澳门地区海堤修复设计思路的探讨

王媛，辛宪涛

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

澳门主要面临热带气旋（台风）、风暴潮、暴雨等气象灾害及其导致的城市洪涝、滑坡等自然灾害风险。随着全球气候变暖及海平面上升，未来热带气旋和风暴潮的强度有可能增加，暴雨、高温热浪等极端天气事件亦有增加趋势。1927年8月20日最高潮位2.94 m（MSL，澳门平均海平面，下同），1993年（“9316”台风贝姬）最高潮位2.98 m，2008年（“0814”台风黑格比）最高潮位2.83 m[1]，2017年8月超强台风“天鸽”引发澳门内港出现历史最高潮位3.78 m[2-3]，2018年（“1809”台风“山竹”）最高潮位3.4 m，“山竹”风力强劲夹带暴雨，引发海水倒灌。这些热带气旋、风暴潮造成澳门严重破坏及水浸，海堤作为防护屏障亦受到冲击和破坏，破坏形式主要表现为护面块石分布不均不能起到保护作用；垫层块石、堤心回填料流失等。

据统计[4]，大部分澳门沿线海堤受到不同程度的破坏，而根据澳门特别行政区防灾减灾十年规划[5]，澳门地区所有的海堤防洪标准将整体提高至重现期200 a，特别重要保护区其重现期将提高至300 a。这意味着澳门在接下来的10 a中，将进行大规模的海堤修复和整治工作。本文基于澳门某海堤修复工程，基于最新水文资料和防洪要求，制定合适的海堤修复方案，为澳门地区其他海堤修复和整治提供有益的参考。

1 工程概况

澳门某海堤修复工程位于澳门新口岸填海区孙逸仙大马路，在澳门文化中心以南附近，占地面积6.2万 m2。该工程于 2006年 10月动工，2009年年底竣工，使用至现在已近10 a。在经历了“天鸽”、“山竹”等超强台风后，该工程海堤发生了不同程度的损坏，包括护底、护面块石松散；堤心材料流失、堤顶路面沉陷等问题。海堤修复长度388 m，堤顶标高4.5 m，防浪墙标高5.0 m，堤顶道路宽约9 m，防洪标准为重现期100 a，工程级别1级。根据原设计资料揭示原海堤结构为1.85 m厚1 t块石护面，0.85 m厚100 kg垫层块石，土工网垫，50 cm厚碎石垫层。堤心材料为回填砂，堤基处理方式为全清淤回填砂，典型断面见图1。

图1 海堤原设计断面Fig.1 Original design section of the seawall

2 海堤破坏现状及原因分析

2.1 破坏现状

根据现场实地调查，海堤主要出现了护面块石松散、空洞、垫层碎石流失、堤顶路面沉陷、防浪墙表层面板脱落、路灯倾斜等问题。见图2。

图2 海堤破坏状况Fig.2 Current situation of breakwater damage

2.2 原因分析

原海堤的防护结构包括防浪墙、块石护面和抛石护底三部分，经过10 a左右的使用，基本处于安全稳定状态，在遭遇2017—2018年历史统计最大的强台风“天鸽”、“山竹”侵袭时，海堤整体结构没有出现明显的滑坡，海堤的基础结构仍比较稳固，但海堤的防护结构并没有达到防御强台风和大风暴潮冲击的等级，在波浪的正面冲击和吸力作用下，块石护面出现明显的移动、变形、失稳和损坏，块石层下的细颗粒堤心材料在波吸力作用下局部流失，导致部分路面塌陷和防浪墙倾斜损坏，如果不采取及时的防护修复和加强措施，如再经历类似台风影响，致使护面持续破坏和堤心结构的水土流失，可能会对后方建筑的正常使用构成安全隐患。

3 工程的复杂性

3.1 特殊历史文化背景

本工程海堤防护的后方澳门重要建筑物，由于其特殊的历史背景和文化背景，海堤堤顶高度、防浪墙的结构形式以及护面块体的样式、颜色等都须保证与破坏前一致。而要达到原设计重现期100 a的防洪要求，根据最新的水文资料测算的海堤高程至少需要增加0.5 m，而为了达到越浪量的要求，防浪墙的结构形式也需由透空型防浪墙修改为连续的结构实体。

