)構(gòu)布置根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.5-1～7）公式計(jì)算：

式中：H 為計(jì)算波高，m，本工程H13%=2.36 m；a0為柵欄板長邊，沿斜坡方向布置，m；b0為柵欄板短邊，沿堤軸線方向布置，m。

經(jīng)計(jì)算，混凝土柵欄板護(hù)坡結(jié)構(gòu)尺寸見表1。

表1 混凝土柵欄板護(hù)坡結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表

本次設(shè)計(jì)柵欄板為C35 預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)，施工時(shí)需吊裝，為了吊裝方便（減輕柵欄板單塊重量），根據(jù)實(shí)際坡線布置需要，本次設(shè)計(jì)柵欄板長邊（沿斜坡方向）由計(jì)算值2.95 m 調(diào)整為2.20 m，短邊（沿軸線方向）由計(jì)算值2.36 m 調(diào)整為1.76 m。根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.5）要求，柵欄板寬度每增加或減少1 m，厚度t 可相應(yīng)減少或增加50 mm[2]。因此本次設(shè)計(jì)柵欄板厚度需適當(dāng)增加，本次設(shè)計(jì)柵欄板寬度比計(jì)算值減小約0.80 m，厚度需增加約0.04 m，根據(jù)表2 計(jì)算成果，本次設(shè)計(jì)混凝土柵欄板護(hù)坡厚度不得小于0.28+0.04=0.32 m，本工程柵欄板厚度取值為0.32 m 以滿足規(guī)范要求[1]。

綜上所述，本工程柵欄板尺寸如下：排水通道高δ 為0.10 m，格柵厚度為0.32 m，兩側(cè)邊梁高度為0.42 m，單塊平面尺寸為2.20 m×1.76 m，單塊體積為0.85 m3，單塊重量為2.05 t。

3.2 預(yù)制混凝土四腳空心塊

3.2.1 混凝土四腳空心塊穩(wěn)定重量計(jì)算

四腳空心塊的穩(wěn)定質(zhì)量計(jì)算根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.6-1）公式計(jì)算：

式中：Q 為護(hù)坡塊體的穩(wěn)定質(zhì)量，t；γb為混凝土異型塊重度，kN/m3，取24 kN/m3；γ 為水的重度，kN/m3，取10 kN/m3；H 為計(jì)算波高，m，H13%=2.36 m；KD為塊體的穩(wěn)定系數(shù)，安放一層，取KD=14；m 為斜坡坡率，取1.50。

經(jīng)計(jì)算，混凝土四腳空心塊個(gè)體穩(wěn)定質(zhì)量不得小于0.55 t。

3.2.2 混凝土四腳空心塊護(hù)坡厚度計(jì)算

四腳空心塊護(hù)坡厚度計(jì)算根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）附錄J（J.0.6-2）公式計(jì)算：

式中：t 為塊體護(hù)坡層厚度，m；γb為混凝土預(yù)制塊重度，kN/m3，取24 kN/m3；n 為護(hù)坡塊體層數(shù)，n=1；C 為塊體形狀系數(shù)，安放一層，取C=1.4。

經(jīng)計(jì)算，水毀加固段混凝土四腳空心塊護(hù)坡層厚度不得小于0.86 m。

3.2.3 混凝土四腳空心塊護(hù)坡設(shè)計(jì)

根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）附錄J 公式計(jì)算。本方案四腳空心塊設(shè)計(jì)尺寸如下：長×寬為1.50 m×1.50 m，厚度為0.90 m，單塊體積為1.01 m3，單塊重量為2.42 t。

3.3 預(yù)制混凝土扭王塊

根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）J.0.6 條，采用預(yù)制混凝土異型塊體或經(jīng)過分選的塊石作為斜坡堤護(hù)坡面層的計(jì)算按下列規(guī)定：

（1）穩(wěn)定質(zhì)量計(jì)算

波浪作用下單個(gè)預(yù)制混凝土異型塊體的穩(wěn)定質(zhì)量可按下式計(jì)算：

式中：Q 為主要護(hù)面層的護(hù)面塊體、塊石個(gè)體質(zhì)量，t；γb為預(yù)制混凝土異型塊體或塊石的重度，24 kN/m3；γ 為水的重度，10 kN/m3；H 為設(shè)計(jì)波高，m，當(dāng)平均波高與水深的比值＜0.3 時(shí)宜采用H5%，當(dāng)H/d≥0.3 時(shí)宜采用H13%，本工程取H13%=2.36 m；KD為穩(wěn)定系數(shù)，取18；m 為斜坡坡率，為1.5。

經(jīng)計(jì)算，扭王塊穩(wěn)定質(zhì)量Q=0.43 t。

（2）護(hù)面厚度計(jì)算

預(yù)制混凝土異型塊體護(hù)面層厚度可按下式計(jì)算：

式中：t 為護(hù)面厚度，m；n 為護(hù)面塊體層數(shù)，為1；C 為系數(shù)，取1.36。

經(jīng)計(jì)算，扭王塊護(hù)坡層厚t=0.76 m。

根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014），本方案扭王塊選用B 型扭王塊，扭王塊高度h=1.00 m，單塊體積0.265 m3，單塊重量為0.64 t。

3.4 優(yōu)缺點(diǎn)比較

根據(jù)類似工程的設(shè)計(jì)和管理運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，三種方案各自優(yōu)、缺點(diǎn)見表2。

表2 防護(hù)工程方案主要優(yōu)、缺點(diǎn)比較表

通過以上優(yōu)缺點(diǎn)比較，方案三預(yù)制扭王塊護(hù)坡方案投資最大，不經(jīng)濟(jì)，本次設(shè)計(jì)不予考慮。方案一預(yù)制柵欄板護(hù)坡，雖然消浪效果較好，外形美觀，但是適應(yīng)變形能力稍差，影響攔砂壩的抗風(fēng)潮能力，不利于結(jié)構(gòu)耐久性，雖然單位方量投資低，但是由于柵欄板厚度薄，受風(fēng)浪侵蝕后易破損，本次設(shè)計(jì)也不考慮該方案。

方案二預(yù)制四腳空心塊護(hù)坡具有消浪效果好、外形美觀、具有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力，適應(yīng)變形能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，相對于其他的方案也有很明顯的優(yōu)點(diǎn)。近幾年在連云港多處防波堤上多采用該種護(hù)坡形式，經(jīng)驗(yàn)證，效果很好，比較適宜本工程情況[2]。

因此，本次設(shè)計(jì)推薦方案二：預(yù)制四腳空心塊護(hù)坡方案。

4 結(jié)論

經(jīng)過分析，小口加固攔砂壩迎水坡及背水坡坡比均為1∶1.5，壩頂寬度為2.50 m，壩頂高程為2.60 m，壩底標(biāo)高為0.00～-1.00。壩面層采用塊石結(jié)構(gòu)，壩心內(nèi)采用20 kg～80 kg 塊石，兩側(cè)壩腳內(nèi)側(cè)為混凝土預(yù)制塊壓腳，外側(cè)設(shè)設(shè)大于80 kg 塊石壓腳。壩坡護(hù)面采用混凝土四腳空心塊，沿壩坡方向?yàn)?～3 塊，四腳空心塊單塊平面尺寸為長×寬為1.50 m×1.50 m，厚度為0.90 m；壩頂采用預(yù)制混凝土塊護(hù)頂。

小口攔砂壩維修加固工程實(shí)施完成后，將恢復(fù)原攔砂功能，防止龍王河入?？谟俜e，保障贛榆區(qū)沿海開發(fā)的建設(shè)，將為沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供可靠屏障和重要支撐。