促淤型砂肋軟體排在海堤坡腳防護(hù)中的實(shí)踐研究

吳玉生 吳 雷 季偉偉 王 濤

（1.江蘇省通州灣江海聯(lián)動(dòng)開發(fā)示范區(qū)建設(shè)交通局，江蘇 南通 226006；2.南通港集團(tuán)建設(shè)投資有限公司，江蘇 南通226006；3.南通市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南通 226006）

0 引言

通州灣港區(qū)開發(fā)由南部港區(qū)起步，目前已通過腰沙圍墾通道工程、一港池匡圍工程初步形成規(guī)劃港池輪廓。同時(shí)北部港區(qū)與已建腰沙圍墾通道的新出?？谝黄谕ǖ拦こ陶谑┕ぶ?。由于工程建設(shè)對(duì)砂石料、建材需求較大，已有腰沙圍墾通道的運(yùn)輸能力有限，因此為滿足港區(qū)開發(fā)建設(shè)的需要，緩解公路集疏運(yùn)能力的不足，節(jié)省港口建設(shè)成本，考慮在腰沙圍墾一期通道南北向通道南端、小廟洪水道北側(cè)建設(shè)施工基地，即通州灣腰沙起步開發(fā)施工基地工程。通州灣腰沙起步開發(fā)施工基地的建設(shè)改變了原有海域的水流走向，水流不可避免地會(huì)對(duì)工程造成沖刷，對(duì)外表面造成侵蝕，進(jìn)而影響整體的穩(wěn)定及安全，因此海堤的防護(hù)作用顯得尤為重要。在海堤工程中，坡腳部分容易被海水沖刷，危害堤防整體穩(wěn)定，尤其在汛期更顯著[1]。

該工程開工建設(shè)后，經(jīng)灘面觀測，西北角處灘面出現(xiàn)沖刷導(dǎo)致的深槽，局部深槽處最深已達(dá)到-8.00m（八五國家高程基準(zhǔn)）。因此考慮在西北角位置設(shè)置措施性土質(zhì)丁壩促淤及砂肋軟體排護(hù)面，確保新建海堤外側(cè)灘面安全并達(dá)到預(yù)計(jì)促淤效果，如圖1 所示。

圖1 工程區(qū)域

1 工程現(xiàn)場概況

1.1 海堤概況

該工程陸域位于規(guī)劃一港池西側(cè)、已建腰沙圍墾一期通道南端，將已建腰沙圍墾一期通道南北向通道作為東側(cè)陸域邊界，通過新建南側(cè)、西側(cè)、北側(cè)圍堤，并吹填造地形成施工基地建設(shè)用地，用?？偯娣e約30 萬m2，圍堤全線總長度1420m，外圍海堤平均起圍高程-2.5m，吹填陸域高程至3.0m，同時(shí)新建腰沙圍墾一期通道南北向通道實(shí)施全幅7m寬瀝青路面，長度約4.96km。

1.2 工程問題

該工程開始建設(shè)后，將沿一期通道流動(dòng)的沿堤流走向調(diào)整為順該工程堤腳走向，西南角由于已建丁壩作用，因此整體灘面形式較好；海堤西北角由于用海紅線問題，因此無法在此處布置永久性的保灘措施（丁壩）。

但海堤工程實(shí)施完成后，其潮流動(dòng)力條件發(fā)生了不均勻變化，出現(xiàn)了沿堤流、繞堤流和灘間橫流[2]，海堤坡腳經(jīng)漲退潮的不斷沖刷，堤身及附近灘面均發(fā)生了改變。且隨著工程的不斷推進(jìn)，水流流向不斷被調(diào)整，海堤結(jié)構(gòu)存在被破壞的可能性?，F(xiàn)經(jīng)灘面觀測，西北角處灘面出現(xiàn)沖刷導(dǎo)致的深槽，局部深槽處最深已達(dá)-8.00m（八五國家高程基準(zhǔn)）。西北角現(xiàn)場情況如圖2 所示。

圖2 西北角現(xiàn)場照片

海堤地基土層多為具有高流動(dòng)性的砂性土，在水流沖刷的外力作用下，其孔隙水應(yīng)力增大，有效應(yīng)力降低，會(huì)影響地層的穩(wěn)定。而砂肋軟體排由于其在韌性、強(qiáng)度及厚度上的優(yōu)越性[3]，能適應(yīng)海域施工的復(fù)雜條件，因此。本次設(shè)計(jì)考慮在西北角位置設(shè)置措施性土質(zhì)丁壩促淤及砂肋軟體排護(hù)面，確保新建海堤外側(cè)灘面的安全[4]。

