围涂工程海堤设计关键技术研究

2023-07-28徐建忠

陕西水利 2023年7期

徐建忠

（浙江中水东方建设工程咨询有限公司,浙江杭州 310003）

0 引言

瑞安市近年城市不断扩张,人多地少的矛盾日益激化,已成为制约瑞安国民经济可持续发展的重要因素。为缓解用地紧张,保护现有耕地资源,围垦造地成为一种有效途径[1]。丁山附近的滩涂涂面比较平坦,开发条件较好,围成后近期可以发展外向型水产养殖,远期全部作为经济技术开发区的工业建设用地,因此丁山围涂的建设十分必要。鉴于海堤所处地质土层多为压缩性高、含水率高的软土,如何选择适宜的处理手段和海堤断面型式以满足设计要求成为一项重要研究课题。

1 工程概况

瑞安市丁山三期西片围涂工程围垦面积约3.584 万亩,海堤的南端点与丁山二期围涂工程的北堤端点一致,总长7592 m,由4460 m 南段及3132 m 北段组成。海堤防潮标准为50年一遇高潮位与同频率风浪相组合,设计高潮位5.0 m,允许部分越浪。围区功能主要是围涂造地,保护范围3.58 万亩,确定工程为Ⅲ等。主要建筑物海堤、水闸为3 级,隔堤为5 级,水闸施工围堰为5 级。

2 海堤设计关键技术

2.1 地基处理

工程堤线的涂面高程约为0.5 m~1.50 m。海堤堤基淤泥层深厚,一般厚在25 m~29 m 左右,为高压缩性、高灵敏度、低强度软弱土层。目前在滩涂围垦工程中使用较多的地基处理方式有：直接铺设高强度土工布对地基不作处理、塑料插板排水固结法、爆炸挤淤法、淤泥固化地基处理等。

2.1.1 直接铺设高强度土工布,对地基不作处理

本方案直接在滩地上铺设高强度土工布后直接抛块石,地基不再处理。该方案因施工工期长、工后沉降大、设计断面大、投资大等原因已不再适合本围涂海堤工程,只在抛石加载高度比较低的施工便道中采用。

2.1.2 塑料插板排水固结法

塑料插板排水固结法,利用在软土地基中打设竖向的塑料排水板,大大缩短地基排水渗径,加速地基固结速率,从而快速提高地基的承载能力。本工程海堤沿线涂面高程在0.5 m~-1.0 m,在平均潮位以下,目前可采用候潮打设塑料排水板,应用较多、工程经验较丰富,其打设精度可满足工程要求。

2.1.3 爆炸挤淤法

该方法通过爆炸挤淤置换了地基中一定深度内强度极低的软土层,使得地基土中可压缩土层大大减少,其工后沉降较小。该方法具有施工进度快,结构安全可靠,度汛抗台能力强等优势。近年来,随着爆炸挤淤置换技术的发展,提出了控制加载爆炸挤淤置换法,置换深度大大提高,可达20 m以上,地基处理效果明显。鉴于本工程不具备爆炸挤淤法的料源条件,且重要项目不允许爆炸施工,不作比较。

2.1.4 淤泥固化地基处理

淤泥固化为一种新型地基处理技术。淤泥固化材料由工业废弃材料复合而成,固化深度可达12 m,范围30 m。淤泥固化固结速度快,固结强度高,14 天强度可达到200 kPa,固结后形成的土体水稳定性好,耐久性强。本方案地基处理成本最高,且施工受潮水影响最大,也无法保证进度,故海堤地基处理不采用。

本次设计考虑地基应特殊处理范围为新建海堤与已建海堤交界处60 m 范围,地基处理工艺采用淤泥固化技术。

2.1.5 地基处理技术比选

对上述几种地基处理技术做方案比选,见表1。

表1 地基处理方案比较表

从表1 比较成果可以看出,直接铺设高强度土工布对地基不作处理方案由于投资大,施工工期长,淤泥固化地基处理均为新工艺,且投资大,风险高,均不予采用。而爆炸挤淤法,该方法通过爆炸挤淤置换了地基中一定深度内强度极低的软土层,使得地基土中可压缩土层大大减少,其工后沉降较小,地基处理效果明显。但爆炸挤淤法石料用量大,故要求石料场离工程区较近,本工程石料场位于上干山岛,离工程区有8 km 距离,不符合爆炸挤淤法的料源条件,且本工程区有重要设施,也不允许爆炸施工,故不予采用。

