汕頭市海濱路高標(biāo)準(zhǔn)防潮堤改建工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

蟻曉達(dá)

（河南省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限公司汕頭分公司，廣東 汕頭 515000）

汕頭市海濱路規(guī)劃定位為一條集交通、 景觀為一體的濱海空間走廊， 目前海濱路沿線防潮堤長(zhǎng)2.199km，呈東西走向，東起始于黃厝圍新橋，西閉合于東海岸大道，總體走向?yàn)閆字型，較為蜿蜒曲折。為確保海濱路防洪體系封閉， 推動(dòng)濱海空間景觀帶的開(kāi)發(fā)建設(shè)，需將下蓬海堤（海韻路至海興路堤段）堤軸線進(jìn)行南移，對(duì)老堤進(jìn)行拆除重建，新堤軸線沿著最新海域線走向，總長(zhǎng)393m，新建防潮堤采用200年一遇防潮標(biāo)準(zhǔn)。 工程建設(shè)內(nèi)容為改建總長(zhǎng)393m的防潮堤段，建設(shè)范圍如圖1。

圖1 工程平面布置

1 工程建設(shè)條件

項(xiàng)目區(qū)地形平坦，地勢(shì)低平，相對(duì)高差較小，地面標(biāo)高范圍為1.19～3.60m。 地貌上屬榕江及韓江（現(xiàn)期）港灣式三角洲沉積平原前緣，水陸交通方便。 根據(jù)地質(zhì)鉆孔揭露，堤基范圍內(nèi)的地層主要為（1-1）素填土、（3-1）粉砂、（3-2）細(xì)砂；特殊性土主要為厚層軟土（淤泥、淤泥質(zhì)土）。分層土體主要物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)建議值如表1。

表1 地基巖土層設(shè)計(jì)參數(shù)建議值匯總

2 工程設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根 據(jù)GB50201—2014 《 防 洪 標(biāo) 準(zhǔn)》 和GB/T51015—2014 《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》 及DB/T182—2004《廣東省海堤工程設(shè)計(jì)導(dǎo)則（試行）》等規(guī)程、規(guī)范， 工程保護(hù)對(duì)象為重要城市， 因此工程等別為Ⅱ等。根據(jù)《廣東省韓江流域水利綜合治理工作方案》，到2025年，省域副中心汕頭市中心區(qū)防洪（潮）能力須達(dá)到200年一遇。 綜上所述，結(jié)合汕頭經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的要求， 確定改建防潮堤的防潮標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇，防潮堤級(jí)別為1級(jí)海堤。

2.2 堤型選擇[1-2]

針對(duì)現(xiàn)狀堤防情況，堤型選擇原則如下：①為節(jié)省工程投資，堤型盡量利用原有舊堤斷面整改。②在充分考慮城區(qū)居民房屋密集，拆遷困難的條件下，盡量選擇拆遷、占地少，又經(jīng)濟(jì)可行的堤型。 ③要與河道的水流及風(fēng)浪特征相適應(yīng)。 ④因地制宜、就地取材。由于汕頭地區(qū)石多土少，堤型設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮節(jié)約用土，盡量多采用石料。

表2 不同頻率潮位選擇

綜合考慮后，防潮堤堤型采用直立擋墻墻后填土堤型， 迎水面設(shè)置C40混凝土直立墻，墻后填土寬5m，背水坡坡比為1∶2。

2.3 堤頂寬度與高程確定[3-4]

防浪墻堤頂寬度應(yīng)根據(jù)堤身整體穩(wěn)定、 防汛、 管理及施工的需要。 根據(jù)GB 51015—2014《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，1級(jí)海堤堤頂寬度不宜小于5m。 本工程堤防等級(jí)為1級(jí)，結(jié)合上位規(guī)劃、景觀帶布置及堤頂防汛交通等要求綜合考慮后，堤頂寬度取為5m。

堤頂高程按設(shè)計(jì)高潮位加波浪爬高和堤頂安全加高確定，如式（1）。

式中 Zp為設(shè)計(jì)頻率的堤頂高程；hp為設(shè)計(jì)頻率的高潮位（擋潮標(biāo)準(zhǔn)200年一遇的潮位值為4.244m）；RF為按設(shè)計(jì)波高計(jì)算的累積頻率為F的波浪爬高值，按不允許部分越浪設(shè)計(jì)時(shí)取F=13%；A為安全加高， 對(duì)于不允許部分越浪的1級(jí)海堤為1.0m，允許部分越浪的1級(jí)海堤取0.5m。

