海塘工程除險加固技術(shù)

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 1993年第1期 浙江省浙東海塘工程除險加固技術(shù)

浙江省水利管理總站       周驥執(zhí)筆     浙江省海塘分為錢塘江海塘和浙東海塘兩部份，錢塘江海塘位于浙北錢塘江南北兩岸；浙東南沿海直到與福建省交界（包括舟山群島）的海塘，稱為浙東海塘，長約1596公里。本文主要闡述浙東海塘加固中的技術(shù)問題。     建國以前，浙東海塘千瘡百孔。建國初期的1956年8月1日，第12次強臺風(fēng)（風(fēng)力12級以上）在象山登陸，海塘嚴重水毀，全省死亡4295人。五十年代，堵口復(fù)堤，搶修險工一直是水利工作重點。六十年代初浙江省水利廳曾提出浙東海塘加固標準。因標準偏高難以實施。1974年8月14號強臺風(fēng)在三門登陸并與天文高潮相遇，全省沿海的海塘嚴重水毀。  1975年起提出重點整修，因資金缺乏等原因，進展遲緩。從而導(dǎo)致浙東海塘到七十年代末期標準仍普遍偏低，質(zhì)量差，塘身矮小單薄，有些海塘屢建屢毀。接受并總結(jié)這些教訓(xùn)以后，從1980年開始，浙江省水利廳陸續(xù)頒發(fā)了《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》第一；第二冊后（以下簡稱“技術(shù)規(guī)定”一、二冊）按省技術(shù)規(guī)定進行除險加固，使海塘建設(shè)除險加固逐步走上了正軌。本文就10余年來浙東海塘除險加固中有關(guān)技術(shù)問題介紹一些情況。     一、工程標準和塘頂高程     海塘標準，實際是一個經(jīng)濟上是否合理和計算方法是否科學(xué)的問題。一般他說，標準高一些好．可以減少平時維護管理費用，減少因海塘水毀帶來的損失，提高安全度，但必然增加除險加固的建設(shè)投資，現(xiàn)有經(jīng)濟承擔(dān)能力可能不允許，并將增長回收年限，這佯，從經(jīng)濟角度說就不一定合理。反之，降低工程標準，情況亦然。另一方面計算方法是否科學(xué)，也很重要。六十年代至七十年代，浙江省確定塘頂高程的計算方法一般是：     塘頂高程=歷史最高潮位＋10級風(fēng)浪爬高 或 塘頂高程=歷史最高潮位＋（1.5-3.0米）的超高     這種計算方法，存在明顯的缺陷。不區(qū)別海塘保護面積大小，人口多少，經(jīng)濟發(fā)達程度，都用同樣的標準要求。另一方面采用的歷史高潮位的資料系列長短不一，在不同地方的歷史最高潮位，所代表的重現(xiàn)期不同。甚至出現(xiàn)保護面積小但當?shù)貧v史最高潮位很高的現(xiàn)象。同樣，對于波浪爬高，一律用10級(或幾級）風(fēng)力推求，不區(qū)別地理位置，海塘朝向，風(fēng)區(qū)、風(fēng)向、塘型等具體情況，也很難說明其合理性，往往不是偏低不安全，就是偏高造成浪費。實際上波浪爬高值偏低的多，致使塘頂高程不足。     為了更為科學(xué)地確定工程標準和塘頂高程，浙江省水利廳在1980年頒發(fā)的《技術(shù)規(guī)定》第一冊中，做了以下一些規(guī)定：     1．海塘工程按重要性分級: 根據(jù)八十年代初浙江省經(jīng)濟水平，將沿海的海塘劃分為四個等級。劃分的依據(jù)是保護區(qū)面積大小或人口多少，同時考慮保護區(qū)有無重工業(yè)及其它重要設(shè)施等情況?！都夹g(shù)規(guī)定》中等級劃分標準及其相應(yīng)設(shè)計重現(xiàn)期如表一。 表一　?！√痢》帧〖墶”? 級　別 保護范圍及其重要程度 設(shè)計重現(xiàn)期N（年） Ⅰ級海塘 保護范圍很大，失事后對國民經(jīng)濟有巨大影響，如錢塘江北岸海塘 50～100年 Ⅱ級海塘 保護田畝在5.0萬畝以上或人口在5.0萬人以上。 20～50年 Ⅲ級海塘 保護田畝在1.0萬畝以上5.0萬畝以下或人口在1～5萬。 10～20年 Ⅳ級海塘 保護田畝在1.0萬畝以下或人口在1.0萬人以下 10年   　　2.編制全省不同重現(xiàn)期設(shè)計高潮位等值線圖。 　　