促淤型砂肋软体排在海堤坡脚防护中的实践研究

吴玉生 吴 雷 季伟伟 王 涛

（1.江苏省通州湾江海联动开发示范区建设交通局，江苏 南通 226006；2.南通港集团建设投资有限公司，江苏 南通226006；3.南通市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 南通 226006）

0 引言

通州湾港区开发由南部港区起步，目前已通过腰沙围垦通道工程、一港池匡围工程初步形成规划港池轮廓。同时北部港区与已建腰沙围垦通道的新出海口一期通道工程正在施工中。由于工程建设对砂石料、建材需求较大，已有腰沙围垦通道的运输能力有限，因此为满足港区开发建设的需要，缓解公路集疏运能力的不足，节省港口建设成本，考虑在腰沙围垦一期通道南北向通道南端、小庙洪水道北侧建设施工基地，即通州湾腰沙起步开发施工基地工程。通州湾腰沙起步开发施工基地的建设改变了原有海域的水流走向，水流不可避免地会对工程造成冲刷，对外表面造成侵蚀，进而影响整体的稳定及安全，因此海堤的防护作用显得尤为重要。在海堤工程中，坡脚部分容易被海水冲刷，危害堤防整体稳定，尤其在汛期更显著[1]。

该工程开工建设后，经滩面观测，西北角处滩面出现冲刷导致的深槽，局部深槽处最深已达到-8.00m（八五国家高程基准）。因此考虑在西北角位置设置措施性土质丁坝促淤及砂肋软体排护面，确保新建海堤外侧滩面安全并达到预计促淤效果，如图1 所示。

图1 工程区域

1 工程现场概况

1.1 海堤概况

该工程陆域位于规划一港池西侧、已建腰沙围垦一期通道南端，将已建腰沙围垦一期通道南北向通道作为东侧陆域边界，通过新建南侧、西侧、北侧围堤，并吹填造地形成施工基地建设用地，用海总面积约30 万m2，围堤全线总长度1420m，外围海堤平均起围高程-2.5m，吹填陆域高程至3.0m，同时新建腰沙围垦一期通道南北向通道实施全幅7m宽沥青路面，长度约4.96km。

1.2 工程问题

该工程开始建设后，将沿一期通道流动的沿堤流走向调整为顺该工程堤脚走向，西南角由于已建丁坝作用，因此整体滩面形式较好；海堤西北角由于用海红线问题，因此无法在此处布置永久性的保滩措施（丁坝）。

但海堤工程实施完成后，其潮流动力条件发生了不均匀变化，出现了沿堤流、绕堤流和滩间横流[2]，海堤坡脚经涨退潮的不断冲刷，堤身及附近滩面均发生了改变。且随着工程的不断推进，水流流向不断被调整，海堤结构存在被破坏的可能性。现经滩面观测，西北角处滩面出现冲刷导致的深槽，局部深槽处最深已达-8.00m（八五国家高程基准）。西北角现场情况如图2 所示。

图2 西北角现场照片

海堤地基土层多为具有高流动性的砂性土，在水流冲刷的外力作用下，其孔隙水应力增大，有效应力降低，会影响地层的稳定。而砂肋软体排由于其在韧性、强度及厚度上的优越性[3]，能适应海域施工的复杂条件，因此。本次设计考虑在西北角位置设置措施性土质丁坝促淤及砂肋软体排护面，确保新建海堤外侧滩面的安全[4]。

1.3 地质资料

围堤及吹填区表层为灰黄～灰色粉细砂，饱和，松散～稍密，局部呈中密状，砂质较纯，颗粒较均匀，层厚一般为8.1m～13.9m，平均厚度为12.0m。一港池吹填土表层为灰黄色～灰色粉砂，饱和，松散，局部稍密，砂质较纯，颗粒较均匀，厚度3.6m～10.5m，平均厚度为5.7m。

1.4 促淤型砂肋软体排

砂肋直径50cm，冲灌粉细砂，充盈度80%，排体边缘2m 内砂肋加密，砂肋采用丁缝法缝接。

排体选用380g/m²复合土工布制作（由150g/m²无纺土工布与230g/m²机织土工布复合），砂肋选用200g/m²的编织布制作，加筋带选用宽度50mm 的丙纶加筋带。

单块排体宽度可由施工单位根据设备、工况作适当调整。

按图3 中的间距将丙纶加筋带连同砂肋袋用35 支三股锦纶线缝织在380g/m²复合土工布上，软体排采用包缝法缝制拼接，拼缝强度不小于强度的80%，软体排排布选料时考虑3%的缝制收缩余量。

图3 促淤型砂肋软体排（单位：cm）

相邻排体现场铺设后的最小搭接宽度不得小于2m，并要求接缝处现场缝制。

铺设10 条压载条袋，规格为0.5m×3.5m×30m，间距按平均分布。

2 监测设备及测线布设

为了解施工区海堤堤脚水深冲刷变化情况、确保海堤安全施工，对通州湾腰沙起步开发施工基地工程海堤底脚海侧50m～200m 范围水深变化情况进行监测，监测时间为2021 年10 月27 日—2022 年6 月5 日。本工程主要投入的仪器设备有RTK-DGS、测深仪和声速仪等。取西北角附近共计5 条测线，以堤身附近作为起点，每隔20m 布置测点，共计25个测点，测量西北角附近不同时间点水深变化情况。测线及测点布置如图4 所示。

