黃昌坡，廖敏智，周 龍，臧振濤

(1.平陽縣利得海涂圍墾開發(fā)有限公司，浙江 溫州 325401；2.浙江水院勘測設(shè)計研究有限公司，浙江 杭州 310018)

干砌類塊石如干砌塊(條、卵)石、豎砌條石、理砌塊石、理拋大塊石等，因具有適應(yīng)變形能力好、透水率高、成本低、生態(tài)自然等特點，且取材方便、成本低廉，常用于標準低、風浪小，特別是低高程部位的堤壩坡面防護，但其整體性差、抗風浪沖擊能力不高[1-2].為了盡可能發(fā)揮砌石間的嵌卡力，減少砌石護面在波浪、激流等作用下產(chǎn)生“翻動”、“移位”等破壞，孫德勇，等[3]考慮塊石間的嵌卡力對塊石進行受力分析，得到了砌石護面的抗風浪能力與塊石厚度成正比、與塊石外表面成反比、與塊石間的嵌卡力成正比的結(jié)論.在此基礎(chǔ)上，陳振華，等[4]提出了一種“半灌混凝土的砌石護面結(jié)構(gòu)”，經(jīng)溫州甌飛一期圍墾工程現(xiàn)場模型試驗驗證、河海大學(xué)陳國平室內(nèi)波浪模型試驗驗證，證明該新型護面結(jié)構(gòu)不但抗風浪能力強、消浪性能好、適應(yīng)沉降變形，且具有施工速度快、充分利用塊石料源、大幅減少厚重規(guī)整的大塊石料的依賴、生態(tài)自然等優(yōu)點[5].

平陽西灣南片圍涂工程于2014年11月竣工，由于該工程鎮(zhèn)壓平臺上部為塊石，下部為軟基，使得其沉降時間長，沉降量大，易發(fā)生不均勻沉降，且每年的臺風期，大塊石鎮(zhèn)壓平臺部位都會或多或少出現(xiàn)大量大塊石“翻動”、“移位”、“軟基流失”、“塊底脫空”等損毀現(xiàn)象[6-7]，2017年臺風季節(jié)之前，相關(guān)部門決定試驗性的采用“混凝土半灌塊石”技術(shù)進行加固處理，試驗段長度150 m，試驗區(qū)面積1 500 m2.在2017年臺風期間，通過臺風期間波浪、潮位實時觀測，結(jié)合臺風前后的面貌對比、試驗區(qū)與其他區(qū)域的面貌對比，進一步驗證了該新型護面結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，可供類似工程借鑒.

1 工程概況

平陽縣西灣南片圍涂工程位于平陽縣城東南方向11 km的東海岸，鰲江出?？谔?該圍涂工程建筑物主要包括海堤和水閘兩部分，海堤由南順堤、南堤、中隔堤組成，全長5 058 m，圍涂面積348 ha.南堤、南順堤為Ⅲ級海塘，按50年一遇防潮標準設(shè)計.海堤壩型為土石混合壩，用石壩擋潮擋浪，堤斷面型式采用復(fù)式斷面，上部為直立墻式，下設(shè)消浪平臺和斜坡式過渡，外部為塊石鎮(zhèn)壓層.該工程已于2015年2月通過竣工驗收.

2 混凝土半灌塊石護面加固方案

2.1 護面加固方案

由于西灣南片海堤鎮(zhèn)壓平臺長期收波浪、水流侵蝕，特別是風暴潮期間的沖蝕，該區(qū)域的塊石鎮(zhèn)壓平臺多處出現(xiàn)“側(cè)翻”、“位移”等破壞，每年臺風過后，都需要進行維護.為了加強鎮(zhèn)壓層的穩(wěn)定性和消浪性能，采用“混凝土半灌塊石技術(shù)”對該區(qū)域的部分堤段進行加試驗性固處理，試驗區(qū)域位于楊嶼山西南側(cè)(見圖1).本次加固方法采用不規(guī)則混凝土半灌工藝，即灌注時，約一半的較大縫隙灌混凝土，一般每塊塊石四周1～3條邊的縫隙或1～3處三角縫灌混凝土.混凝土標號采用C30，由于加固區(qū)受潮影響較大，攪拌混凝土時需添加一定量的速凝劑.

圖1 西灣圍墾區(qū)域位置圖

2.2 試驗對比區(qū)

對比區(qū)Ⅰ位于加固區(qū)的西南側(cè)，屬于未被加固的海堤塊石鎮(zhèn)壓平臺.