1.3 地質(zhì)資料

圍堤及吹填區(qū)表層為灰黃～灰色粉細(xì)砂，飽和，松散～稍密，局部呈中密狀，砂質(zhì)較純，顆粒較均勻，層厚一般為8.1m～13.9m，平均厚度為12.0m。一港池吹填土表層為灰黃色～灰色粉砂，飽和，松散，局部稍密，砂質(zhì)較純，顆粒較均勻，厚度3.6m～10.5m，平均厚度為5.7m。

1.4 促淤型砂肋軟體排

砂肋直徑50cm，沖灌粉細(xì)砂，充盈度80%，排體邊緣2m 內(nèi)砂肋加密，砂肋采用丁縫法縫接。

排體選用380g/m2復(fù)合土工布制作（由150g/m2無紡?fù)凉げ寂c230g/m2機(jī)織土工布復(fù)合），砂肋選用200g/m2的編織布制作，加筋帶選用寬度50mm 的丙綸加筋帶。

單塊排體寬度可由施工單位根據(jù)設(shè)備、工況作適當(dāng)調(diào)整。

按圖3 中的間距將丙綸加筋帶連同砂肋袋用35 支三股錦綸線縫織在380g/m2復(fù)合土工布上，軟體排采用包縫法縫制拼接，拼縫強(qiáng)度不小于強(qiáng)度的80%，軟體排排布選料時(shí)考慮3%的縫制收縮余量。

圖3 促淤型砂肋軟體排（單位：cm）

相鄰排體現(xiàn)場鋪設(shè)后的最小搭接寬度不得小于2m，并要求接縫處現(xiàn)場縫制。

鋪設(shè)10 條壓載條袋，規(guī)格為0.5m×3.5m×30m，間距按平均分布。

2 監(jiān)測設(shè)備及測線布設(shè)

為了解施工區(qū)海堤堤腳水深沖刷變化情況、確保海堤安全施工，對(duì)通州灣腰沙起步開發(fā)施工基地工程海堤底腳海側(cè)50m～200m 范圍水深變化情況進(jìn)行監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)間為2021 年10 月27 日—2022 年6 月5 日。本工程主要投入的儀器設(shè)備有RTK-DGS、測深儀和聲速儀等。取西北角附近共計(jì)5 條測線，以堤身附近作為起點(diǎn)，每隔20m 布置測點(diǎn)，共計(jì)25個(gè)測點(diǎn)，測量西北角附近不同時(shí)間點(diǎn)水深變化情況。測線及測點(diǎn)布置如圖4 所示。

圖4 測線布置圖

3 監(jiān)測結(jié)果與分析

3.1 測量結(jié)果

測線1 附近水深隨時(shí)間變化關(guān)系如圖5 所示，堤身附近水深較遠(yuǎn)堤位置更深。沙肋軟體排建成后，曲線呈現(xiàn)明顯上升趨勢，并逐漸趨于穩(wěn)定，水深降低，淤積深度增加。

圖5 測線1

測線2 附近水深隨時(shí)間變化關(guān)系如圖6 所示。與測線1相同，堤身附近水深較遠(yuǎn)堤位置更深。沙肋軟體排建成后曲線趨于平緩，未出現(xiàn)明顯沖刷現(xiàn)象，局部區(qū)域呈現(xiàn)輕微上升趨勢。

圖6 測線2

測線3 附近水深隨時(shí)間變化關(guān)系如圖7 所示。沙肋軟體排建成后，曲線呈現(xiàn)先降低、后上升趨勢。

圖7 測線3

測線4、5 附近水深隨時(shí)間變化關(guān)系如圖8、圖9 所示，均表現(xiàn)為近堤位置水深比遠(yuǎn)堤位置更淺且水深差距較大。沙肋軟體排建成后，近堤位置水深曲線比遠(yuǎn)堤位置上升趨勢更明顯，淤積效果更好。

圖8 測線4

3.2 水深與時(shí)間關(guān)系

促淤型砂肋軟體排附近水深隨時(shí)間變化關(guān)系如圖6～圖9 所示。從測線1～5 可以看出，堤身西北角附近大部分海域在前期出現(xiàn)了明顯的沖刷現(xiàn)象，水深最大變化可達(dá)5m 左右，最大值出現(xiàn)在測線2 的d=0m 處，僅測線4、5 中近堤位置未出現(xiàn)沖刷現(xiàn)象。在措施性土質(zhì)丁壩促淤及砂肋軟體排護(hù)面建設(shè)完成后，海堤西北角附近水深均明顯變小，即淤積深度不斷增加，促淤效果較好。