图4 测线布置图

3 监测结果与分析

3.1 测量结果

测线1 附近水深随时间变化关系如图5 所示，堤身附近水深较远堤位置更深。沙肋软体排建成后，曲线呈现明显上升趋势，并逐渐趋于稳定，水深降低，淤积深度增加。

图5 测线1

测线2 附近水深随时间变化关系如图6 所示。与测线1相同，堤身附近水深较远堤位置更深。沙肋软体排建成后曲线趋于平缓，未出现明显冲刷现象，局部区域呈现轻微上升趋势。

图6 测线2

测线3 附近水深随时间变化关系如图7 所示。沙肋软体排建成后，曲线呈现先降低、后上升趋势。

图7 测线3

测线4、5 附近水深随时间变化关系如图8、图9 所示，均表现为近堤位置水深比远堤位置更浅且水深差距较大。沙肋软体排建成后，近堤位置水深曲线比远堤位置上升趋势更明显，淤积效果更好。

图8 测线4

3.2 水深与时间关系

促淤型砂肋软体排附近水深随时间变化关系如图6～图9 所示。从测线1～5 可以看出，堤身西北角附近大部分海域在前期出现了明显的冲刷现象，水深最大变化可达5m 左右，最大值出现在测线2 的d=0m 处，仅测线4、5 中近堤位置未出现冲刷现象。在措施性土质丁坝促淤及砂肋软体排护面建设完成后，海堤西北角附近水深均明显变小，即淤积深度不断增加，促淤效果较好。

偏北区域（测线1～2）在175d 以后所有曲线均逐渐趋于平稳，淤积深度变化波动相对较小。而西北角偏西区域（测线4～5）近堤范围对应的曲线依旧处于持续上升状态，淤积深度不断增加。西北角偏北区域淤积过程结束比偏西部分结束更早，但该区域远堤范围水深未明显降低，甚至升高。而偏北区域的远堤范围变化幅度虽较小，但水深仍呈现逐渐降低的趋势，即软体排对该区域具有一定的促淤效果，促淤性砂肋软体排对偏北区域影响范围比其他区域更广。这可能是因为丁坝在坝身后的一定范围内具有壅高坝前水位及减缓坝后流速的作用，所以丁坝具有坝前和坝后2 个淤积区，在较快水流冲刷下，偏西区域的远堤位置仍出现被冲刷的情况。在砂肋软体排的削减能量冲击及反滤的共同作用下，偏西区域的近堤位置淤积现象开始明显，偏北区域在砂肋软体排及措施性土质丁坝促淤的作用下，水流流速进一步下降，淤积范围增大且较为明显。

3.3 不同位置水深变化情况

由图6～图9 可知，距堤0m～40m 的水深随时间变化曲线波动比距堤40m～80m 的更大，促淤效果在堤身附近更明显，最大淤积深度在测量时间段内可达2.0m 以上。

水深整体随时间变化逐渐降低，在0m～40m 的近堤区域，偏西区域比偏北区域水深更浅，淤积深度更高。而在40m～80m 的远堤区域则恰好相反，偏北区域比偏西区域水深较浅。

3.4 不同距离水深变化情况

由图6～图9 可知，远堤淤积深度稳定，近堤位置淤积深度变化相对较大，随着测线的延伸，水深增加，淤积高度降低。偏北区域（测线1、2）及拐角区域（测线3）的淤积深度随测线的延伸逐渐趋于稳定，而偏西区域（测线4、5）随测线的延伸逐渐降低且变化幅度较大。

图9 测线5

4 工程效果

措施性土质丁坝及促淤性砂肋软体排护面建设完成后，原冲刷现象得到明显改善。软体排覆盖在水流冲刷较明显处，在防止滩面砂土被冲刷掉的同时，也削弱了水流的冲击力，在西北角附近形成了较为明显的促淤效果，整体滩面形势较好，对海堤堤脚形成了有效防护。

5 结论

该文以促淤性砂肋软体排护面及措施性土质丁坝相结合的形式对海堤堤脚进行防护，削弱了海水对堤脚的冲刷效应，确保了海堤整体的安全。对西北角不同位置水深的测量及分析，研究促淤性砂肋软体排促淤保滩的效果，主要结论如下：1）促淤及砂肋软体排护面建设完成后，西北角附近水深均明显变小，淤积深度不断增加。2）在砂肋软体排的削减能量冲击及反滤的共同作用下，水流流速进一步下降，促淤范围逐渐变大。3）近堤范围内水深随时间变化曲线波动比远堤更大，促淤效果在堤身附近更明显，最大淤积深度在测量时间段内可达2.0m 以上。