谈海堤断面适应性优化设计

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摘要:海堤建设事业作为社会经济发展中的重要一环，起到了保卫人民生命财产安全的重要责任。海堤断面的形式是海堤建设中最基础的一个环节，如何对海堤断面进行选择和优化是建设过程中必须面临的问题。文章就不同海堤断面型式的适应性展开讨论，并提出海堤断面优化设计建议。

关键词:海堤建设;海堤断面;优化设计

引言

随着城市化进程的推进，社会经济水平的逐步提高，各沿海城市对于海堤建设的重视度不断提高。海堤如今不仅仅作为防御建筑保卫人民的生命和财产安全，更兼顾土地资源利用、绿色环保美观等多重作用。为达到这些目的，在海堤建设中，海堤断面的设计选择尤其重要。

1海堤建设的影响因素

地基的处理上，首先考虑的就是承载力。需要先在涂面上铺设土工布进行隔离，再敷设一层碎石垫层作为排水通道，增加塑料排水板将内部渗水排出地基，以保证地基稳固性。地基处理完成后即可进行土石方的填筑，这时候就需要用到桁架式土方填堤机、石方平抛专用驳船等大型机械设备。加荷过程中，需要严格按照设计计算的加荷曲线进行，先从涂面层开始，以后逐层加荷。每层加荷的滑动力都应当小于地基土的抗滑能力，相应两层加荷压载的间歇时间，在每一个对应点应基本一致。加固过程中，需要时刻观察沉降观测点的沉降情况，避免地基失控。良好的加荷过程可以达到使土壤中水份逐渐排除的目的，从而获得良好的结构强度。

2海堤断面的类型选择

在进行海堤断面的选择时，我们应当遵循安全可靠，经济合理的原则。需要综合考虑海堤所处的地形地区、当地的水文、风况、潮汐等情况，比较分析出最合适的断面设计。海堤断面最基本的几何形状大体可以分为斜坡式、陡墙式和混合式。

2.1斜坡式

斜坡式的海堤以土堤为主体，边坡依附于主体，坡度较缓。以“广州市珠江堤防西航道左岸鸦岗文笔水闸至石井水泥厂段达标加固工程”为例，该工程位于广州白云区西航道左岸。当地暖热少寒，雨水丰富，光照充足，主要洪水发生在每年的4－6月份。该地区主要为黏性土，具有抗剪强度低、压缩性高、渗透系数小、承载力低和触变性、流变性的特点。原堤岸填筑土压实度较低，急需加强对地基的处理。以“广州南沙开发区小虎一桥至建滔化工外江堤防综合整治工程”为例。工程位于广州市番禺区南部，经勘测，该场地类别为Ⅲ类。地基土层以淤泥为主，土质松软，导致地基承载力、沉降等地质条件较差;同时，堤身存在不同程度的填土松软问题;外侧挡墙以干砌块石为原材料，强度和耐久性相对较差，需要经常维护加修。上述两个案例均有土质松软、承载力低和地基稳定性差的问题，因此我们放缓了大堤坡度、增加了坡脚的压重，最终选用的是斜坡式的断面。经过设计改良后的斜坡式海堤，堤身与地基的接触面积增大，地基的应力分布变得均匀，能很好的适应软土层，整体稳定性得到进一步的提高。与此同时，斜坡式断面很好的解决了维修难的问题，护面结构简单，对技术要求不高。其中一段堤面设计如图1所示。

2.2陡墙式

陡墙式边坡较陡，堤身包含土堤和重力式防护墙。以“广州南沙区万顷沙联围15涌－16涌东外江堤防整治工程”为例。工程总长度1.41KM，目前由于提身经过了多次的加固，各处施工方法不一，堤身情况较复杂。部分区段存在压实度、稳定度、抗滑系数不满足要求的情况。为此，我们对其进行结构改造，选择了更适合原堤情况的陡墙式的断面。通过地基加固、堤线加高培厚等措施，最终形成的海堤断面小、占地小、筑堤材料省。而且因为断面结构的原因，波浪的爬高一般较同护面的斜坡堤小，堤身受风浪的影响也相应减少。其中一段堤面设计如图2所示。

