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海堤工程是沿海防御風暴潮的重要工程,是確保沿海人民生命財產安全的重要保障。但海堤土質多為沙性,極易沖刷,而且土質含鹽堿量較高,植物難以生長,很難形成生物防護體系。一到汛期,堤防表面就會被沖刷出大量的雨淋溝,坡腳位置也容易被海水掏刷,嚴重威脅到工程和沿岸的安全。所以,做好海堤防護與除險加固,確保工程安全是當務之急。
一、海堤的設計標準
海堤的設計標準直接關系到海堤的安全和投資,是海堤設計的關鍵。海堤的設計標準包括設計潮(水)位、設計波浪和設計風速的標準。提高設計標準,要海堤進行徹底的除險加固,就必須按有關規范確定海堤設計標準,包括海堤堤項高程和結構設計標準。水利部《海堤工程設計規范》(SL435—2008)規定:設計波浪和設計風速的重現期宜采用與設計高潮(水)位相同的重現期,如采用其他設計標準,須經分析論證。但也是基本都持同頻遭遇的設計觀點。
在具體設計時,對海堤的設計標準還應靈活把握。對遭受潮(洪)水災害或失事后損失巨大,影響十分嚴重的海堤工程,防潮(洪)標準可適當提高;對遭受潮(洪)水災害或失事后損失和影響較小的海堤工程,防潮(洪)標準可適當降低。以下情況,可適當考慮降低海堤的防潮(洪)標準:
a、位于淤積型海岸帶的海堤工程,海堤的建設是逐步向外推進的,其工程等別可適當降低;
b、堤內是水產養殖區的,由于風暴潮持續時間不長,越浪水量有限,可采用較低的設計重現期;
c、設有二、三線海堤的(如一些圍墾工程),如二、三線海堤基本完好,防潮(洪)標準可適當降低;
d、建在軟基上的海堤工程,由于軟基的影響,海堤不可能建得太高,在工程等別一定的情況下,可采用較低的設計重現期。
一般海堤擋潮標準設計應滿足:
堤頂高程=設計潮水位H+波浪爬高R+安全超高A
設計潮水位按頻率進行分析后取用相應的頻率水位。
二、海堤的防護措施
對海堤防護的措施一般包括:邊坡防護、坡腳防護、堤頂防護和生物防護等。
(一)邊坡防護
海堤工程施工由于臨海就近取土,所以土質多為沙性貝殼土,極易被雨水沖刷,嚴重影響工程安全,應對海堤內坡采用密植皮護坡,坡腳還應建筑一道砼或漿砌石齒墻。若內坡有水的還應對設計水位以下的邊坡采用砼或漿砌石護坡,防止風浪侵蝕壩體。海堤外坡,由于經常受到臺風巨浪的襲擊,應在邊坡鋪一層土工布然后再用砼或漿砌石護坡,坡腳要建筑一道砼齒墻,深度不應小于lm,并在外坡腳堆石籠,以減輕風浪對坡腳及邊坡的沖擊。
(二)坡腳防護
海堤工程設計中,海堤迎水坡坡腳處往往會設干拋石,塊徑一般30cm~50cm。經實地考察觀測,發現只用大塊徑塊石效果并不十分理想,因為在塊與塊之間,留有很多的空隙,漲潮時,海水很容易通過空隙進入而掏刷坡腳,造成坡腳土流失,最終使拋石下沉而逐漸失去防護作用。坡腳防護可采取大小塊石搭配的方式進行拋擲,即30cm~50cm塊石與10cm~15cm塊石混合使用,在大塊石空隙之間,用小塊石填堵,使所有塊石有完好的粘結性,形成一個整體,盡可能地減少塊石之間的空隙,以阻止海水進入,避免對大堤坡腳掏刷,真正起到保護坡腳的作用。
(三)堤頂防護
在海堤堤頂鋪設過厚的碎石效果并不理想。由于碎石鋪設過厚,很難使碎石與下部土體完好結合,致使碎石懸浮表面,不僅會增加工程費用,而且影響搶險車輛通行。此外,過厚的碎石還會吸收大量雨水,使雨水下滲而對堤頂及堤身造成損害。如果堤頂不平,造成吸收的雨水集中下滲,則很容易在堤頂出現“漏斗”,嚴重影響工程安全。經觀測試驗,發現在堤頂鋪設5cm~8cm厚的碎石效果較好,這樣碎石很容易與下部土體形成一體,不但節約大量材料,而且能取得很好的防護效果。
