浅谈沿堤流发展过程及冲刷影响

2020-06-01傅伟荣中交广州航道局有限公司

珠江水运 2020年8期

傅伟荣中交广州航道局有限公司

1.工程概况

1.1 项目简述

通州湾腰沙围垦一期通道工程位于江苏省南通滨海园区东侧的规划通州湾港区，工程总长为9500.739m，通道为东西向，南北向各一条，呈“L”型垂直状。其中B标段由3段组成，分别为AK1+500～AK3+000、AK4+500～AK4+960.162和BK0+000～BK2+500，其结构组成分别包括土方工程、砌石工程、砼工程、排水工程和配套供电，挡浪墙顶高程5.7～6.5m，通道顶高程为4.1m。堤顶总宽28.2～30.7m，其中车道宽度为16m，采用30cm厚的C35砼路面，路面下设30cm厚的水泥稳定碎石基层和15cm厚的级配碎石底层。堤身采用冲灌袋装砂型式，坡比为1:1.5，护坡结构为四角空心方块护面或栅栏板护面，堤顶设浆砌块石挡浪墙，堤脚设置60～100kg块石压脚兼护底。

施工总平面布置如图1。

1.2 气候及降水

本区属亚热带湿润季风气候区，受海洋调节及季风环流的影响，具有四季分明，雨水充沛，时空分配不均的特点。本区多年平均降水量为1065.6mm，最大年降水量1502.1mm（1987年），最小年降水量673.0mm(1978年)。因梅雨和台风的影响，全年约64.3%的降水量集中在5～9月份。6～7月间的梅雨和6～9月间的台风雨常造成本地区的严重涝灾。全年平均降水日数为122.7天。月降雨日数最多的是5月份，平均12.8天，最少在12月份，平均7.4天。

该地区多年平均气温14.9℃，最高月平均气温是7月的27.5℃，最低月平均气温是1月的2.1℃；极端最高气温39℃（1960年8月7日），极端最低气温-11.9℃（1977年1月31日）。该地区春夏多东南风，冬季多东北风和西北风，历年平均风速3.4m/s，年最大风速26.3m/s（NE，1960年7月7日），瞬时最大风速30.4m/s（SW，1975年7月14日）。常风向E、ESE频率为15%，次风向NE、ENE频率为12%。长江水域终年不冻，陆域最大冻土厚20cm，年平均降雪6天，多集中于1～2月间，最大积雪厚度17cm。多年平均雾日天数为30.9天，年最多雾日数60天，最少雾日数5天，大雾平均为5.7天。

1.3 水文

本区属不规则半日潮，每日两潮，滞后45分钟，一般涨潮时间为6小时，退潮时间为6小时22分钟，最大潮差可达4 m，一般潮差2～3m。

2.沿堤流发展过程

2.1 沿堤流释义

沿堤流即为沿着防波堤流动的水流。这是由于防波堤修建完成后，改变了原有的边界条件，导致局部水流环境发生变化，引起水面坡降，从而产生了沿堤流，即筑堤的“工程动态效应”形成沿堤流的现象。

2.2 沿堤流产生条件

形成较强沿堤流必须具备以下条件：

图1 施工总平面布置图

②潮流强度较强,且不透空建筑走向与潮流向存在较大交角,从而在局区域改变了潮流的原来运动方向；

③建筑物与强风向存在较大交角；

从而在建筑物的受风面一侧形成明显的增水,而背风面局部区域的水位低于受风面水面的状况。由于两者的水位高差导致受风面水流沿堤向背风面转移,从而产生沿堤流。

2.3 沿堤流发展过程

（1）在开始施工作业第3个月后即2013年6月，随着东西向A1、B1、A2、B2砂肋软体排及底层袋装砂全线动工，在护底及堤身结构逐步推进堆高过程中，原有水流方向发生变化，受涨、落潮流水冲刷的影响，东西向围堤北侧、南侧砂肋软体排外边线处逐渐出现沿堤流现象，且该流槽不断加深加宽，并形成宽约3～6米，深约-0.4～-2米（国家85高程）的沿堤流。如图2所示。

（2）2013年12月，随着工程全线启动，水流形态及滩面再次发生较大变化，沿堤流对围堤护底影响日益加大，随着堤身袋装砂逐渐堆高，B1段南、北侧，B2段北侧沿堤流冲刷更为明显，而B2段端头、B3段B端头及其附近也有形成沿堤流的趋势。

（3）2014年1月底，东西向围堤除A2 龙口外基本达到设计标高，B3段全线护底及底层袋装砂施工已全部完成，标高已达+1.0m以上，但涨落潮流水长期从B3段底层顶部漫过并逐步汇集至地势较低处，使B3段以西对开的区域逐渐形成众多细小的流槽。

（4）2014年4月开始组织B3段抛石施工，加强B3段的护底防护，截止5月中旬B3段护底散抛石工作基本完成，底层砂袋已全部完成。在A2段龙口封堵之前，围堤内侧积水在退潮时主要由A2龙口排出，如图3。

（5）2014年6月底完成B3段流水槽封堵后，整个工程“L”型轮廓基本形成，由于A3段尚未施工，此时大量海水退潮时开始绕过B3段的端头并直接冲刷B3段围堤东侧，B3段东侧全线2500m、B2段端头、B3段端头等原滩面被不断冲深多并出现沿堤流，如图4。

