海塘工程除险加固技术

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 1993年第1期 浙江省浙东海塘工程除险加固技术

浙江省水利管理总站       周骥执笔     浙江省海塘分为钱塘江海塘和浙东海塘两部份，钱塘江海塘位于浙北钱塘江南北两岸；浙东南沿海直到与福建省交界（包括舟山群岛）的海塘，称为浙东海塘，长约1596公里。本文主要阐述浙东海塘加固中的技术问题。     建国以前，浙东海塘千疮百孔。建国初期的1956年8月1日，第12次强台风（风力12级以上）在象山登陆，海塘严重水毁，全省死亡4295人。五十年代，堵口复堤，抢修险工一直是水利工作重点。六十年代初浙江省水利厅曾提出浙东海塘加固标准。因标准偏高难以实施。1974年8月14号强台风在三门登陆并与天文高潮相遇，全省沿海的海塘严重水毁。  1975年起提出重点整修，因资金缺乏等原因，进展迟缓。从而导致浙东海塘到七十年代末期标准仍普遍偏低，质量差，塘身矮小单薄，有些海塘屡建屡毁。接受并总结这些教训以后，从1980年开始，浙江省水利厅陆续颁发了《浙江省海塘工程技术规定》第一；第二册后（以下简称“技术规定”一、二册）按省技术规定进行除险加固，使海塘建设除险加固逐步走上了正轨。本文就10余年来浙东海塘除险加固中有关技术问题介绍一些情况。     一、工程标准和塘顶高程     海塘标准，实际是一个经济上是否合理和计算方法是否科学的问题。一般他说，标准高一些好．可以减少平时维护管理费用，减少因海塘水毁带来的损失，提高安全度，但必然增加除险加固的建设投资，现有经济承担能力可能不允许，并将增长回收年限，这佯，从经济角度说就不一定合理。反之，降低工程标准，情况亦然。另一方面计算方法是否科学，也很重要。六十年代至七十年代，浙江省确定塘顶高程的计算方法一般是：     塘顶高程=历史最高潮位＋10级风浪爬高 或 塘顶高程=历史最高潮位＋（1.5-3.0米）的超高     这种计算方法，存在明显的缺陷。不区别海塘保护面积大小，人口多少，经济发达程度，都用同样的标准要求。另一方面采用的历史高潮位的资料系列长短不一，在不同地方的历史最高潮位，所代表的重现期不同。甚至出现保护面积小但当地历史最高潮位很高的现象。同样，对于波浪爬高，一律用10级(或几级）风力推求，不区别地理位置，海塘朝向，风区、风向、塘型等具体情况，也很难说明其合理性，往往不是偏低不安全，就是偏高造成浪费。实际上波浪爬高值偏低的多，致使塘顶高程不足。     为了更为科学地确定工程标准和塘顶高程，浙江省水利厅在1980年颁发的《技术规定》第一册中，做了以下一些规定：     1．海塘工程按重要性分级: 根据八十年代初浙江省经济水平，将沿海的海塘划分为四个等级。划分的依据是保护区面积大小或人口多少，同时考虑保护区有无重工业及其它重要设施等情况。《技术规定》中等级划分标准及其相应设计重现期如表一。 表一　海　塘　分　级　表 级　别 保护范围及其重要程度 设计重现期N（年） Ⅰ级海塘 保护范围很大，失事后对国民经济有巨大影响，如钱塘江北岸海塘 50～100年 Ⅱ级海塘 保护田亩在5.0万亩以上或人口在5.0万人以上。 20～50年 Ⅲ级海塘 保护田亩在1.0万亩以上5.0万亩以下或人口在1～5万。 10～20年 Ⅳ级海塘 保护田亩在1.0万亩以下或人口在1.0万人以下 10年   　　2.编制全省不同重现期设计高潮位等值线图。 　　