劉玉鳳,王 濤
(濰坊市水利建筑設(shè)計(jì)研究院,山東 濰坊 261031)
昌邑市位于山東半島西北端,總面積1 812 km2。其沿海地區(qū)屬濰北濱海平原,位于沂沭斷裂帶北端中部,斷裂結(jié)構(gòu)發(fā)育,系新生界第三系砂巖、黏土巖、玄武巖及濰河沖積的第四系和沿海地區(qū)的海積亞沙土及粉沙,海岸線平直,多沙洲,泥質(zhì)灘涂廣泛發(fā)育,灘涂寬度 5~10 km,濱海地面高程在-0.3~1.3 m,灘涂高程在1.3~3.5 m之間。海底坡度小,且有6條大中型河流入海。沿海水下平坦,以強(qiáng)堆積為特征,構(gòu)成平坦的水平淺灘和海底平原。
昌邑市沿海區(qū)域自然條件比較優(yōu)越,經(jīng)濟(jì)實(shí)力較強(qiáng),改革開放以來,該區(qū)域已成為濰坊市經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快的地區(qū)。多年來,昌邑市沿海由于屢受風(fēng)暴潮災(zāi),沿海地區(qū)遭受了較大經(jīng)濟(jì)損失。建國后黨和政府對防潮工作十分重視,但因受財(cái)力物力所限,防潮工程不完善,標(biāo)準(zhǔn)低等,昌邑沿海地區(qū)遭受風(fēng)暴潮侵害的現(xiàn)象仍時(shí)有發(fā)生。為此,必須修建昌邑防潮堤工程。該工程位于入濰河口樁號12+950處,設(shè)計(jì)加固長度1 300 m。
風(fēng)暴潮是昌邑市北部沿海成災(zāi)最大的自然災(zāi)害,特大風(fēng)暴潮每3年左右發(fā)生一次,有記載的特大風(fēng)暴潮有近百次。風(fēng)暴潮災(zāi)害使沿海地區(qū)漁業(yè)、鹽化等生產(chǎn)遭受嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失。由于防潮堤始建標(biāo)準(zhǔn)低,歷經(jīng)多次風(fēng)暴潮襲擊,現(xiàn)狀堤身損毀嚴(yán)重,且現(xiàn)有的防護(hù)堤達(dá)到50年一遇標(biāo)準(zhǔn)的不足20%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足抵御風(fēng)暴潮災(zāi)害的要求,制約了北部沿海地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
為了防御沿海風(fēng)暴潮災(zāi)害,需修建具備防潮、防浪及防沙的功能,兼具汛期行洪排澇、控制海域污染、生態(tài)環(huán)境恢復(fù)等功能的沿海防護(hù)堤工程,該防護(hù)堤是保證整個(gè)濰坊市“三北”地區(qū)開發(fā)和濱海新城建設(shè)的重要屏障,為促進(jìn)昌邑市北部經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
依據(jù) 《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL435—2008)、《水利水電工程等級劃分及防洪標(biāo)準(zhǔn)》(SL525—2000)和《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286—1998),本工程設(shè)計(jì)防潮標(biāo)準(zhǔn)為50年一遇,工程等別為Ⅲ等,防潮堤級別為3級。設(shè)計(jì)地震烈度為Ⅶ度,地震動(dòng)峰值加速度為0.15 g。
根據(jù)水文計(jì)算成果,本次工程50年一遇設(shè)計(jì)潮水位為4.36 m。
由《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL435-2008)表8.3.1確定本次設(shè)計(jì)堤頂安全加高A取0.8 m。
經(jīng)計(jì)算得50年一遇,斜坡砌石護(hù)面平整時(shí)波浪爬高為1.6 m.根據(jù)安全加高和波浪爬高求得堤頂超高值為2.4 m。
根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL435—2008)計(jì)算得堤頂高程為6.76 m,本次設(shè)計(jì)取6.80 m。根據(jù)《海堤設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL435—2008)當(dāng)?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有穩(wěn)定堅(jiān)固的防浪墻時(shí),堤頂高程可算至防浪墻頂面,本次工程設(shè)計(jì)采用防浪墻頂面作為堤頂高程,高程為6.80 m,大壩頂面高程為6.2 m。大堤頂面高程與設(shè)計(jì)高潮位的差值為1.84 m,大于1.15 m,滿足規(guī)范要求。