根據(jù)式（1），選取典型防潮堤典型斷面計(jì)算堤頂高程。 計(jì)算輸入條件為：工程采用直墻式堤圍，按允許越浪設(shè)計(jì)，其迎水坡坡度1∶0.1；工程區(qū)域設(shè)計(jì)風(fēng)速40m/s， 風(fēng)向正對(duì)堤身， 吹程F=2800m， 風(fēng)區(qū)內(nèi)水深10m。 根據(jù)上述條件計(jì)算所得波浪爬高為1.875m，疊加0.5m安全加高后，計(jì)算所得改建防潮堤200年一遇堤頂高程為6.619m，實(shí)取6.65m。

2.4 堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

海濱路東延線一帶的濱?？臻g是汕頭市重要的景觀區(qū)和觀海長(zhǎng)廊，因此，堤身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮景觀要素。工程迎水面采用C40混凝土擋土墻，墻高4.5m，墻底埋深1.0m，墻頂寬0.8m，外坡1∶0.1，內(nèi)坡1∶0.5；墻頂防浪墻分兩部分設(shè)置，下部采用鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程為6.0m，墻頂寬度為1.05m，并在墻前設(shè)反弧曲面，反弧半徑為0.2m；上部采用花崗巖欄桿， 高1.1m， 欄桿下面實(shí)體部分高0.65m，寬0.25m，充當(dāng)防浪墻作用，頂面高程為6.65m。 擋墻臨海側(cè)采用50cm厚C40埋石混凝土護(hù)腳防護(hù)，寬度5m，堤腳采用塊石填充。 擋墻墻后填土結(jié)構(gòu)，堤頂寬5m，背水坡1∶2。

2.5 堤基加固處理

改建堤段堤基主要位于粉細(xì)砂層，層中以淤泥、細(xì)砂為主，土層具有厚度大、孔隙比大、易沉降、高靈敏度、高壓縮性、低強(qiáng)度的工程特性，且粉砂屬易液化土層，液化時(shí)易失穩(wěn)。 上述土層若不經(jīng)處理，防潮堤基存在沉降變形風(fēng)險(xiǎn)， 故應(yīng)考慮堤基沉陷對(duì)工程建設(shè)的不利影響［5］。

綜合考慮后， 設(shè)計(jì)擋墻基礎(chǔ)采用高壓旋噴樁處理，下部樁身長(zhǎng)度30m，樁徑600mm，間距1500mm，矩型布置；堤后填土側(cè)基礎(chǔ)采用水泥攪拌樁處理，樁身長(zhǎng)度10m，樁徑500mm，間距1500mm，矩型布置；堤迎水側(cè)基礎(chǔ)采用水泥攪拌圍封樁，樁身長(zhǎng)度15m，兩排樁心間距400，矩形布置。經(jīng)計(jì)算，高壓旋噴樁復(fù)合地基承載力特征值為132.80＞100kPa，故設(shè)計(jì)采用高壓旋噴樁能滿足地基設(shè)計(jì)承載力需求。

3 堤防穩(wěn)定分析

3.1 堤段擋墻穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算

3.1.1 選取典型斷面

選取防潮堤樁號(hào)K0+100斷面作為典型斷面，該堤型采用了混凝土擋墻、墻后填土堤型，擋墻高4.5m，墻底埋深1.0m，墻頂寬0.8m，外坡1∶0.1，內(nèi)坡1∶0.5。 計(jì)算斷面示意圖如圖2。

圖2 改建堤型計(jì)算斷面

3.1.2 計(jì)算方法

該堤段堤基為粉砂，根據(jù)地質(zhì)資料得知，基底摩擦系數(shù)取0.3。 重力式擋墻穩(wěn)定、 應(yīng)力計(jì)算按GB 50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》公式進(jìn)行。

3.1.2.1 滑穩(wěn)定計(jì)算公式

式中 ∑W為作用于墻體上的全部鉛直力總和；∑P為作用于墻體上的全部水平向荷載；Kc為計(jì)算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f為底板與堤基之間的摩擦系數(shù)，取f=0.35。

3.1.2.2 抗傾穩(wěn)定計(jì)算公式

式中 K0為抗傾穩(wěn)定安全系數(shù)；∑MV為抗傾覆力矩；∑MH為傾覆力矩。

3.1.2.3 基底壓應(yīng)力計(jì)算公式

式中 σmax，min分別為基底的最大和最小壓應(yīng)力； ∑G為垂直荷載；A為底板面積； ∑M為荷載對(duì)底板形心軸的力矩；∑W為底板的截面系數(shù)。