設(shè)計塘項高程的確定： 　　塘頂高程=設(shè)計頻率高潮位+設(shè)計頻率波浪爬高+安全超高     關(guān)于設(shè)計高潮位的確定，《技術(shù)規(guī)定》對于重要海塘工程，應(yīng)對實測潮位資料單獨做頻率分析確定；當工程所在地點缺乏潮位資料時，應(yīng)提前設(shè)立臨時潮位觀測，利用短期所測潮位資料，通過相關(guān)分析、差比法等方法計算確定。但對于大量的一般性Ⅲ、Ⅳ級海塘工程，都要單獨進行潮位分格確有困難，有些地沒有潮位站。針對這種情況，在制定《技術(shù)規(guī)定》第一冊時，將沿海各個部門（水利、圍墾、海軍、海洋所）的實測潮位資料進行搜集和統(tǒng)計分析，制作出全省從北到南的不同重現(xiàn)期設(shè)計高潮位沿程分布等值線。    　3.按八個方位編制沿海最大風(fēng)速等值線 　　由于實測波浪資料少，波浪資料少，波浪要素采取“以風(fēng)推浪”辦法，設(shè)計風(fēng)速采用與設(shè)計潮位同頻率。為了實用方便，在編制《技術(shù)規(guī)定》時，選用9個海島站及4個緊靠海邊的陸岸站作為基本站，另又選用距海岸較近的15個陸站作為參證站，共28個站。風(fēng)力資料系列均在20年以上，分成8個風(fēng)向組，對其進行年最大風(fēng)速頻率計算，采用皮爾Ⅲ型曲線適線，得出浙江沿海地區(qū)風(fēng)速統(tǒng)計參數(shù)等值線圖。（均折算成海平面以上10米外的風(fēng)速）和年最大風(fēng)速變差系數(shù)等值線圖。各地依此就能較方便地算得設(shè)計風(fēng)速。 　　二、海塘加固斷面結(jié)構(gòu)     浙江沿海最大潮差達8.9米，中、南部海塘地基為軟粘土，承載力一般僅5-8噸/米2左右，加高加固海塘歷來比較困難。要據(jù)當?shù)仫L(fēng)、潮、浪以及地基等特點，沿海群眾在修建海塘中，逐步形成了傳統(tǒng)斷面結(jié)構(gòu)型式。按迎潮面護面材料可分成混凝土或鋼筋混凝土塘，干砌或漿砌石塘和拋石塘等。按幾何外形和受力條件大致分為（1）直立塘，（2）斜坡塘，（3）介于兩者間的混合塘，背水坡一般均為1：1.5--1.3的土塘。這三種塘型的特征、優(yōu)缺點和適用條件列于表二。      塘型 主要優(yōu)缺點 適用條件 直 立 塘 主要優(yōu)點： 　　1.斷面小，占地少，筑塘所需土料??； 　　2.波浪爬高值（壅高）小于斜坡塘； 　　3.加固時對原砌體翻拆和拼寬可獨立進行，受潮浪影響小，并可保護土體免受沖蝕。 當?shù)鼗休d力較高，土料來源少而石料較豐富，塘前水深大（施工時可“石方領(lǐng)先”）宜采用直立塘；原為直立塘因砌面厚度不足或砌體變形，采取分段翻拆拼寬，重新理砌加固；也仍采用直立塘斷面 主要缺點： 　　1.塘身與地基接觸面積小，地基應(yīng)力集中，軟弱地基需處理加固； 　　2.波浪對防護墻動力作用強烈，浪花飛濺，防護墻薄弱部位易變形破壞，維修困難，越浪水體易使塘頂和背水坡沖刷破壞； 　　3.波浪反射形成的底層流速大，易引起塘腳淘刷。 斜 坡 塘 主要優(yōu)點： 　　1.塘身與地基接觸面積大，地基應(yīng)力分散，在軟弱地基上易保持穩(wěn)定； 　　2.對潮浪的沖擊適應(yīng)性好，斜面能消散大部份波浪能量； 　　3.護面結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)簡單，易維修； 當?shù)鼗浫?，土料豐富，塘前水深不大，可采用斜坡塘:原為斜坡塘加固時一般仍為斜坡塘或下斜上陡的單折坡混合式塘。 主要缺點： 　　1.斷面大，占地多，所需土料和勞動力較多； 　　2.波浪爬高值大，外坡1：1.5～1：2時爬高值更大； 　　3.干砌石護面易遭風(fēng)浪破壞，需常維修。 混 合 塘 是斜坡塘和直立式塘的結(jié)合形式，設(shè)計斷面組合得當，可發(fā)揮兩者的優(yōu)點，避免其缺點。如帶平臺的復(fù)式斷面，有利消浪，減少爬高，有利塘身穩(wěn)定，但平臺轉(zhuǎn)角處需特別補強，平臺石方工程量大。 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臺的復(fù)式斷面。平臺入折坡點高程宜置于設(shè)計高潮位或多年平均高潮位附近。     　根據(jù)每種塘型的特點，結(jié)合當?shù)貙嶋H，因地制宜選用。即使同一條海塘，沿塘走向不同，水文、地質(zhì)變化時，也分段設(shè)計，采用不同塘型，對于自然條件惡劣、屢次出險的海塘，除險加固時采用帶平臺的混合式塘型，實踐證明是比較成功的。 　　