(四)紅樹林防護帶
由于海堤土質含鹽堿量較高,一般植物難以生長(如普通草類及紫穗槐等),所以,必須選取耐鹽堿的植物,在迎水坡及堤肩栽植,形成良好的生物防護體系。紅樹林耐鹽堿性好,存活能力極強,適宜生長在有潮水漲落的泥沙性土質上,即漲潮后被淹沒,落潮后露出水面,非常適合在海堤迎水坡及堤肩栽植。實際證明,種植紅樹林是對海堤進行生物防護行之有效的好方法。
三、除險加固技術
(一)消浪防沖
建立消浪防沖結構。海浪沖擊是危及海堤安全的主要因素,建立完好的消浪防沖結構是抵消海浪沖擊的有效措施,消浪結構不僅能削減波浪的爬高,降低堤頂高程,而且能減輕海浪對堤身主體結構的沖擊力。
(二)防滲補強
堤基防滲及除險加固的主要措施有:臨水面防滲鋪蓋、垂直防滲、背水面壓載、排水減壓井等。
臨水面防滲鋪蓋包括:粘土鋪蓋(要選擇防滲性能較好的粘性土,滲透系數應小于lxl0-5cm/s,鋪蓋應采用不等厚形式)和土工膜鋪蓋(應注意土工膜間相鄰的搭接質量,膜下應鋪設5-15cm厚的砂土作墊層,防止鋪膜時破裂)。
垂直防滲:主要包括“高壓旋噴、高壓定噴、射水法混凝土防滲墻、深層攪拌法、混凝土沉模防滲墻、薄壁開槽混凝土防滲墻”等,可根據基礎的實際情況,進行經濟技術指標分析后合理選用防滲加固技術。
背水坡壓載:當沒有必要采用封閉式垂直防滲墻或其造價太高時,可以采用背水坡壓載方法,防止堤基滲流對表土層的滲透破壞。如果所需要壓載太長,則應考慮與減壓井聯合使用的辦法。。
減壓井:減壓井比較適用于表土層和透水層均較厚的雙層堤基、多層堤基及含水層成層性顯著或透鏡體較多的地基。
(三)地基加固
為確保海堤工程安全必須先解決地基加固問題。近年來海堤地基加固除了以往常用的振沖法和強夯法外,還推廣擠密砂樁法和排水固結法等加固方法。
(四)水閘除險加固
a、水閘下游沖刷破壞處理措施。水閘下游沖刷破壞是海堤水閘普遍存在的一個主要工程問題,通過多年來工程實踐,已經形成一整套有效的處理措施。
b、閘基加固。閘基存在的工程問題主要有兩大類:軟基礎沉陷引起閘基沉降;閘基滲流造成閘室淘空。
閘基沉降處理:對已建水閘閘基沉降控制的最有效的處理措施是采用高壓旋噴灌漿處理。
閘室淘空處理:首先對水閘上游進行防滲處理(如設置水平鋪蓋或垂直防滲控制閘基滲流),然后再對閘室進行灌漿處理。
c、鋼筋混凝土碳化處理。目前采用的方法主要有兩種:對受到局部碳化,但還未影響到結構受力的鋼筋混凝土,采用表面涂刷防腐材料(蠟浸混凝土或乳化環氧砂漿)處理;對新建工程或需要更新的鋼筋混凝土,采用HPC混凝土代替普通混凝土處理。
蠟浸混凝土防腐。利用工業石蠟,通過一定工藝制成具有一定粒徑與級配的蠟珠,將這些蠟珠按一定比例摻入水泥砂漿或混凝土中,覆蓋在混凝土外表面作為保護層。
乳化環氧砂漿防腐。該材料中的環氧聚合物能在較短時間內形成致密的膜狀網絡結構,而水泥等無機材料在較長時間內與乳化環氧砂漿中的水分產生水化反應,生成的水化產物與固化后的環氧交織在一起,在混凝土表面形成堅硬、致密的保護層。
高性能混凝士HPC。影響鋼筋混凝土結構耐久性的因素很多,但最主要的還是混凝土材料自身的性能,使用高性能混凝土HPC能夠徹底解決海工混凝土結構耐久性的問題。
海堤、水閘的除險加固技術有多種,一般應根據形成破壞的原因,海堤、水閘的運行情況及洪水、潮水等相關因素,綜合考慮,因地制宜地作出決定。只有不斷地學習、推陳出新、采用新技術,才能夠有效處理工程存在的問題。