银洲湖海堤断面型式设计

侯俊敏 彭林兴

摘要：本文通过分析斜坡式、陡墙式和混合式三种海堤基本断面的特点，阐述综合陡墙式和斜坡式的优点，结合旧堤大部分建有石墙的现状，提出相应的优化分案，经实践检验，优化后的方案取得较好的经济和技术效果，进而为海堤断面设计提供参考依据。

关键词：海堤断面 优化设计 创新

1 概述

潭江在新会境内河长63.7km，平均河宽960m，银洲湖海堤包括潭江在新会境内的两岸范围，左岸由司前与开平市交界处至古井西堤尾，其中江新联围部分列入城市防洪工程（不纳入本工程范围）；右岸从新会罗坑与台山市交界处至崖门新洲围，另加上七堡和南坦两个江心岛，堤围总长约155.75km。

银洲湖海堤主要存在问题是：

①堤段堤顶高程基本未达标准，大部分堤段堤身断面强度不足，堤身土料质量差。

②部分堤段堤脚被冲割，局部堤段出现过堤坡开裂下坍等情况。

③全堤350宗的穿堤水闸涵窦，尚有322宗存在安全隐患，需加固或重建。

2 基本断面型式

海堤的基本断面型式在广东省内各地较多地使用三种基本断面型式：斜坡式、陡墙式和混合式。三种基本断面各有其本身的特点：①斜坡式海堤断面的内外边坡坡度较缓，堤身由土堤和护面所组成，边坡护面砌体必须依附于堤身土体。堤基与地基接触面积大。在堤身高度相同的情况下，对地基土层承载力的要求相对陡坡式低，适合于土料充足，基础较差的情况。在外坡坡面有充足的地方布设消浪设施，能消散部分波浪能量。护面结构及堤身施工技术简单，维修容易。但由于风浪爬高较大，相应要求堤顶高程较高，断面土方量较大，直接关系到工程造价的控制。②陡墙式海堤断面外边坡坡度陡直或直立，堤身由重力式防护外墙及墙后土堤所组成。陡墙式海堤断面的波浪爬高值小于斜坡式。堤顶防浪墙结合外墙体建成反弧形式，能有效地阻止或削弱波浪翻越堤顶。由于风浪爬高较小，堤顶高程较低，堤身断面较小，土方工程量相对较小，同时解决临海侧水位不断变动引起的迎水坡失稳问题。但堤基对地基土层承载力的要求高于斜坡式海堤，局部地区可能需要进行地基加固处理。由于外边坡坡度陡直或直立，波浪作用力较大，波浪上壅回落易产生墙脚淘刷，需要有保护措施。③混合式海堤断面外边坡为变坡比结构。是斜坡式与陡墙式的结合型式。当断面组合得当，兼有斜坡式与陡墙式的优点。且混合式断面设置平台可起到削减波浪爬高及稳定堤基的作用。根据南京水科院试验成果，平台面的高程取设计高潮位或略低于设计高潮位时，消浪效果最好。根据《堤岸护坡设计中的稳定性分析计算简介》（毛昶熙，南京水科院），消浪平台B的宽度可取有效波高Hs的1～4倍，平台越宽，消浪减少爬高的作用越大。

3 各种海堤断面型式风浪爬高计算比较

风浪爬高按《堤防工程设计规范》（GB50286-98）附录C计算（当m=0时，风浪爬高按《水闸设计规范》（SL265-2001）附录E计算），其中风浪要素采用莆田试验站公式计算。

①根据《堤防工程设计规范》附录C要素公式C.1.2-1、C.1.2-2、C.1.3-1计算平均波高、平均波周期、波长。②查表C.3.1-1、表C.3.1-2、表C.3.1-3、表C.3.1-4得出斜坡的糙率及渗透性系数K△、经验系数Kv，爬高累计频率系数Kp、无风情况下光滑不透水护面的爬高值R0。③按Rp=K△KvKpR0H计算风浪爬高，Rp为累计设计频率波浪爬高计算值（本工程为R3.33%） （当m=0，风浪爬高和风壅增水高度的计算可采用《水闸设计规范》（SL265-2001）附录E中的波高（hp）和波浪中心线超出计算水位的高度（hz）的计算公式替代计算） 。

为进一步比较各种型式的风浪爬高，为优化断面提供依据，选取了银洲湖海堤两个较有代表性的断面桩号左7+600、右47+600，对陡墙式和斜坡式两种基本断面型式的几种迎水坡坡率断面，进行风浪爬高计算。