另外，由于浙江軟土地基沉陷量大，海塘建成初期的一、二年可沉陷1米左右，在海塘斷面設(shè)計時一般都預(yù)留了沉陷量，粘性土地基為塘身的10%；砂性土地基為塘身的5%。 　　三、軟土地基處理 　　浙東海塘地基屬于近代或近期濱海相沉積，分為淤泥質(zhì)亞粘土、淤泥質(zhì)粘土和淤泥三類。其特點是含水量高，透水性小，承載力低，沉降量大。 　　軟土地基筑塘，易發(fā)生沉滑事故，不均勻沉陷，引起塘身外傾或內(nèi)傾，有的出現(xiàn)側(cè)向擠出。其破壞往往以下沉為主，滑移為輔。常用的軟基加固方法有鎮(zhèn)壓層法、砂碎石墊層法、砂井法和土工布鋪墊法。在浙江省的具體條件下，大量采用的是鎮(zhèn)壓層法。當?shù)躺砀叨炔怀^極限高度二倍時，采用鎮(zhèn)壓層法較有把握，其厚為塘身高度的1/3～1/4，寬度為塘身高的2～3倍，港灣地區(qū)波浪較小，可用土方填筑鎮(zhèn)壓層。老塘加固培厚，其拼寬的地基，多采用砂石墊層法，厚度O.5～1．O米，寬度應(yīng)比塘身底寬大0．5～1米。重要海塘工程施工中按設(shè)計的施工順序與施工速率控制。采用邊樁位移觀測時，邊腳樁位移還率在3～5毫米／日以內(nèi)較為正常，位移達5毫米／日左右時．停止加荷，然后問歇填土。做地基沉陷觀測時，地基未做處理情況下，日沉降量在10毫米以內(nèi)較為安全。并以兩種觀測互相配合。浙江沿海地區(qū)群眾采用“薄層輪加”的辦法施人，一般分層厚度0．3～O.5米，間歇時間不小于15天。     四、施工質(zhì)量     浙東海塘長1596公里，分屬34個縣（市、區(qū)），中渡甬江、靈江、甌江、飛云江和鰲江等河流，由于塘線長。工程量大。同時，海塘除險加固經(jīng)費以當?shù)刎斄腿罕娮曰I為上，施工管理力量薄弱，很容易造成質(zhì)量問題，影響工程安全。根據(jù)十年的實踐，施工中容易出現(xiàn)的問題，有以下幾點。     1．干砌石的砌筑質(zhì)量差，容易松動變形破壞。     首先是塊石本身缺陷，塊體小，存有片石、風(fēng)化石；承建單位偷丁減料，重力式防護墻有的僅內(nèi)外表層理砌，中間亂石填肚，有的僅外海側(cè)”單層理砌，內(nèi)部亂石堆填；沒有相互搭接咬緊，孔隙率人。整休性差等。針對這方面問題，各地已經(jīng)采取一些加強責(zé)任制的措施。施工時期重視施工隊伍的選擇；在技術(shù)管理上注意選料、砌筑、險收等環(huán)節(jié)；對風(fēng)化嚴重的料場，石料經(jīng)、選擇才能上塘；加固老海塘，凡原來的砌石體已變形的一委翻拆到平均高潮位附近，爾后新老砌、將原砌體翻拆到于均高潮位附近，爾后新老砌體同步上升連成一體；斜坡塘的干砌石護坡，采用豎砌法；以保證護面厚度；配備專職施工人員定期檢查驗收，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不合格的返工重做。     2．過渡墊層     七十年代前建成的海塘，砌石體與土體之間大部沒設(shè)過渡層、或者質(zhì)量不合格。在潮浪蕩滌、雨水和越浪水體沖刷下，日長月久，砌石體與土體接合部位形成空洞，土石分離，成為險工隱患，接受這些教訓(xùn)之后，在《技術(shù)規(guī)定》中特另強調(diào)應(yīng)設(shè)置過渡墊層，老塘除險加固時，也應(yīng)重新設(shè)置過渡墊層。海塘工程的過渡墊層，一般采用砂礫石和開采塊石的石渣材料，并加大過渡墊層的厚度以提高其消能反濾效果，其厚度護坡式不小于40厘米，重力式防護墻0.6～1．0米。與地墊層材料困難的，采用無紡?fù)凉げ继娲?    3．塘閘間的聯(lián)接     1989年23號臺風(fēng)在浙江省的臺州地區(qū)溫嶺縣松門鎮(zhèn)登陸，椒江口發(fā)生特高潮位。災(zāi)后現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，臺州地區(qū)沿海有39座水閘遭到破壞。由于水閘損壞造成海塘決口，加劇了災(zāi)情。以對39座水閘損壞原因作了分析，一種是水閘本身的標準低，防滲防沖注意不夠；另一種是閘邊墩與塘身沒有可靠聯(lián)接，有的沒設(shè)刺墻，有的刺墻大短，有的刺墻與塘身脫開，產(chǎn)生接觸沖刷和繞滲破壞。目前海塘與水閘聯(lián)接問題已引起重視，凡一條海塘加固時，一并處理好水閘的安全問題。