對比區(qū)Ⅱ位于楊嶼山的西北側(cè)(如圖1所示)，該區(qū)域堤段斜坡采用四腳空心消浪塊體護面結(jié)構(gòu)，外部為塊石鎮(zhèn)壓層.

3 現(xiàn)場加固過程

由于西灣南片圍涂工程海堤的鎮(zhèn)壓平臺經(jīng)過多次臺風沖擊，部分區(qū)域塊石發(fā)生“移位”、“翻動”以及不均勻沉降等.為此，在混凝土半灌塊石前，進行以下準備工作：(1)檢查塊石間的緊靠擠緊程度，單塊塊石兩邊或以上的縫隙均較大時，無法緊靠擠緊的，可采用單重較小、長條形或板狀塊石“插砌”，以便充分擠緊.(2)檢查塊石厚度，當部分塊石不滿足設(shè)計要求時(按原質(zhì)量指標要求檢查)，應(yīng)將其側(cè)砌或豎砌，再用單重較小、長條形或板狀塊石后期“插砌”，以便充分擠緊.(3)倉面清理：混凝土灌注之前，需采用7.5 kW高壓水槍對塊石縫隙進行沖洗，清理塑料泡沫、樹根、木枝等雜物；清理粒徑小于10 cm的細石碴，允許10 cm以上片石、小塊石留在縫隙中，但表面應(yīng)低于護面25 cm.

在采用混凝土半灌塊石技術(shù)時，灌注要求如下：

(1)灌注位置：選擇塊石四周較大的直縫與三角縫，塊石表面、縫隙上部不噴混凝土；灌注高度為結(jié)構(gòu)設(shè)計厚度的50%左右，縫隙上部20～25 cm不灌.不規(guī)則灌時，混凝土灌注范圍一般為塊石四周1/3～2/3縫隙，重點灌注較大的三角縫，對緊靠良好、寬度較小的縫隙留作排水減壓通道；框格式規(guī)則灌注時，中間部分的縫隙需埋設(shè)排水管或緊密的縫留縫不灌，排水管直徑75 mm，間距0.5 m左右(視縫隙情況)，每三個一組.

(2)混凝土標號：不低于C30，坍落度10 cm左右，添加無堿速凝劑以防灌注時潮水沖刷，具體由設(shè)計定.

(3)混凝土入倉與振搗：配合溜槽、鐵揪等工具人工方法入倉、插入式振搗器振搗.

試驗區(qū)施工與觀測儀器埋設(shè)工作于2017年7月20日完成，施工過程典型照片(見圖2).觀測期間經(jīng)歷了2017年受18號臺風“泰利”影響，直至2017年臺汛期過后的10月底現(xiàn)場試驗工作結(jié)束.

圖2 混凝土半灌加固現(xiàn)場

4 加固效果分析

4.1 數(shù)據(jù)采集分析

為了掌握試驗期間波浪要素、潮位等情況，觀測對比護面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況，在試驗區(qū)布置了波浪及潮位觀測儀器，其相關(guān)參數(shù)信息如下：

(1)波浪觀測：采用加拿大RBR公司微形波浪儀RBRsolo D|wave隨波監(jiān)測，波浪儀安放于試驗區(qū)堤腳外500 m的固定柱上，觀測點的水下涂面高程約-3.7 m，每17 min波浪采樣512個、停歇8 min，分辨率<滿量程的±0.001%.

(2)潮位觀測：采用瑞士產(chǎn)DCX-22自動記錄水(潮)位計測定，潮位計安放于試驗區(qū)堤腳外側(cè)-3.0高程，采集頻率取1/60 Hz.

2017年，在18號強熱帶風暴“泰利”影響期間(主要是13日下午及14日凌晨)，通過對該片區(qū)的波浪、潮位數(shù)據(jù)進行提取處理，試驗區(qū)最大波高(已推算至堤前)、潮位變化過程(見圖3).

圖3 臺風期間潮位、波高與時間關(guān)系曲線

由根據(jù)試驗區(qū)附近的風速統(tǒng)計以及圖3中的潮位、波高信息可知，在臺風“泰利”影響期間，西灣南片圍涂工程堤前最大風速到達8級，最大波高為1.67 m，最高潮位為3.79 m.