通过计算可知：①当坡率m≤1.25时，计算风浪爬高Rp随坡率m的增大而增大；②当坡率m=1.5～5时，计算风浪爬高Rp随坡率m的增大而减少；③当坡率1.25<

m<1.5时，计算风浪爬高Rp由坡率m=1.25和m=1.5的计算值按内插法确定；④陡墙式断面的风浪爬高比斜坡式低0.3～1.6m。

4 海堤基本断面型式比选

4.1 断面型式初选

根据计算成果以及旧堤现状，对海堤基本断面型式进行比选如下：①计算结果表明，陡墙式断面的风浪爬高比斜坡式低0.3～1.6m，由于风浪爬高对堤顶高程的确定影响很大，从而直接影响到工程的造价，因此在本工程条件下，设计带陡墙式的海堤断面能明显降低堤顶高程。②本工程主要是对旧堤加固，设计时可结合旧堤的现状，在安全可靠的前提下，尽量节约工程的投资。a合理利用原有石墙。从原堤围的断面图可知，原堤围迎水侧已砌有m=0.3的陡墙式防浪石墙，主要为干砌石墙，但+1.00m高程以上的部分因建成历史久远或受冲刷破坏，出现松散或崩塌现象。结合现有的堤围断面，以安全、节省工程投资为原则，尽量利用原干砌石墙，将+1.00m高程以上的干砌石墙拆除，按陡墙式断面重砌，可有效降低风浪爬高。b妥善解决银洲湖海堤沿线基础差的问题。由于银洲湖海堤沿线基础为淤泥，内摩擦角小，抗剪强度低，基础承载力差，加高培厚堤身时，容易产生深层滑动和沉陷，根据当地的经验，堤面高程超过3.5m时，迎水坡容易出现滑坡，即使不产生滑坡，随着淤泥因荷载增大产生侧向挤出，堤基沉降，堤面高程下沉到3.5m高程以下后，方可基本稳定。根据当地经验，堤面高程控制在3.5m以下效果较好。本工程虽然有软弱土层存在，但现有的堤防一般年代较长，干砌石墙已建成多年，堤基土层已经经过多年的压缩、固结，沉降基本稳定，且堤身不高。因此可利用原干砌石墙，建带陡墙的断面，既降低风浪爬高，又可以避免堤顶高程超过3.5m后，额外增加地基处理费用，从而节省工程投资。

综上所述，分析了斜坡式、陡墙式和混合式三种海堤基本断面本身的特点，综合陡墙式和斜坡式的优点，同时结合旧堤大部分建有石墙的现状，从安全可靠和经济等方面考虑，对断面进行优化组合，本工程海堤断面初选采用混合陡墙式海堤断面。

4.2 断面型式优化

为进一步优化断面设计，根据计算成果设计了两种方案的陡墙式海堤断面，并进行比较：

方案一：为了充分利用旧石墙，并结合消浪平台布置要求，将旧石墙拆除到+1.0m高程（拆出来的石块在墙前干砌护脚平台）后，按迎水坡率m=0.3、背水坡坡率m=

0.1的陡墙式断面重砌，可有效降低风浪爬高。在2.5m高程设消浪平台，平台以上设1：1.5坡的糙面混凝土护坡，接堤顶反弧防浪墙。为了增加防冲刷能力和加强干砌墙的整体性，干砌石墙表面设100厚砼护面。由于外边坡坡度陡，波浪作用力较大，波浪上壅回落易产生墙脚淘刷，在墙前干砌1m宽的平台至+1.0高程。堤背水坡坡比1：2，设草皮护坡。

优缺点：堤基与地基接触面积大，地基应力较小，但堤身填筑材料需求较多，堤顶高程较高。

方案二：与方案一不同的是：①将旧石墙拆除到+1.0m高程（拆出来的石块在墙前干砌护脚平台）后，按迎水坡率m=0、背水坡坡率m=0.4的陡墙式断面重砌，即将干砌石墙顶外移，增大消浪平台的宽度；②将1：1.5坡的糙面混凝土护坡结合堤顶防浪墙处理，直接在2.5m高程的平台上留不少于2m的消浪平台后，设一埋深500mm的悬臂式砼直墙兼作防浪墙，并取消原防浪墙的反弧面。

优缺点：可进一步降低风浪爬高，降低堤顶高程，斜坡改直墙后，堤身断面宽度减少1.1m，从而减少堤身填筑材料方量，但波浪作用力较大。

从安全、经济出发，结合新会当地的实际，采用方案二。

两方案见图1，图2。

5 结语

按照上述设计断面，工程概算单价仅为202万元/ km，低于同类工程的300～500万元/ km，银洲湖海堤达标加固工程在2006年开工，2009年完工，期间经受了超过本工程设计标准的“派比安”台风正面袭击的考验，加固后的堤围安然无恙，达到了较好的经济和技术效果。

参考文献：

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[2]杨海峰.大断面黄土隧道施工中监控量测的应用论述[J].价值工程，2011（35）.

[3]高健，沈苾文.重力坝断面混沌最优化设计[J].浙江水利水电专科学校学报，2007（02）.

作者简介：侯俊敏（1982-），广东佛山人，男，本科，工程师，主要从事水工设计。