3.2 防洪标准

原海堤的防洪（潮）标准为重现期100 a，在2005年设计时采用的重现期100 a的极端高水位为2.93 m（统计年限为1925—2003年），设计的海堤堤顶高程为4.5 m，防浪墙顶高程5.0 m。但基于澳门站1925—2017年的最新潮位统计资料计算得到重现期100 a的极端高水位为3.38 m。这是考虑了台风“天鸽”引发的内港最高潮位3.78 m。因此，一方面需要基于最新统计年限的潮位资料确定极端高水位，重新核算堤顶高程及防浪墙顶高程。另一方面，需要结合澳门地区最新的防洪规划、防灾减灾规划确认重现期100 a的防洪标准是否能适应目前及今后若干年的防洪要求。

3.3 透空型防浪墙

本工程海堤防浪墙的结构形式为透空型防浪墙，防浪墙墙体上开有洞口，其面积约占整个墙体的1/4。这种结构形式较少见，目前未有这种防浪墙结构的越浪量理论计算公式，因此较难核算其堤顶越浪量。

3.4 原海堤资料不全

一方面，该海堤工程缺失施工图竣工资料，只有初步设计文件，对海堤原始结构掌握不全。另一方面，该海堤在2008年经历“黑格比”台风后进行过修复，但缺失修复后的结构资料。基于此，在原始海堤及现状海堤的结构形式尚不清楚的情况下进行全面修复和整治是本工程的难点之一。

4 对工程复杂性的研究和对策

4.1 应对特殊历史文化背景

澳门地区尤为重视历史文化背景，由于该建筑的重要性和历史文化特殊性，本工程在保证安全满足一定防洪要求的前提下，修复设计方案尊重当地文化习俗，尽量不改变原堤顶高程、护面块石样式、颜色、防浪墙结构样式。

4.2 防洪标准的确定

根据GB 50201—2014《防洪标准》[6]规定，各类防护对象的防洪标准应根据防洪安全的要求，并考虑经济、政治、社会、环境等因素，综合论证确定。

根据2010年国务院已批复实施的《珠江河口综合治理规划》[7]中，澳门片滩涂（主要指澳门半岛南片、东片，凼仔北片，凼仔和路环之间片，十字门水道东侧路环西南片滩涂）暂按国家特别重要城市考虑，远期规划水平年（2020年）暂按重现期300 a防洪潮标准。

根据澳门特别行政区防灾减灾十年规划（2019—2028年）[5]，澳门地区的防洪（潮）标准见表1所示。

表1 澳门地区防洪（潮）标准Table 1 Flood control(tide)standard in Macao

综合以上三因素，从中期目标来看，本工程防洪标准适宜确定为重现期200 a。但提高防洪标准就意味着提高海堤堤顶标高。一方面考虑到本工程的特殊历史文化背景，另一方面，由于本工程海堤堤顶约9 m范围处坐落着该建筑物，若堤顶标高提升，该重要建筑物的地面层将被全部遮掩，变成“地下”。

基于以上原因，本工程的海堤防洪标准仍定为重现期100 a，其相应的设计潮位和设计波要素须根据最新年限统计资料确定，推算结果见表2、表3。由于未提升防洪标准，将对本工程进行防洪分析。

表2 澳门站高潮位计算Table 2 Calculation of tide level of Macao station

表3 设计波要素计算Table 3 Calculation of design wave elements

4.3 透空型防浪墙越浪量的计算

鉴于防浪墙需原样修复的要求（特殊的文化背景），对于透空型防浪墙的越浪量计算考虑以下两个方面：

1）按照堤顶有防浪墙的情况考虑，不考虑镂空设计，按照规范越浪量的理论计算公式计算。

2）按照堤顶无防浪墙的情况考虑，按照规范越浪量的理论计算公式计算。

堤顶越浪量计算结果见表4，计算结果表明：按照有防浪墙情况考虑时，越浪量远小于0.02 m3/（s·m）的规范要求；按照无防浪墙情况考虑时，越浪量略大于规范要求。由此可见，镂空式设计影响越浪量的大小。针对越浪量略大的情况，对设计断面进行防洪分析研究，复核海堤的防洪能力。研究表明在保证海堤自身安全及对堤后越浪量排泄畅通的前提下，海堤堤顶高程及防浪墙高程满足重现期100 a防洪、防潮标准，但仍需要加强对周边水域河床演变和水动力条件及水环境的观测，制定相应的应急预案。

