连云港赣榆区小口拦砂坝防护方案比选分析

王玉甫，张 言，宗国营，占 飞

（1.连云港市水利规划设计院有限公司，江苏 连云港 222006；2.连云港徐圩港口投资集团有限公司，江苏 连云港 222006）

0 引言

小口拦砂坝工程位于海边，施工期间受潮水影响，只能赶潮施工，施工时间较短，混凝土强度难以达到设计要求，灌砌体抗冲刷能力差，容易被损毁。且拦砂坝坝体及外侧抛石块体较小，重量较轻，整体性差，抗风浪能力弱，受“梅花”“达维”“菲特”等多次超标准强台风袭击，拱圈及护面脱落损毁，坝体出现多处塌陷、断裂等现象，造成小口拦砂坝目前拦砂效果差，海砂南移龙王河入海口处淤积严重，危及片区人民生命和财产安全。基于以上情况，本次小口拦砂坝维修加固工程考虑对1#坝、2#坝均进行维修加固。本文对小口拦砂坝防护方案进行分析。

1 工程概况

小口拦砂坝位于连云港市赣榆区海头镇小口村南，主要功能为拦截海砂，防止龙王河入海口淤积。现状拦砂坝共两条：1#坝实测长度270 m，海堤桩号约30+895 处，为第一轮海堤达标建设项目；2#坝实测长度350 m，位于海堤桩号约31+935 处，由当地政府新建。两座拦砂坝均已运行15 年。小口拦砂坝位置图见图1。

图1 小口拦砂坝位置图

2 拦砂坝选址及堤线布置

本工程对1#拦砂坝、2#拦砂坝进行维修加固，拦砂坝坝顶高程按平均潮位+0.50 m 超高来控制，拦砂坝处平均潮位2.06 m，坝顶高程取为2.60 m。

1#坝长度及堤线维持现状不变，与海堤轴线垂直；2#坝坝身主体堤线维持现状不变，坝身主体堤线与海堤堤线成84°夹角，但为了与同期实施的龙王河口海堤防护工程衔接，拦砂坝首端转向与海堤裹头处垂直，首端长度较现状减少了40 m，因此2#坝长由原350 m 调整为310 m。

3 拦砂坝护坡结构方案比选

本次外坡防护拟对预制混凝土栅栏板护坡、预制混凝土四脚空心块护坡及预制混凝土扭王块护坡三种方案的投资及其优缺点进行比较。

3.1 预制混凝土栅栏板护坡

3.1.1 混凝土栅栏板护坡厚度计算

混凝土栅栏板护坡厚度计算根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）附录J（J.0.5-8）公式计算[1]：

式中：t 为混凝土栅栏板的厚度，m；m 为斜坡坡率，取1.5；d为堤前水深，m，本工程取3.44 m；γb为混凝土异型块重度，取24 kN/m3；γ 为水的重度，取10 kN/m3；H 为计算波高，m，本工程H13%=2.36 m。

经计算，混凝土栅栏板护坡厚度不得小于0.28 m。

3.1.2 预制混凝土栅栏板护坡设计

混凝土栅栏板平面形状为长方形，长短边的比值为1.25，混凝土栅栏板护坡结构布置根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）附录J（J.0.5-1～7）公式计算：

式中：H 为计算波高，m，本工程H13%=2.36 m；a0为栅栏板长边，沿斜坡方向布置，m；b0为栅栏板短边，沿堤轴线方向布置，m。

经计算，混凝土栅栏板护坡结构尺寸见表1。

表1 混凝土栅栏板护坡结构尺寸计算表

本次设计栅栏板为C35 预制混凝土结构，施工时需吊装，为了吊装方便（减轻栅栏板单块重量），根据实际坡线布置需要，本次设计栅栏板长边（沿斜坡方向）由计算值2.95 m 调整为2.20 m，短边（沿轴线方向）由计算值2.36 m 调整为1.76 m。根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）附录J（J.0.5）要求，栅栏板宽度每增加或减少1 m，厚度t 可相应减少或增加50 mm[2]。因此本次设计栅栏板厚度需适当增加，本次设计栅栏板宽度比计算值减小约0.80 m，厚度需增加约0.04 m，根据表2 计算成果，本次设计混凝土栅栏板护坡厚度不得小于0.28+0.04=0.32 m，本工程栅栏板厚度取值为0.32 m 以满足规范要求[1]。