偏北區(qū)域（測線1～2）在175d 以后所有曲線均逐漸趨于平穩(wěn)，淤積深度變化波動(dòng)相對(duì)較小。而西北角偏西區(qū)域（測線4～5）近堤范圍對(duì)應(yīng)的曲線依舊處于持續(xù)上升狀態(tài)，淤積深度不斷增加。西北角偏北區(qū)域淤積過程結(jié)束比偏西部分結(jié)束更早，但該區(qū)域遠(yuǎn)堤范圍水深未明顯降低，甚至升高。而偏北區(qū)域的遠(yuǎn)堤范圍變化幅度雖較小，但水深仍呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，即軟體排對(duì)該區(qū)域具有一定的促淤效果，促淤性砂肋軟體排對(duì)偏北區(qū)域影響范圍比其他區(qū)域更廣。這可能是因?yàn)槎卧趬紊砗蟮囊欢ǚ秶鷥?nèi)具有壅高壩前水位及減緩壩后流速的作用，所以丁壩具有壩前和壩后2 個(gè)淤積區(qū)，在較快水流沖刷下，偏西區(qū)域的遠(yuǎn)堤位置仍出現(xiàn)被沖刷的情況。在砂肋軟體排的削減能量沖擊及反濾的共同作用下，偏西區(qū)域的近堤位置淤積現(xiàn)象開始明顯，偏北區(qū)域在砂肋軟體排及措施性土質(zhì)丁壩促淤的作用下，水流流速進(jìn)一步下降，淤積范圍增大且較為明顯。

3.3 不同位置水深變化情況

由圖6～圖9 可知，距堤0m～40m 的水深隨時(shí)間變化曲線波動(dòng)比距堤40m～80m 的更大，促淤效果在堤身附近更明顯，最大淤積深度在測量時(shí)間段內(nèi)可達(dá)2.0m 以上。

水深整體隨時(shí)間變化逐漸降低，在0m～40m 的近堤區(qū)域，偏西區(qū)域比偏北區(qū)域水深更淺，淤積深度更高。而在40m～80m 的遠(yuǎn)堤區(qū)域則恰好相反，偏北區(qū)域比偏西區(qū)域水深較淺。

3.4 不同距離水深變化情況

由圖6～圖9 可知，遠(yuǎn)堤淤積深度穩(wěn)定，近堤位置淤積深度變化相對(duì)較大，隨著測線的延伸，水深增加，淤積高度降低。偏北區(qū)域（測線1、2）及拐角區(qū)域（測線3）的淤積深度隨測線的延伸逐漸趨于穩(wěn)定，而偏西區(qū)域（測線4、5）隨測線的延伸逐漸降低且變化幅度較大。

圖9 測線5

4 工程效果

措施性土質(zhì)丁壩及促淤性砂肋軟體排護(hù)面建設(shè)完成后，原沖刷現(xiàn)象得到明顯改善。軟體排覆蓋在水流沖刷較明顯處，在防止灘面砂土被沖刷掉的同時(shí)，也削弱了水流的沖擊力，在西北角附近形成了較為明顯的促淤效果，整體灘面形勢較好，對(duì)海堤堤腳形成了有效防護(hù)。

5 結(jié)論

該文以促淤性砂肋軟體排護(hù)面及措施性土質(zhì)丁壩相結(jié)合的形式對(duì)海堤堤腳進(jìn)行防護(hù)，削弱了海水對(duì)堤腳的沖刷效應(yīng)，確保了海堤整體的安全。對(duì)西北角不同位置水深的測量及分析，研究促淤性砂肋軟體排促淤保灘的效果，主要結(jié)論如下：1）促淤及砂肋軟體排護(hù)面建設(shè)完成后，西北角附近水深均明顯變小，淤積深度不斷增加。2）在砂肋軟體排的削減能量沖擊及反濾的共同作用下，水流流速進(jìn)一步下降，促淤范圍逐漸變大。3）近堤范圍內(nèi)水深隨時(shí)間變化曲線波動(dòng)比遠(yuǎn)堤更大，促淤效果在堤身附近更明顯，最大淤積深度在測量時(shí)間段內(nèi)可達(dá)2.0m 以上。