表4 越浪量计算Table 4 Calculation results of overtopping

4.4 原海堤资料不全的应对措施

基于已经掌握的海堤设计资料，尽可能的搜集从建造之初到目前为止中间经历的大小修补情况。同时在确定修复设计方案前，进行现场踏勘和地质探摸，通过物探、现场踏勘等把握海堤破坏程度、海堤堤心砂流失的严重程度和深度；通过地勘掌握现状海堤的结构层分布，破坏程度，地基情况等。

1） 物探

采用地质雷达方法探测沿海道路和海堤地下25 m范围内存在的地下病害。物探结果（图3）表明海堤存在的主要问题为：1）浅层路面下部分结构存在疏松或者轻微沉降；2）地下4～10 m内存在强反射区域，存在下部介质疏松、空洞或地层间断的情况。

图3 物探结果图Fig.3 Geophysical prospecting results

2） 地勘

地勘揭露的海堤区域地层为：I1灰白～肉红色抛石在勘探区分布不均，厚度变化较大，缝隙由回填砂充填；I2灰黄色杂填土层是人工填土，土质不均匀，孔隙较大，密实度差异较大，其缝隙间的回填砂易受到海浪拍打冲蚀和流失；I3灰黄～灰色粉细砂在勘察区分布广泛，由人工填筑而成，一般直接位于I1灰白～肉红色抛石层之下；颗粒均匀，密实度差别较大，浅表层部分一般呈松散～稍密状，下部呈中密～密实状。由于缺乏反滤处理，细颗粒易从抛石层缝隙流失。

经过地勘和物探结果，揭露现状海堤的结构层分别为：表层厚度大小重量不一、分布松散的护面块石；下层为回填砂；土工布已受到肉眼可见的的破坏和裸露，已完全不能起到倒滤作用。

5 海堤修复方案

5.1 堤顶修复方案

对于凹陷的路面和物探检测出有空洞区域的范围，凿除凹陷区域至路基，对路基下层空洞区域进行灌浆以密实，再逐层回填至路面。见图4所示。

图4 堤顶路面结构修复示意图Fig.4 Schematic diagram for repair of breakwater top pavement structure

5.2 护面修复方案

海堤护面结构是直接抵抗风浪的区域，结合本工程海堤破坏的根本原因，护面修复重点为提升防渗倒滤能力，提高护面块石抗风浪能力。确定的护面修复[8]方案顺序依次为：

1）清除表层松散分布不均的块石护面，理坡。

2）对坡面孔洞区域采用细砂或细碎石填充。

3）铺设1层300 g/m2无纺土工布防止下层尖锐石料刺破土工膜，铺设2层膨胀土防水垫，作为防渗的加强作用，铺设1层HDPE防渗土工膜。

4）铺设高强土工网垫。

5）铺设袋装碎石，理坡。

6）铺设100～200 kg块石垫层，理坡。

7）抛理1.5 t块石护面（2层），理坡。

5.3 堤基修复方案

地勘结果显示海堤地基区域主要为块石混砂混泥。地基作为海堤的基础，全清淤回填砂须防止波浪的冲刷和掏刷流失。因此堤基修复方案主要为：

1）清淤海堤坡脚地基区域，铺设高强土工网垫，避免外部水流掏蚀或是内部水土流失等不利影响。

2）铺设护底块石200～300 kg，理坡。

3）在余排处设置混凝土连锁块，进一步增加防掏刷、稳定作用。

4）在护面与护底的交界线处施打高压旋喷桩，桩直径600 mm，桩间距400 mm，平均桩长14 m，打穿淤泥层进入黏土层4 m左右。高压旋喷桩用作防渗帷幕以延长渗径，提高海堤的防渗能力，同时可增加海堤的整体稳定性。

海堤的修复设计断面见图5所示。

图5 海堤的修复设计断面Fig.5 Repair design section of seawall

6 结语

本文基于澳门某海堤修复工程实例，介绍了澳门地区海堤修复的一种设计思路，具有一定普适性意义，可供类似澳门地区海堤修复整治工程提供参考。

1）适当考虑工程的特殊历史文化背景，确定海堤修复整治的客观限制条件。

2）综合防洪规划、防灾减灾等确定海堤的防洪标准，并基于最新年限下的水文资料推算设计潮位和设计波浪要素，分析海堤的防洪特性。

3）在缺少原设计资料的情况下，在物探、地勘以及现场踏勘的基础上，掌握现状海堤的结构、破坏程度等情况，分析海堤损坏的根本原因。

4）海堤存在堤心材料流失的情况，宜采取高压灌浆、高压旋喷桩；增加护面防渗、倒滤功能；增加护面块石防护等级的修复整治措施。