圍涂工程海堤設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

徐建忠

（浙江中水東方建設(shè)工程咨詢有限公司,浙江 杭州 310003）

0 引言

瑞安市近年城市不斷擴(kuò)張,人多地少的矛盾日益激化,已成為制約瑞安國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。為緩解用地緊張,保護(hù)現(xiàn)有耕地資源,圍墾造地成為一種有效途徑[1]。丁山附近的灘涂涂面比較平坦,開發(fā)條件較好,圍成后近期可以發(fā)展外向型水產(chǎn)養(yǎng)殖,遠(yuǎn)期全部作為經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)的工業(yè)建設(shè)用地,因此丁山圍涂的建設(shè)十分必要。鑒于海堤所處地質(zhì)土層多為壓縮性高、含水率高的軟土,如何選擇適宜的處理手段和海堤斷面型式以滿足設(shè)計要求成為一項重要研究課題。

1 工程概況

瑞安市丁山三期西片圍涂工程圍墾面積約3.584 萬畝,海堤的南端點(diǎn)與丁山二期圍涂工程的北堤端點(diǎn)一致,總長7592 m,由4460 m 南段及3132 m 北段組成。海堤防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇高潮位與同頻率風(fēng)浪相組合,設(shè)計高潮位5.0 m,允許部分越浪。圍區(qū)功能主要是圍涂造地,保護(hù)范圍3.58 萬畝,確定工程為Ⅲ等。主要建筑物海堤、水閘為3 級,隔堤為5 級,水閘施工圍堰為5 級。

2 海堤設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 地基處理

工程堤線的涂面高程約為0.5 m~1.50 m。海堤堤基淤泥層深厚,一般厚在25 m~29 m 左右,為高壓縮性、高靈敏度、低強(qiáng)度軟弱土層。目前在灘涂圍墾工程中使用較多的地基處理方式有：直接鋪設(shè)高強(qiáng)度土工布對地基不作處理、塑料插板排水固結(jié)法、爆炸擠淤法、淤泥固化地基處理等。

2.1.1 直接鋪設(shè)高強(qiáng)度土工布,對地基不作處理

本方案直接在灘地上鋪設(shè)高強(qiáng)度土工布后直接拋塊石,地基不再處理。該方案因施工工期長、工后沉降大、設(shè)計斷面大、投資大等原因已不再適合本圍涂海堤工程,只在拋石加載高度比較低的施工便道中采用。

2.1.2 塑料插板排水固結(jié)法

塑料插板排水固結(jié)法,利用在軟土地基中打設(shè)豎向的塑料排水板,大大縮短地基排水滲徑,加速地基固結(jié)速率,從而快速提高地基的承載能力。本工程海堤沿線涂面高程在0.5 m~-1.0 m,在平均潮位以下,目前可采用候潮打設(shè)塑料排水板,應(yīng)用較多、工程經(jīng)驗較豐富,其打設(shè)精度可滿足工程要求。

2.1.3 爆炸擠淤法

該方法通過爆炸擠淤置換了地基中一定深度內(nèi)強(qiáng)度極低的軟土層,使得地基土中可壓縮土層大大減少,其工后沉降較小。該方法具有施工進(jìn)度快,結(jié)構(gòu)安全可靠,度汛抗臺能力強(qiáng)等優(yōu)勢。近年來,隨著爆炸擠淤置換技術(shù)的發(fā)展,提出了控制加載爆炸擠淤置換法,置換深度大大提高,可達(dá)20 m以上,地基處理效果明顯。鑒于本工程不具備爆炸擠淤法的料源條件,且重要項目不允許爆炸施工,不作比較。