4.2 現(xiàn)場加固效果對比分析

“混凝土半灌塊石技術(shù)”是指在理拋塊石的約50%的縫隙、灌注約50%厚度混凝土的新型護面結(jié)構(gòu)，在保持塊石護面透水的同時增加“嵌卡力”，讓少量的“混凝土”發(fā)揮最大的作用，大幅提高抗風浪能力.

2017年7月，平陽縣水利局將該技術(shù)試驗性應(yīng)用于西灣圍墾南順堤的“理拋大塊石鎮(zhèn)壓平臺”的加固.為驗證其效果，研究團隊在現(xiàn)場開展了風浪實時觀測與加固效果對比觀測工作.

2017年9月13～14日，西灣圍墾工程受18號強熱帶風暴“泰利”影響，部分海堤段出現(xiàn)損壞現(xiàn)象，研究團隊通過對比臺風前后試驗區(qū)及對比區(qū)現(xiàn)場面貌(見圖4～圖7)，進一步分析“混凝土半灌塊石技術(shù)”的加固優(yōu)點.

圖4 試驗區(qū)鎮(zhèn)壓平臺臺風前后現(xiàn)場面貌

圖5 對比區(qū)Ⅰ鎮(zhèn)壓平臺臺風前后現(xiàn)場面貌

圖6 對比區(qū)Ⅱ鎮(zhèn)壓平臺臺風前后現(xiàn)場面貌

圖7 對比區(qū)Ⅱ斜坡臺風前后現(xiàn)場面貌

根據(jù)臺風期間的潮位、波高以及臺風前后現(xiàn)場面貌可知：

(1)采用“混凝土半灌塊石技術(shù)”后，試驗區(qū)的塊石鎮(zhèn)壓平臺在臺風前后未發(fā)生塊石“移位”、“側(cè)翻”等現(xiàn)象；

(2)對比區(qū)Ⅰ及對比區(qū)Ⅱ的塊石鎮(zhèn)壓平臺在臺風過后，大面積出現(xiàn)“移位”、“側(cè)翻”現(xiàn)象，其中最大的塊石重達300 kg；

(3)對比區(qū)Ⅱ的四腳空心消浪塊體斜坡在臺風過后，部分塊體中心空隙發(fā)生堵塞，鎮(zhèn)壓平臺塊石沖入斜坡，對塊體的“腳”產(chǎn)生沖擊破壞，削弱了四腳塊體的消浪能力，也影響了護面外觀；

(4)混凝土半灌塊石技術(shù)”是為了讓塊石間發(fā)揮“嵌固”作用，混凝土含量只占砌體的10%～20%，比混凝土灌砌塊石中混凝土量減少60%～80%，從而使得施工速度快、造價低，同時，加固后的護面結(jié)構(gòu)表面看不到混凝土、50%左右縫隙不灌混凝土而顯得較為生態(tài)自然.

5 結(jié) 語

考慮平陽西灣南片圍涂工程的塊石鎮(zhèn)壓平臺大面積存在“側(cè)翻”、“移位”等失穩(wěn)問題，利用“混凝土半灌塊石技術(shù)”對其進行加固處理.通過實時觀測2017年臺風期間的波浪、潮位等要素，對比分析各區(qū)域臺風前后現(xiàn)場失穩(wěn)狀況，可知在保證護面結(jié)構(gòu)孔隙率的前提下，“混凝土半灌塊石技術(shù)”能夠以少量的混凝土大幅度增加塊石間的“嵌卡力”，從而使散體狀的干砌類塊石形成“以柔克剛”、“協(xié)同抵抗”風浪的整片半剛性護面，能夠大幅提高干砌類塊石護面的抗風浪沖擊能力.

參考文獻：

[1] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T51015—2014海堤工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2014.

[2] 浙江省水利廳.浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定[S/OL].(2010-03-31).https://wenku.baidu.com/view/f56b25f90242a8956bece443.html.

[3] 孫德勇,臧振濤,陳振華,等.嵌固力作用下砌石護面的穩(wěn)定性[J].水運工程,2018(1):211-215.

[4] 陳振華,臧振濤,劉林松,等.混凝土半灌砌石護面結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場試驗研究[C]//中國海洋工程學(xué)會.第十八屆中國海洋(岸)工程學(xué)術(shù)討論會論文集(下冊).北京：海洋出版社，2017.

[5] 陳振華,高 健,金海勝,等.一種半灌混凝土的砌石護面結(jié)構(gòu):中國,ZL201621235228.X[P].2016-11-07.

[6] 胡群革.海濱圍墾造地工程軟基沉降分析[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報,2014,26(3):24-27.

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