2.3混合式

混合式的断面对上述两种方法进行整合，根据实际情况灵活的调整，以发挥更突出的整体优势。以“南沙明珠湾区慧谷片区(工业区涌至大角山)超级堤工程”为例，旧堤岸结构老化且形式单一，景观性差，与所在城市的整体定位有偏差。为促进堤坝整体结构强度及美观度，对其进行改造。整个堤坝采用混合式的方式，共设计了复式断面、直立+长缓坡式断面和2级直立式断面三种断面形式。复式断面利用原堤岸挡墙修建景观平台，保留了原挡墙在稳定性上的优势的同时，能兼顾美观性的要求;直立+长缓坡式断面采用了前板桩高桩承台结构，为将来加高堤防留有了一定的余地;2级直立式断面在原有堤岸内侧新建护岸，护岸内侧设计成弧形，有效的减少了越浪量。其中二级直立式断面的设计如图3所示。通过上述案例，我们可以发现，不同的断面类型各有优缺，总结归纳如表1:3海堤断面结构型式适应性分析1)结构安全适用性。海堤的“几何尺寸”直接影响了其结构安全性，斜坡式的断面由于拥有更大的接触面，地基的稳定性高于陡墙式断面。而且由于陡墙式防护墙与堤身间容易产生不均匀沉降，对其整体结构稳定性有很大的负面影响。2)经济适用性。更大的地基接触面积意味着更大的土地占比，因此，斜坡式的土地和材料投资成本都远高于陡墙式。3)地质条件限定。海滩一般都是多年的淤泥沉积而形成的，所以土质松软，沉降较大。对于地基的承载力和海堤的稳定性上需要多下功夫。在工作范围允许的条件下一般设计为斜坡式或者混合式，地质条件较好的地方可以设置为陡墙式。4)施工工艺的适应性。不同形式的断面在施工工艺上的要求也不同。如采取斜坡式的土石堤，在低滩深水区就会有土方固结速度慢的问题，影响工程进度的问题。如若采取抛石主体的堤身，施工方法变得简单，但是成本会相应提高。5)工程管理的需要。海堤的堤顶作为应急抢险的通达，在防风防潮时，需要保证救援队伍和救援设施的顺利通行。此外，在海堤断面的选择上，还应该考虑日常巡检和维修养护的便利。因此，在堤身宽度≤4.5m时，可在背面设置错车平台。6)生态及人文需求。生态绿色的发展理念如今深入人心，在海堤断面的设计过程中，需要综合考虑海堤与周围的环境是否相融洽，是否适合植物的生长和动物的生存繁衍。为提高其适应性，目前采取的形式有海底公园、生态城和临港经济区海堤等［1］。综上，在海堤建设过程中，应当根据勘察结果，选择地质较好，沉降较小的区域确定海堤走向。选择对防浪有利的方向，避开主风向，避免与强风和强浪的正面冲击。

4海堤断面结构型式优化设计建议

从前文的分析可知，对于地基要求较高且工程区域较大的工程，可以选择斜坡式的断面，若部分段不满足斜坡式对土地的要求，也可以结合陡墙式断面进行混合处理;堤坡防护时，可采用现浇混凝土、混凝土灌砌石或者混凝土栅栏板等形式，对于允许越浪的海堤，应根据不同的允许越浪量在堤顶面及背海面设置防护措施;堤顶材料的选择上应考虑其抗冲刷性，不能选择碎石或者沥青混凝土作为护面;考虑到海浪的冲刷性和腐蚀性，可以在海堤面上种植部分适合海边生长的植物，如红树林和大米草等，不仅有效提高了海堤的寿命，更满足了海堤的生态需求［2］。“生态海堤”的建设已不单单作为海堤建设的一部分而存在，未来可以对生态海堤单独划区作为独立项目规划，将其与城市建设相结合，慢慢建立标准体系，构建产业化发展模式。如通过扩展融资渠道，发展生态养殖和海洋牧场等，变政府公益性投入为企业和社会生产性投入，不仅能够有效的解决了海堤生态建设的问题，更能促进当地产业发展，居民增收。

5结语

海堤断面设计作为海堤建设的基础和前提，目前比较普遍的形式有斜坡式、陡墙式和混合式。设计时应当充分考虑地质地形、风浪特点等情况，结合施工工艺、维修管理和生态人文需求，确定断面形式。当然，断面形式的的设计上不应拘泥于上述三种主要形式，应当在保证结构可靠，经济可行的基础上，大胆创新，推陈出新。

参考文献:

［1］邵继彭，姜睿涛，杨志超，等.海堤断面类型及适应性设计［J］.水利水电工程设计，2017，36(02):15－17.

［2］麦宇雄.堤顶高程受限的海堤断面优化设计［J］.河北工业科技，2019，36(04):287－292.

作者：陈战利 单位：中洲工程设计有限公司