2.1.4 淤泥固化地基處理

淤泥固化為一種新型地基處理技術(shù)。淤泥固化材料由工業(yè)廢棄材料復(fù)合而成,固化深度可達(dá)12 m,范圍30 m。淤泥固化固結(jié)速度快,固結(jié)強(qiáng)度高,14 天強(qiáng)度可達(dá)到200 kPa,固結(jié)后形成的土體水穩(wěn)定性好,耐久性強(qiáng)。本方案地基處理成本最高,且施工受潮水影響最大,也無法保證進(jìn)度,故海堤地基處理不采用。

本次設(shè)計考慮地基應(yīng)特殊處理范圍為新建海堤與已建海堤交界處60 m 范圍,地基處理工藝采用淤泥固化技術(shù)。

2.1.5 地基處理技術(shù)比選

對上述幾種地基處理技術(shù)做方案比選,見表1。

表1 地基處理方案比較表

從表1 比較成果可以看出,直接鋪設(shè)高強(qiáng)度土工布對地基不作處理方案由于投資大,施工工期長,淤泥固化地基處理均為新工藝,且投資大,風(fēng)險高,均不予采用。而爆炸擠淤法,該方法通過爆炸擠淤置換了地基中一定深度內(nèi)強(qiáng)度極低的軟土層,使得地基土中可壓縮土層大大減少,其工后沉降較小,地基處理效果明顯。但爆炸擠淤法石料用量大,故要求石料場離工程區(qū)較近,本工程石料場位于上干山島,離工程區(qū)有8 km 距離,不符合爆炸擠淤法的料源條件,且本工程區(qū)有重要設(shè)施,也不允許爆炸施工,故不予采用。

綜上所述,塑料插板排水固結(jié)法利用在軟土地基中打設(shè)豎向的塑料排水板,大大縮短地基排水滲徑,加速地基固結(jié)速率,從而快速提高地基的承載能力,且其施工工期、工程投資相對合理。本工程海堤沿線涂面高程在0.5 m~-1.5 m,在平均潮位以下,目前可采用候潮打設(shè)塑料排水板,應(yīng)用較多、工程經(jīng)驗較豐富,其打設(shè)精度可滿足工程要求。故本工程地基處理采用塑料插板排水固結(jié)法方案。

2.2 海堤斷面型式

在已選定的塑料排水板地基處理基礎(chǔ)上,對海堤堤型結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行方案比選。采用塑料排水板地基處理的海堤一般可分成3 種：重力式、斜坡式、混合式。鑒于本工程地基土為深厚的淤泥質(zhì)軟土,若選用重力式,由于堤身較高,重力式擋墻荷載大而集中,對地基承載力要求高,顯然不合適。故主要針對塑料排水板地基處理擬定混合式和斜坡式兩種海堤結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分析比選。

2.2.1 方案一：迎潮面帶直立式擋墻的混合式堤型

斷面形式：混合式。

地基處理：采用塑料排水板地基處理,并輔以土工織物加筋。

堤頂結(jié)構(gòu)：砼路面、外肩設(shè)鋼筋砼防浪墻,堤頂寬度5.5 m（含防浪墻）,堤頂防浪墻高程8.37 m,路面高程7.27 m。

迎潮面結(jié)構(gòu)：自堤頂至高程4.6 m 為直立式砼灌砌塊石擋墻,在高程4.6 m 處設(shè)灌砌塊石平臺,寬4m,自高程4.6 m至2.5 m 設(shè)1∶4 斜坡段,以2.0 T 砼四腳空心塊護(hù)面,下接8 m寬平臺設(shè)2.0 t 砼四腳空心塊消浪,其后為鎮(zhèn)壓平臺寬14 m,末級坡1∶5,表層均采用80 cm 厚砼灌砌塊石護(hù)面,堤腳處設(shè)大塊石護(hù)腳。

