滨海县海堤水毁原因分析及修复设计

李连成，陶圣叶，李 悦

(盐城市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 盐城 224002)

1 滨海主海堤现状

盐城市滨海县境内海堤北起中山河闸，南至海口枢纽。现有主海堤长55.01km，其中属于滨海县管辖的主海堤34.31km(主海堤桩号20+700～55+010)，属于新滩盐场管辖的主海堤20.7km(主海堤桩号0+000～20+700)。

2 主海堤水毁原因分析

根据现状主海堤水毁情况及历年滩面测量资料对比分析，主海堤水毁原因有如下几点：

(1)滩面冲刷降低后波浪对护岸作用增强是海堤护面损坏、堤脚淘刷的主要原因。滩面冲刷深塘主要集中在堤脚前及管桩顺坝内侧护滩上。

(2)由于坡脚前滩面降低，水深增大，原设计护脚护滩抛石、栅栏板块体重量均偏小，不能抵御现状风浪冲刷。受台风、寒潮等极端天气影响，坡脚块石被风浪反复拍打在护坡上，久而久之，导致槽型块、栅栏板护坡的破损及坡脚板桩帽梁露筋。已破损的栅栏板被风浪潮拍打损坏，出现脱落移位的现象。

(3)随着滨海港防波堤及月亮湾防波堤的建设，海洋原有的流态发生了变化，致使该段海堤滩面仍在持续冲刷，危及海堤安全。

(4)原设计护坡及格埂标号较低，其中护坡为C15、C20素砼，栅栏板为C20钢筋砼，槽型块为C25素砼，格埂为C10及M15浆砌块石。栅栏板及板桩盖梁为钢筋砼结构，钢筋锈胀使块体结构损坏，耐久性低。栅栏板、格埂强度低，受风浪侵蚀及块石拍打后易损坏。历经多年的风浪冲刷，原设计浆砌块石格埂破损，形成薄弱区，潮水不断冲刷，形成局部空洞，格埂下土体被冲刷带走，导致局部坡面出现刷降、下沉。

3 主海堤水毁修复方案

秉承“保堤必须保脚，保脚必须保滩”的海堤设计理念，本工程主海堤水毁修复方案为对护坡冲毁形成空洞段进行拆除重建，对护坡面层磨损严重段进行加固修复，堤脚加强防护。

3.1 海堤防护型式比选

海堤临水侧的防护主要可采用陡墙式、斜坡式等，并应根据堤身、堤基、堤前水深、风浪大小以及材料、施工等因素经技术经济比较确定。

对于波浪作用强烈地区，为充分消浪，可通过增加护坡坡面糙率、设置消浪平台的办法来提高消浪效果，减少波浪爬高。目前滨海海堤常用的护坡型式有：块石护坡、砼护坡、栅栏板护坡和扭王块护坡等，见表1。

表1 不同护坡型式优缺点一览表

块石护坡整体性较差，但透水性好，常用于其他护面的垫层。

砼护坡分光面砼护坡和槽型块砼护坡两种，光面砼护坡消浪效果差，常用于消浪平台以上波浪作用较小区域。现浇砼槽型块护坡其波浪爬高小，框格消浪效果好，尤其在抵御台风引起的大风浪的侵袭中作用显著。另外现浇砼槽型块能充分发挥素砼耐腐蚀性能。以往我院设计的槽型块护坡，在滨海县海堤防护工程中多处应用，消浪和防护效果良好。

预制砼栅栏板不仅消浪效果好，从外观上看框格中间为栅栏条，连成一片，富有韵律感，具有较好的景观效果。传统栅栏板为钢筋混凝土结构，钢筋容易锈胀。栅栏板护坡下常设置块石或砼垫层。

扭王字块护坡为预制素砼扭王结构，护坡坡面可双向或单向嵌固摆放或散抛，受风浪影响较大堤段且缺乏块石资源时，可选用预制扭王字块体作为临水坡护坡。其消浪效果好、抗冲刷能力强，强度高。

本次水毁修复加固的主海堤消浪平台下原防护型式有两种，分别为栅栏板护坡和槽型块护坡。综上各护坡型式优缺点，结合本次海堤水毁修复护面加固，本次设计拟采用预制玻璃纤维增强聚合物GFRP筋材的C35砼栅栏板作为平台下护坡护面的防护型式。

以往栅栏板中的钢筋易受海水腐蚀而产生胀裂破损，影响栅栏板使用寿命。玻璃纤维增强筋(GFRP筋)是以高强玻璃纤维为增强材料、合成树脂为基体材料，并掺入适量辅助剂，经拉挤、缠绕而成的复合材料，可广泛应用于高速公路、桥梁、机场、码头、车站、水利工程、地下工程等领域。近年来，滨海县振东闸南北港堤修复工程、江苏省滨海县海岸带整治修复工程、滨海县翻身河以北段(桩号28+818～30+068)海堤水毁修复工程等工程中均使用GFRP筋代替钢筋制作栅栏板，取得了良好的效果。GFRP筋砼预制栅栏板因其优越的防腐性，结构强度高，消浪效果好，可重复利用，总体使用成本低等特点，广泛应用于沿海工程中。