計(jì)算工況如表3。 計(jì)算結(jié)果如表4。

表3 穩(wěn)定計(jì)算工況及荷載組合

表4 擋墻穩(wěn)定、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

因此，根據(jù)以上穩(wěn)定計(jì)算，重力式擋墻抗滑、抗傾滿足穩(wěn)定要求；基底應(yīng)力驗(yàn)算亦滿足允許應(yīng)力要求。

3.2 堤防沉降計(jì)算方法

水泥土攪拌樁復(fù)合地基的變形S包括攪拌樁復(fù)合土層的平均壓縮變形S1與樁端下未加固土層的壓縮變形S2。

水泥土攪拌樁復(fù)合土層的壓縮變形S1可按式（6）計(jì)算：

式中 S為最終沉降量；S1為復(fù)合土層的壓縮變形；S2為復(fù)合土層樁端以下未加固土層的壓縮變形；Pz為水泥土攪拌樁復(fù)合土層頂面的附加壓力值；m為攪拌樁的面積置換率；Pzl為水泥土攪拌樁復(fù)合土層底面的附加壓力值；Esp為水泥土攪拌樁復(fù)合土層壓縮模量；Ep為水泥土攪拌樁壓縮模量， 對(duì)樁長(zhǎng)較短或樁身強(qiáng)度較低者可取低值，反之可取高值；Es為樁間土的加權(quán)平均壓縮模量；Ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；Esi為基礎(chǔ)底面以下第i層的壓縮模量；Zi、Zi-1分別為基礎(chǔ)底面至第i層土、第i-1層土底面的距離；αi、αi-1分別為基礎(chǔ)底面計(jì)算點(diǎn)至第i層土、第i-1層土地面范圍內(nèi)平均附加應(yīng)力系數(shù)；n為計(jì)算范圍的土層數(shù)。

本階段設(shè)計(jì)選擇完建無(wú)水期進(jìn)行地基沉降量計(jì)算，經(jīng)計(jì)算得改建堤段基礎(chǔ)最大沉降量為100.59mm。根據(jù)SL265—2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，天然土質(zhì)地基上水閘地基最大沉降量不宜超過(guò)15cm， 相鄰部位最大沉降差不宜超過(guò)5cm。 因此，可認(rèn)為本工程堤防地基計(jì)算沉降量和沉降差在允許范圍內(nèi)，滿足規(guī)范要求。

4 工程安全監(jiān)測(cè)

為確保工程安全運(yùn)行， 提高工程運(yùn)行的管理水平，結(jié)合本工程的情況和規(guī)范要求，設(shè)置巡視檢查、堤身沉降與位移觀測(cè)， 以及安全監(jiān)測(cè)工程量等一般性觀測(cè)項(xiàng)目。

巡視檢查一般重點(diǎn)檢查堤身、 堤基及穿堤建筑物范圍內(nèi)的裂縫、洞穴、滑動(dòng)、明顯沉降或隆起及滲漏、涌水等現(xiàn)象。

堤身沉降量觀測(cè)，可利用沿堤頂埋設(shè)的里程碑或?qū)ｉT(mén)埋設(shè)的固定測(cè)量標(biāo)點(diǎn)定期或不定期進(jìn)行觀測(cè)。地形地質(zhì)條件較復(fù)雜的堤段，應(yīng)適當(dāng)加密測(cè)量標(biāo)點(diǎn)。 堤身位移觀測(cè)斷面，應(yīng)選在堤基地質(zhì)條件較復(fù)雜，滲流位勢(shì)變化異常，有潛在滑移危險(xiǎn)的堤段。 進(jìn)行定期和不定期觀測(cè)。特別是汛期，應(yīng)縮短觀測(cè)間隔時(shí)間，增加觀測(cè)次數(shù)。每一代表性堤段的位移觀測(cè)斷面應(yīng)不少于3個(gè)，每個(gè)觀測(cè)斷面的位移觀測(cè)點(diǎn)不宜少于4個(gè)。

本項(xiàng)目沉降觀測(cè)與位移觀測(cè)沿海堤軸線每隔300m設(shè)置地表沉降點(diǎn)和位移邊樁， 安全監(jiān)測(cè)工程如表5。

表5 安全監(jiān)測(cè)工程量

5 結(jié)語(yǔ)

（1）防潮堤堤型采用直立擋墻墻后填土堤型，堤頂寬度設(shè)計(jì)5m，堤頂高程設(shè)計(jì)6.65m，堤身結(jié)構(gòu)采用混凝土擋土墻，下部采用鋼筋混凝土防浪墻，上部采用花崗巖欄桿， 擋墻臨海側(cè)采用50cm厚C40埋石混凝土護(hù)腳防護(hù)，堤腳采用塊石填充。

（2）改建堤段堤基為軟弱土體，受上部荷載作用沉降變形量大，采用高壓旋噴樁進(jìn)行堤基處理，既節(jié)約了成本，又避免了普通預(yù)制樁錘擊施工造成的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）通過(guò)理論計(jì)算可知，改建后的堤防抗滑穩(wěn)定安全，堤基沉降滿足規(guī)范要求。工程實(shí)施后可保證海濱路沿線防洪體系封閉，進(jìn)一步提升區(qū)域地塊價(jià)值，推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。