设计塘项高程的确定： 　　塘顶高程=设计频率高潮位+设计频率波浪爬高+安全超高     关于设计高潮位的确定，《技术规定》对于重要海塘工程，应对实测潮位资料单独做频率分析确定；当工程所在地点缺乏潮位资料时，应提前设立临时潮位观测，利用短期所测潮位资料，通过相关分析、差比法等方法计算确定。但对于大量的一般性Ⅲ、Ⅳ级海塘工程，都要单独进行潮位分格确有困难，有些地没有潮位站。针对这种情况，在制定《技术规定》第一册时，将沿海各个部门（水利、围垦、海军、海洋所）的实测潮位资料进行搜集和统计分析，制作出全省从北到南的不同重现期设计高潮位沿程分布等值线。    　3.按八个方位编制沿海最大风速等值线 　　由于实测波浪资料少，波浪资料少，波浪要素采取“以风推浪”办法，设计风速采用与设计潮位同频率。为了实用方便，在编制《技术规定》时，选用9个海岛站及4个紧靠海边的陆岸站作为基本站，另又选用距海岸较近的15个陆站作为参证站，共28个站。风力资料系列均在20年以上，分成8个风向组，对其进行年最大风速频率计算，采用皮尔Ⅲ型曲线适线，得出浙江沿海地区风速统计参数等值线图。（均折算成海平面以上10米外的风速）和年最大风速变差系数等值线图。各地依此就能较方便地算得设计风速。 　　二、海塘加固断面结构     浙江沿海最大潮差达8.9米，中、南部海塘地基为软粘土，承载力一般仅5-8吨/米2左右，加高加固海塘历来比较困难。要据当地风、潮、浪以及地基等特点，沿海群众在修建海塘中，逐步形成了传统断面结构型式。按迎潮面护面材料可分成混凝土或钢筋混凝土塘，干砌或浆砌石塘和抛石塘等。按几何外形和受力条件大致分为（1）直立塘，（2）斜坡塘，（3）介于两者间的混合塘，背水坡一般均为1：1.5--1.3的土塘。这三种塘型的特征、优缺点和适用条件列于表二。      塘型 主要优缺点 适用条件 直 立 塘 主要优点： 　　1.断面小，占地少，筑塘所需土料省； 　　2.波浪爬高值（壅高）小于斜坡塘； 　　3.加固时对原砌体翻拆和拼宽可独立进行，受潮浪影响小，并可保护土体免受冲蚀。 当地基承载力较高，土料来源少而石料较丰富，塘前水深大（施工时可“石方领先”）宜采用直立塘；原为直立塘因砌面厚度不足或砌体变形，采取分段翻拆拼宽，重新理砌加固；也仍采用直立塘断面 主要缺点： 　　1.塘身与地基接触面积小，地基应力集中，软弱地基需处理加固； 　　2.波浪对防护墙动力作用强烈，浪花飞溅，防护墙薄弱部位易变形破坏，维修困难，越浪水体易使塘顶和背水坡冲刷破坏； 　　3.波浪反射形成的底层流速大，易引起塘脚淘刷。 斜 坡 塘 主要优点： 　　1.塘身与地基接触面积大，地基应力分散，在软弱地基上易保持稳定； 　　2.对潮浪的冲击适应性好，斜面能消散大部份波浪能量； 　　3.护面结构及施工技术简单，易维修； 当地基软弱，土料丰富，塘前水深不大，可采用斜坡塘:原为斜坡塘加固时一般仍为斜坡塘或下斜上陡的单折坡混合式塘。 主要缺点： 　　1.断面大，占地多，所需土料和劳动力较多； 　　2.波浪爬高值大，外坡1：1.5～1：2时爬高值更大； 　　3.干砌石护面易遭风浪破坏，需常维修。 混 合 塘 是斜坡塘和直立式塘的结合形式，设计断面组合得当，可发挥两者的优点，避免其缺点。如带平台的复式断面，有利消浪，减少爬高，有利塘身稳定，但平台转角处需特别补强，平台石方工程量大。 塘前涂低水深，波浪，塘身高大于5米，一般宜用混合式塘型或有消浪平台的复式断面。平台入折坡点高程宜置于设计高潮位或多年平均高潮位附近。     　根据每种塘型的特点，结合当地实际，因地制宜选用。即使同一条海塘，沿塘走向不同，水文、地质变化时，也分段设计，采用不同塘型，对于自然条件恶劣、屡次出险的海塘，除险加固时采用带平台的混合式塘型，实践证明是比较成功的。 　　