3.2 本次主海堤水毁修复设计

根据《滨海县振东闸以北段海堤水毁修复工程波浪断面物理模型试验》(南京水利科学研究院，2020.03)相关试验报告，试验结果建议护脚块石重量≥250kg。

根据经济合理、安全可靠的原则，本次设计对模型试验结论进行适当优化，形成最终方案。

3.2.1板桩盖梁

该段主海堤坡脚采用冲沉板桩防护，尽管部分堤脚前滩面刷深严重，但板桩运行尚未出现险情。故对板桩盖梁进行拆除重建，加高加宽，采用GFRP复合筋材替代盖梁钢筋。

3.2.2消浪平台及以上砼护坡

采用C35砼拆除重建局部破损平台、格埂及砼护坡，局部空洞采用石渣结合级配碎石填充。

3.2.3平台以下护坡

根据主海堤平台以下护坡的水毁情况分段设计，对海堤现状护坡砼磨损严重段进行修复加固，对护坡冲毁形成空洞段拆除重建。

(1)槽型块护坡拆除重建方案

对护坡冲毁形成空洞段范围拆除原横格埂、消浪平台和槽型块护坡，下铺380g/m2土工布一层，采用石渣结合级配碎石填充恢复至设计断面，然后依次浇筑格埂、平台及砼垫层，面层设预制GFRP筋砼栅栏板。方案如图1—2所示。

图1 槽型块护坡拆除重建断面图(平台及以下护坡坍塌)

(2)槽型块护坡磨损严重加固方案

对护面磨损严重堤段的槽型块面层凿毛，上设10～25cm厚(新增10cm厚+框格厚15cm)C35砼护坡，面层设预制C35GFRP筋砼栅栏板。采用C35砼拆除重建局部破损纵格埂。方案如图3所示。

(3)栅栏板护坡拆除重建方案

对护坡冲毁形成空洞段范围拆除中格埂以下砼垫层及栅栏板护坡，下铺380g/m2土工布一层，采用石渣结合级配碎石填充恢复至设计断面，然后浇筑砼垫层，面层设预制GFRP筋砼栅栏板。中格埂至消浪平台间护坡进行垫层加固，更换面层栅栏板。方案如图4所示。

(4)栅栏板护坡加固修复方案

对栅栏板磨损严重堤段拆除原钢筋砼栅栏板，采用增设砼垫层加固原干砌块石或砼垫层，面层设预制C35GFRP筋砼栅栏板。方案如图5所示。

图2 槽型块护坡拆除重建断面图(平台以下护坡掏空)

图3 槽型块护坡加固修复断面图

图4 栅栏板护坡拆除重建断面图

图5 栅栏板护坡加固修复断面图

3.2.4护脚设计

护脚根据堤脚前滩面刷深情况分别设计，结合模型试验结论，冲刷程度较严重堤段采用扭王字块结合抛石防护，防范围20m。抛石厚度不小于1m。扭王字块为600kg/块，紧密布置于堤脚前双向嵌固安放五排，其余面层抛石250kg/块、底层抛石60kg/块，下铺500g/m2复合土工布一层。冲刷程度较轻堤段采用20m长抛石护脚，厚度不小于1m。

为了充分利用现状坡面和滩面较小块石，本工程采用合金网兜对小块石进行装填，抛置20m护脚护滩下深塘部位。

3.2.5丁坝设计

现状主海堤采用管桩顺坝结合抛石丁坝的型式进行防护。根据现状调查及查原设计资料，桩号39+750为月亮湾南侧挡沙堤丁坝，桩号40+173为现状丁坝，桩号42+073为应急抢险丁坝，桩号44+000为振东闸北港堤。

抛石丁坝长度80m，结构型式：坝顶高程2.00～1.20m(坝头)，顶宽3m，边坡坡比1∶4，面层密抛块石(≥250kg/块)，底层密抛块石(≥60kg/块)，抛石下垫500g/m2复合土工布一层。抛石丁坝结构图如图6所示。

图6 抛石丁坝结构图

滨海以往海堤工程中丁坝间距约1～2km，受沿岸流影响，原设计41+722处丁坝已冲毁。本次设计增设4道抛石丁坝，同时适当减小丁坝的间距，抛石丁坝与管桩顺坝形成封闭坝田，对沿岸流起隔断作用。考虑振东闸以北段主海堤水毁情况为中间堤段严重，南北两端减轻，中间堤段丁坝间距适当减小。本次设计丁坝桩号分别为桩号40+800、41+360、42+610、43+200，丁坝间距500～700m不等。抛石丁坝平面布置如图7所示。

图7 抛石丁坝平面布置图

4 结语

治海工程是一项长期的、动态的过程，需要不断的总结成功的经验和不足之处。本次通过振东闸以北段主海堤水毁修复设计，总结了GFRP筋栅栏板防护型式的优越性，采用600kg扭王字块体结合250kg抛石加强护脚防护，同时适当增加丁坝数量，减小丁坝间距，其效果可供其他海堤工程借鉴参考。

侵蚀性岸段已建防护工程必须配套保滩工程。控制堤前滩面下蚀对维护达标海堤护坡稳定和减缓水下岸坡侵蚀发展具有重要意义。本次工程重点是坡面修复和加强堤前护脚防护，而未对护脚前滩面进行加固。建议加强滩面蚀降监测，尽快实施配套保滩加固工程，确保主海堤安全。