堤頂寬度指除去防浪墻后的堤頂寬度,應(yīng)根據(jù)防汛、管理、施工、構(gòu)造及其他要求確定。根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL435—2008)規(guī)定,3級堤防不宜小于3 m。因己建大堤寬度統(tǒng)一定為6 m,本次規(guī)劃仍按6 m設(shè)計(jì)(不計(jì)防浪墻部分)。
由于濰河入海口東斷防潮堤所處位置為鹽堿地,缺土量很大,原有防潮堤始建標(biāo)準(zhǔn)低,現(xiàn)狀擋土墻基礎(chǔ)高于迎海面灘地,裸露在外,需拆除重建。結(jié)合已建防潮堤的管理運(yùn)用情況和項(xiàng)目區(qū)實(shí)際情況,本次設(shè)計(jì)防潮堤斷面采用直立式小擋土墻混合式斷面:
臨海側(cè)修建面坡坡度1∶0.4直立式小擋土墻保護(hù)土堤,擋土墻頂高程為年高潮位均值加0.5 m(夏營站年最高潮位均值為2.47 m、辛安莊站年高潮位均值為2.52 m,兩者加權(quán)平均值為2.497 m),本次設(shè)計(jì)擋墻頂高程取3.0 m;擋土墻以上是坡度為1∶2.5斜坡堤,采用M15昌樂漿砌塊石護(hù)砌,護(hù)砌型式由下往上依次為:400 g/m2土工布一層,碎石墊層150 mm厚。
背海側(cè)土堤坡度1∶2.5,堤身采用工程位置背海側(cè)取土區(qū)的土料填筑,主要采用黏性土料填筑,堤身填筑壓實(shí)后,干密度不小于1.59 g/cm3。
堤頂迎海側(cè)設(shè)M15漿砌石防浪墻,基礎(chǔ)埋深1.1 m,防浪墻頂面高程6.50 m;直立式小擋墻和防浪墻壓頂采用C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土壓頂。
漿砌石擋土墻、護(hù)坡及防浪墻每隔15 m設(shè)一道沉降縫,縫寬20 mm,接縫內(nèi)填橡塑板,外圈填PT膠泥。砌石擋墻施工時(shí)如基坑排水困難則做拋石處理,拋石厚度0.5 m。
本次設(shè)計(jì)迎海側(cè)擋土墻高度3.0 m,頂寬0.5 m,迎水坡1∶0.4,背水坡采用1∶0邊坡,同時(shí)在墻腳前端做拋石護(hù)底,護(hù)底長度為5m。
因防潮堤軸線處地面高程不一,選擇有代表性的斷面和有代表性地面高程處。
穩(wěn)定計(jì)算包括抗滑穩(wěn)定計(jì)算,抗傾穩(wěn)定計(jì)算及基底應(yīng)力驗(yàn)算。采用理正巖土計(jì)算軟件計(jì)算。
通過計(jì)算結(jié)果分析,設(shè)計(jì)擋土墻抗滑及抗傾覆均滿足穩(wěn)定要求。
1)斷面選擇:采用標(biāo)準(zhǔn)斷面并做適當(dāng)簡化。
2)穩(wěn)定計(jì)算:穩(wěn)定計(jì)算包括滲流計(jì)算,堤身和地基土體的滲透穩(wěn)定計(jì)算及背海側(cè)滲透出逸段的滲透穩(wěn)定。采用理正巖土計(jì)算軟件計(jì)算。
通過計(jì)算滲透出逸段的滲透比降為0.441,小于允許比降0.5??梢耘袛啻朔莱钡桃?guī)劃設(shè)計(jì)斷面滿足堤身滲透穩(wěn)定要求。
1)根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范(SL435—2008)》,本次海堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧滑動(dòng)法。
2)根據(jù)本次規(guī)劃防潮堤段的實(shí)際情況,主要針對正常運(yùn)用時(shí)設(shè)計(jì)高潮位情況進(jìn)行海堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算,并考慮地震作用的影響。根據(jù)選定的典型設(shè)計(jì)斷面,運(yùn)用瑞典圓弧滑動(dòng)法的相關(guān)程序,其計(jì)算如下:
最不利滑動(dòng)面:滑動(dòng)圓心為(12.04,15.52);滑動(dòng)半徑為13.643 m;滑動(dòng)安全系數(shù)為1.26。
根據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范(SL435—2008)》10.2.3,本堤段典型設(shè)計(jì)斷面的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.26>1.25,所以可以判斷此防潮堤規(guī)劃設(shè)計(jì)斷面是滿足整體抗滑穩(wěn)定要求的。
防潮工程的效益牽涉社會各個(gè)行業(yè)及沿海各地區(qū)、各部門,工程效益面廣而復(fù)雜。昌邑市濰河入??跂|防潮堤總體工程加固建成后,預(yù)計(jì)每年將產(chǎn)生6 438萬元的國民經(jīng)濟(jì)效益,按照本年度所實(shí)施部分的長度比例分推計(jì)算,年效益為260萬元。隨著昌邑市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而不斷完善防潮工程。其工程效益將是可觀的,并能使昌邑市沿海地區(qū)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全得到有力保障。