然而，血脂中有些成分的升高在一定程度上是有益于认知的。在一项以101名年龄为60～70岁女性人群为基础的样本中，12年随访期间低基线水平的HDL-C较高水平HDL-C女性人群的记忆更差[43]；一项纳入321名受试者，以社区为基础的研究发现，具有较高水平HDL-C的受试者有更好的认知功能和认知状态[44]。在一项老年人与轻度认知功能损害的病例对照研究中，与对照组相比，MCI组的HDL-C水平显著降低；低HDL-C水平与更严重的白质病变有关[45]。

在涨潮时，水流则以退潮流向的反方向涌入施工场区，并先后对B3段内侧、B2段内侧及B1段内侧围堤护底造成严重破坏，水流方向如图5。

2.4 施工期沿堤流对各部位破坏过程

（1）B3段端头。随着B3段堤身结构逐渐加高，施工区周边泥面平衡状态被打破，因A3段未实施，施工区场区内积水在退潮时全部由B3段南侧排出，B3段端头受绕堤流影响很大，在潮流作用下，逐渐演变形成了沿南北向通道两侧全线贯通以及B3段南侧堤头至小庙洪水道的潮流通道，两股潮流在涨落潮时潮流强大、流速大，对通道工程的安全造成较大隐患，B3段端头已抛护底块石不断被冲刷、塌陷。如图6。

（2）B2段端头。2014年5月23日随着A2段龙口合拢，施工区周边泥面平衡状态被打破，施工区场区内积水在退潮时全部由B3段排出，并沿着南北向通道自南向北向外海排出，落潮时潮流强大、流速大，对通道工程的安全造成较大隐患。尤其是东侧部分区域及B2段的端头护底块石出现持续坍陷状况，严重威胁到海堤结构安全。如图7。

图2 2013年6月底沿堤流照片

（3）B3段东侧。2014年6月底，在B3段全线基本完成后，B3段东侧护底块石出现严重坍陷，护底块石存在-3m～-9m（85高程系统，下同）的冲刷坑，同时在涨落潮作用下护底块石仍然不断流失，B3段东侧以及南侧端头护底块石出现持续坍陷、冲刷流失等状况，严重威胁到海堤结构安全。如图8。

（4）B2段内侧B3段内侧。受内侧沿堤流长期不断冲刷影响，2014年7月10日B2段内侧已完成的护底块石、模袋砼、挡浪墙等前后被冲刷坍陷，该位置低潮位时水深已达到4米，附近区域的模袋砼底部同样开始出现坍塌现象，对围堤堤身结构安全性能已造成很大影响。

（5）B1段内侧。随着2014年7月份的大潮汛来临，7月15-16日在B1段以南滩涂上出现一条冲沟，涨潮时潮水对B1段形成冲击，并在B1段内侧形成沿堤流，堤前水深已达到3m左右，同时冲刷内侧已完成的石块底部，造成不同程度的塌陷。7月17日内侧护底抛石再次出现不同程度的塌陷（约2～4m宽度），其中桩号为AK1+820—AK1+840内侧被冲刷的最为严重，仅一天的冲刷就出现巨大的变化，势态发展日渐加剧，并存在继续冲刷趋势。

2.5 完工后沿堤流的持续影响

工程于2014年12月18日通过交工验收，工程质量鉴定为合格标准，达到合同约定质量要求，工程进入保修期。工程保修期间，已完工程仍然因受沿堤流影响，多次出现冲刷损坏的现象，主要表现在：

图3

图4

图5

因一期通道A3段、二港池南堤正在施工推进中，施工区域附近涨退潮水量增大、流向改变异常等现象仍继续对B3段两侧抛石护脚产生冲刷。

2015年5月31日，B3段东侧护底块石在涨落潮水流作用下发生塌陷，出现局部护底块石坍陷，B3段内侧受涨落潮水流冲刷，内侧沿堤流逐渐向通道堤身扩展，内侧等位置出现护底块石淘空、块石坍塌现象，6月10日发现模袋砼防护层出现断裂现象。如图9，10。

2015年10月初，B3段西侧受沿堤流冲刷影响，护脚均受到不同程度冲刷，部分区段挡浪墙出现裂缝，截止2015年10月底，围堤内侧沿堤流仍在不断影响实体工程，内侧护底时常出现冲刷坍陷。

图6 B3段端头冲刷照片

3.沿堤流原因分析

通州湾腰沙围垦区为敞开式海域，海岸线及滩涂的形成与潮向、潮差、潮速以及潮水含泥砂量等因素有关，滩涂沉积是由漫滩潮水的涨落将泥沙输送至浅滩沉淀而成，虽然整个“L”型海堤类似开放式的，但因本工程东低西高、南高北低的地形，海堤内形成一个相对闭合区域，从端头起算，整个海堤低洼区域环抱形成的海水库区容量达到500万立方米，在整个海堤中未设置排水口，因此涨落潮水必然从B2端口处处涌入或流出，并沿着地势低洼处流动。

A1-B1-A2-B3段施工区段海堤于合围的过程中，一号港池围区内的涨退潮水流在原由北向南的涨潮流向，改由南侧的小庙洪水道向北涨退，涨退水流在B3段两侧不断改变滩面的形状，整个B3段两侧降低了将近5～6米，在B3段两侧各形成一条南北向的涨退潮水沿堤流，并在B3端头形成绕堤流槽。

在通道施工前，退潮时水流为由南向北，涨潮时水流从东北侧三沙洪水道由北向南进入腰沙围垦施工区域，潮流动力条件在敞开水域均匀稳定；而通道实施时，涨潮水为改由南侧的小庙洪水道向北进入、向南退出，潮流、水流动力条件发生了变化，涨退潮水流在施工区域不断改变滩面的形状，随着潮水流冲刷的持续便出现了沿堤流和滩间横流。