综上所述，本工程栅栏板尺寸如下：排水通道高δ 为0.10 m，格栅厚度为0.32 m，两侧边梁高度为0.42 m，单块平面尺寸为2.20 m×1.76 m，单块体积为0.85 m3，单块重量为2.05 t。

3.2 预制混凝土四脚空心块

3.2.1 混凝土四脚空心块稳定重量计算

四脚空心块的稳定质量计算根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）附录J（J.0.6-1）公式计算：

式中：Q 为护坡块体的稳定质量，t；γb为混凝土异型块重度，kN/m3，取24 kN/m3；γ 为水的重度，kN/m3，取10 kN/m3；H 为计算波高，m，H13%=2.36 m；KD为块体的稳定系数，安放一层，取KD=14；m 为斜坡坡率，取1.50。

经计算，混凝土四脚空心块个体稳定质量不得小于0.55 t。

3.2.2 混凝土四脚空心块护坡厚度计算

四脚空心块护坡厚度计算根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）附录J（J.0.6-2）公式计算：

式中：t 为块体护坡层厚度，m；γb为混凝土预制块重度，kN/m3，取24 kN/m3；n 为护坡块体层数，n=1；C 为块体形状系数，安放一层，取C=1.4。

经计算，水毁加固段混凝土四脚空心块护坡层厚度不得小于0.86 m。

3.2.3 混凝土四脚空心块护坡设计

根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）附录J 公式计算。本方案四脚空心块设计尺寸如下：长×宽为1.50 m×1.50 m，厚度为0.90 m，单块体积为1.01 m3，单块重量为2.42 t。

3.3 预制混凝土扭王块

根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014）J.0.6 条，采用预制混凝土异型块体或经过分选的块石作为斜坡堤护坡面层的计算按下列规定：

（1）稳定质量计算

波浪作用下单个预制混凝土异型块体的稳定质量可按下式计算：

式中：Q 为主要护面层的护面块体、块石个体质量，t；γb为预制混凝土异型块体或块石的重度，24 kN/m3；γ 为水的重度，10 kN/m3；H 为设计波高，m，当平均波高与水深的比值＜0.3 时宜采用H5%，当H/d≥0.3 时宜采用H13%，本工程取H13%=2.36 m；KD为稳定系数，取18；m 为斜坡坡率，为1.5。

经计算，扭王块稳定质量Q=0.43 t。

（2）护面厚度计算

预制混凝土异型块体护面层厚度可按下式计算：

式中：t 为护面厚度，m；n 为护面块体层数，为1；C 为系数，取1.36。

经计算，扭王块护坡层厚t=0.76 m。

根据《海堤工程设计规范》（GB/T 51015-2014），本方案扭王块选用B 型扭王块，扭王块高度h=1.00 m，单块体积0.265 m3，单块重量为0.64 t。

3.4 优缺点比较

根据类似工程的设计和管理运用经验，三种方案各自优、缺点见表2。

表2 防护工程方案主要优、缺点比较表

通过以上优缺点比较，方案三预制扭王块护坡方案投资最大，不经济，本次设计不予考虑。方案一预制栅栏板护坡，虽然消浪效果较好，外形美观，但是适应变形能力稍差，影响拦砂坝的抗风潮能力，不利于结构耐久性，虽然单位方量投资低，但是由于栅栏板厚度薄，受风浪侵蚀后易破损，本次设计也不考虑该方案。

方案二预制四脚空心块护坡具有消浪效果好、外形美观、具有较强的抗风浪能力，适应变形能力强等优点，相对于其他的方案也有很明显的优点。近几年在连云港多处防波堤上多采用该种护坡形式，经验证，效果很好，比较适宜本工程情况[2]。

因此，本次设计推荐方案二：预制四脚空心块护坡方案。

4 结论

经过分析，小口加固拦砂坝迎水坡及背水坡坡比均为1∶1.5，坝顶宽度为2.50 m，坝顶高程为2.60 m，坝底标高为0.00～-1.00。坝面层采用块石结构，坝心内采用20 kg～80 kg 块石，两侧坝脚内侧为混凝土预制块压脚，外侧设设大于80 kg 块石压脚。坝坡护面采用混凝土四脚空心块，沿坝坡方向为2～3 块，四脚空心块单块平面尺寸为长×宽为1.50 m×1.50 m，厚度为0.90 m；坝顶采用预制混凝土块护顶。

小口拦砂坝维修加固工程实施完成后，将恢复原拦砂功能，防止龙王河入海口淤积，保障赣榆区沿海开发的建设，将为沿海地区的经济发展提供可靠屏障和重要支撑。