综上所述,塑料插板排水固结法利用在软土地基中打设竖向的塑料排水板,大大缩短地基排水渗径,加速地基固结速率,从而快速提高地基的承载能力,且其施工工期、工程投资相对合理。本工程海堤沿线涂面高程在0.5 m~-1.5 m,在平均潮位以下,目前可采用候潮打设塑料排水板,应用较多、工程经验较丰富,其打设精度可满足工程要求。故本工程地基处理采用塑料插板排水固结法方案。

2.2 海堤断面型式

在已选定的塑料排水板地基处理基础上,对海堤堤型结构型式进行方案比选。采用塑料排水板地基处理的海堤一般可分成3 种：重力式、斜坡式、混合式。鉴于本工程地基土为深厚的淤泥质软土,若选用重力式,由于堤身较高,重力式挡墙荷载大而集中,对地基承载力要求高,显然不合适。故主要针对塑料排水板地基处理拟定混合式和斜坡式两种海堤结构型式进行分析比选。

2.2.1 方案一：迎潮面带直立式挡墙的混合式堤型

断面形式：混合式。

地基处理：采用塑料排水板地基处理,并辅以土工织物加筋。

堤顶结构：砼路面、外肩设钢筋砼防浪墙,堤顶宽度5.5 m（含防浪墙）,堤顶防浪墙高程8.37 m,路面高程7.27 m。

迎潮面结构：自堤顶至高程4.6 m 为直立式砼灌砌块石挡墙,在高程4.6 m 处设灌砌块石平台,宽4m,自高程4.6 m至2.5 m 设1∶4 斜坡段,以2.0 T 砼四脚空心块护面,下接8 m宽平台设2.0 t 砼四脚空心块消浪,其后为镇压平台宽14 m,末级坡1∶5,表层均采用80 cm 厚砼灌砌块石护面,堤脚处设大块石护脚。

堤内坡及闭气土方：堤内坡闭气土方的断面应满足土坡自身的整体稳定要求以及海堤防渗要求。同时堤顶后的背水坡应满足越浪防冲要求。具体设计为在高程4.3 m 和2.5 m处设置宽7 m 及17 m 的平台,靠围区侧坡脚设抛石棱体,内坡坡比自上而下分别为1∶3、1∶5 和1∶28。4.30 m 以上土坡采用30 cm 厚浆砌块石护面。

不同材料间过渡处理：土方与抛石、土方与砼路面、土方与背水坡干砌石护坡等以无纺土工布及石碴垫层作为过渡层。

2.2.2 方案二：斜坡式

断面形式：斜坡式。

地基处理：塑料排水板。

堤顶结构：同方案一。

迎潮面结构：自堤顶至高程4.5 m 为1∶3 斜坡,采用2.0 t四脚空心块护坡,在高程4.5 m 处设平台,宽8 m,以2.0 t 砼四脚空心块护面,下接1∶10 斜坡,末级坡为1∶5,护坡材料为80 cm 厚砼灌砌块石护面,堤脚处设大块石护脚。

堤内坡闭气土方、过渡层设置同上。

2.2.3 方案比选

方案一混合式：海堤的特点是外坡为变坡结构。当断面组合得当,可兼有斜坡堤和直立堤两者的优点,而避免其缺点,但边坡转折处,波浪紊乱,波能较集中,容易变形破坏,应予补强。带平台的复式断面,一般可以削减波浪爬高,有利塘身稳定。但增设平台工程量较大,平台易遭波浪破坏,要求结构牢固可靠,宜结合镇压层设置低而宽的型式,以利自身的稳定。断面体型设计得当,可兼顾各方面的要求,工程量小,造价低。

方案二斜坡式主要优点是：堤身体型大,对潮浪冲击适应性好,斜面能消散部分波浪能量；护面结构及施工技术简单维修容易。主要缺点是：断面大,占地多,筑堤土、石料方量较大；当外坡为1∶1.5~1∶3 左右时,波浪爬高值较大,所需堤顶高程高。两方案的经济技术比较见表2。