另外，由于浙江软土地基沉陷量大，海塘建成初期的一、二年可沉陷1米左右，在海塘断面设计时一般都预留了沉陷量，粘性土地基为塘身的10%；砂性土地基为塘身的5%。 　　三、软土地基处理 　　浙东海塘地基属于近代或近期滨海相沉积，分为淤泥质亚粘土、淤泥质粘土和淤泥三类。其特点是含水量高，透水性小，承载力低，沉降量大。 　　软土地基筑塘，易发生沉滑事故，不均匀沉陷，引起塘身外倾或内倾，有的出现侧向挤出。其破坏往往以下沉为主，滑移为辅。常用的软基加固方法有镇压层法、砂碎石垫层法、砂井法和土工布铺垫法。在浙江省的具体条件下，大量采用的是镇压层法。当堤身高度不超过极限高度二倍时，采用镇压层法较有把握，其厚为塘身高度的1/3～1/4，宽度为塘身高的2～3倍，港湾地区波浪较小，可用土方填筑镇压层。老塘加固培厚，其拼宽的地基，多采用砂石垫层法，厚度O.5～1．O米，宽度应比塘身底宽大0．5～1米。重要海塘工程施工中按设计的施工顺序与施工速率控制。采用边桩位移观测时，边脚桩位移还率在3～5毫米／日以内较为正常，位移达5毫米／日左右时．停止加荷，然后问歇填土。做地基沉陷观测时，地基未做处理情况下，日沉降量在10毫米以内较为安全。并以两种观测互相配合。浙江沿海地区群众采用“薄层轮加”的办法施人，一般分层厚度0．3～O.5米，间歇时间不小于15天。     四、施工质量     浙东海塘长1596公里，分属34个县（市、区），中渡甬江、灵江、瓯江、飞云江和鳌江等河流，由于塘线长。工程量大。同时，海塘除险加固经费以当地财力和群众自筹为上，施工管理力量薄弱，很容易造成质量问题，影响工程安全。根据十年的实践，施工中容易出现的问题，有以下几点。     1．干砌石的砌筑质量差，容易松动变形破坏。     首先是块石本身缺陷，块体小，存有片石、风化石；承建单位偷丁减料，重力式防护墙有的仅内外表层理砌，中间乱石填肚，有的仅外海侧”单层理砌，内部乱石堆填；没有相互搭接咬紧，孔隙率人。整休性差等。针对这方面问题，各地已经采取一些加强责任制的措施。施工时期重视施工队伍的选择；在技术管理上注意选料、砌筑、险收等环节；对风化严重的料场，石料经、选择才能上塘；加固老海塘，凡原来的砌石体已变形的一委翻拆到平均高潮位附近，尔后新老砌、将原砌体翻拆到于均高潮位附近，尔后新老砌体同步上升连成一体；斜坡塘的干砌石护坡，采用竖砌法；以保证护面厚度；配备专职施工人员定期检查验收，发现质量不合格的返工重做。     2．过渡垫层     七十年代前建成的海塘，砌石体与土体之间大部没设过渡层、或者质量不合格。在潮浪荡涤、雨水和越浪水体冲刷下，日长月久，砌石体与土体接合部位形成空洞，土石分离，成为险工隐患，接受这些教训之后，在《技术规定》中特另强调应设置过渡垫层，老塘除险加固时，也应重新设置过渡垫层。海塘工程的过渡垫层，一般采用砂砾石和开采块石的石渣材料，并加大过渡垫层的厚度以提高其消能反滤效果，其厚度护坡式不小于40厘米，重力式防护墙0.6～1．0米。与地垫层材料困难的，采用无纺土工布替代。     3．塘闸间的联接     1989年23号台风在浙江省的台州地区温岭县松门镇登陆，椒江口发生特高潮位。灾后现场调查发现，台州地区沿海有39座水闸遭到破坏。由于水闸损坏造成海塘决口，加剧了灾情。以对39座水闸损坏原因作了分析，一种是水闸本身的标准低，防渗防冲注意不够；另一种是闸边墩与塘身没有可靠联接，有的没设刺墙，有的刺墙大短，有的刺墙与塘身脱开，产生接触冲刷和绕渗破坏。目前海塘与水闸联接问题已引起重视，凡一条海塘加固时，一并处理好水闸的安全问题。