堤內(nèi)坡及閉氣土方：堤內(nèi)坡閉氣土方的斷面應(yīng)滿足土坡自身的整體穩(wěn)定要求以及海堤防滲要求。同時堤頂后的背水坡應(yīng)滿足越浪防沖要求。具體設(shè)計為在高程4.3 m 和2.5 m處設(shè)置寬7 m 及17 m 的平臺,靠圍區(qū)側(cè)坡腳設(shè)拋石棱體,內(nèi)坡坡比自上而下分別為1∶3、1∶5 和1∶28。4.30 m 以上土坡采用30 cm 厚漿砌塊石護(hù)面。

不同材料間過渡處理：土方與拋石、土方與砼路面、土方與背水坡干砌石護(hù)坡等以無紡?fù)凉げ技笆陦|層作為過渡層。

2.2.2 方案二：斜坡式

斷面形式：斜坡式。

地基處理：塑料排水板。

堤頂結(jié)構(gòu)：同方案一。

迎潮面結(jié)構(gòu)：自堤頂至高程4.5 m 為1∶3 斜坡,采用2.0 t四腳空心塊護(hù)坡,在高程4.5 m 處設(shè)平臺,寬8 m,以2.0 t 砼四腳空心塊護(hù)面,下接1∶10 斜坡,末級坡為1∶5,護(hù)坡材料為80 cm 厚砼灌砌塊石護(hù)面,堤腳處設(shè)大塊石護(hù)腳。

堤內(nèi)坡閉氣土方、過渡層設(shè)置同上。

2.2.3 方案比選

方案一混合式：海堤的特點(diǎn)是外坡為變坡結(jié)構(gòu)。當(dāng)斷面組合得當(dāng),可兼有斜坡堤和直立堤兩者的優(yōu)點(diǎn),而避免其缺點(diǎn),但邊坡轉(zhuǎn)折處,波浪紊亂,波能較集中,容易變形破壞,應(yīng)予補(bǔ)強(qiáng)。帶平臺的復(fù)式斷面,一般可以削減波浪爬高,有利塘身穩(wěn)定。但增設(shè)平臺工程量較大,平臺易遭波浪破壞,要求結(jié)構(gòu)牢固可靠,宜結(jié)合鎮(zhèn)壓層設(shè)置低而寬的型式,以利自身的穩(wěn)定。斷面體型設(shè)計得當(dāng),可兼顧各方面的要求,工程量小,造價低。

方案二斜坡式主要優(yōu)點(diǎn)是：堤身體型大,對潮浪沖擊適應(yīng)性好,斜面能消散部分波浪能量；護(hù)面結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)簡單維修容易。主要缺點(diǎn)是：斷面大,占地多,筑堤土、石料方量較大；當(dāng)外坡為1∶1.5~1∶3 左右時,波浪爬高值較大,所需堤頂高程高。兩方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較見表2。

表2 典型斷面方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較表

方案一是圍涂工程中廣泛使用的堤型,具有成熟的施工組織及施工工藝,也具有多年實際運(yùn)行經(jīng)驗,經(jīng)歷了近年多次大臺風(fēng)的考驗。

方案二的主要缺陷是堤頂高程高、斷面大、導(dǎo)致石方量大、沉降量大,從而造價較高,因而,實際工程使用較少。

從表2 可以看出,方案一相對方案二具有堤身斷面小、堤頂高程低、堤身沉降小、土料和石料用量小、占地小、造價較低等優(yōu)點(diǎn),且所采用的也均為常用結(jié)構(gòu)型式,具有施工工藝成熟、普及等特點(diǎn),具有大量成功運(yùn)行經(jīng)驗。故最終海堤斷面結(jié)構(gòu)型式推薦堤型方案一：混合式+塑料排水板地基處理。

3 結(jié)語

丁山三期西片圍涂工程采用塑料排水板法處理海堤地基,同時結(jié)合地基處理方式優(yōu)選出迎潮面帶直立式擋墻的混合式堤型,很好的改善了固結(jié)效果,控制了海堤的整體穩(wěn)定性和工后沉降,縮短了建設(shè)工期,具有顯著的經(jīng)濟(jì)社會效益。