海堤工程除險加固技術概述

1、海堤工程除險加固技術概述來源： 作者： 時間：2009-07-27 點擊： 摘要：通過分析福建省海堤（水閘）工程存在的問題及其造成的原因，提出相應的除險加固技術，供同類海堤加固時參考。 關鍵詞：海堤 工程存在問題 除險加固技術 1基本情況福建省海岸線長達3324km，居全國第二位。修建了大量的海堤，全長1603km(其中保護千畝以上農田的海堤有298處，總長1134km，同它配套水閘有456座)。開發(fā)保護土地30萬公傾，保護人口500萬人，保護工農業(yè)產值400億元。這些海堤（水閘）大多數運行多年，存在不同工程問題，每年都必須投入大量人力、物力予以除險加固。海堤的地質情況主要有巖基、砂礫層和淤泥

2、層三種類型。潮汐屬規(guī)則半日潮，平均潮差4.8m6.6m，最大8m9m，是全國潮差最大的省份之一。平均每年登陸和影響的臺風56次，最大風速超過40m/s。臺風帶來的暴雨強度大,歷時短,雨量集中,一般在200mm400mm間局部超過700mm。2工程存在問題2.1海堤存在問題2.1.1設計標準偏低據統(tǒng)計福建省99年臺風水毀的海堤大多數設計標準偏低，造成這種現象主要有以下幾方面原因：這類海堤原設計時參照的規(guī)劃標準偏低；海堤原設計時選取的參數與現行標準不同，如設計高潮位原來是采用歷史最高潮位，現行標準采用設計頻率潮位；設計標準應包括堤頂高程和結構兩方面，而以往的海堤僅突出對堤頂高程的要求，未考慮結構方

3、面的要求，主要包括消浪防沖結構和海堤“三面包”護砌。2.1.2堤身單薄據1990年統(tǒng)計，福建省全省有892km海堤存在堤身斷面偏小，達不到設計要求，主要原因是大部分海堤為“三邊”工程，有些工程是群眾自發(fā)上馬的，普遍存在資金不足，未經設計部門設計等問題。造成有些堤頂寬度不足2m，坡度只有1：1。2.1.3護坡抗沖能力偏低福建省海堤迎水坡多采用干砌塊石護坡，但由于部分護坡施工質量差，砌筑不緊密，或選用塊石重量小，厚度不足，不能抗御風浪的襲擊，還有的護坡墊層級配差，有的甚至不設墊層，起不到反濾層的作用，使墊層、堤身被淘空，從而造成垮堤或缺口。還有些海堤未護砌，只采用草皮護坡，更是不堪一擊。另外福建省

4、大部分海堤未“三面包”，經不起越浪，在垮堤事故中也屢見不鮮。2.1.4海堤基礎存在失穩(wěn)和漏水現象福建省海堤大部分建在淤泥軟基，且淤泥層深厚，最深達20m以上，當基礎處理不當時，竣工后，沉陷量大，常常引發(fā)滑坡或護坡破壞現象，另一方面，軟基采用拋石壓載處理，由于閉氣工程控制不嚴，引起堤基不同程度的漏水。據不完全統(tǒng)計，堤基嚴重漏水達72km。2.1.5岸灘沖刷問題據統(tǒng)計，岸灘沖刷引起護坡破壞的情況，占總護坡破壞數的5%10%。盡管比例不大，但海堤堤腳、岸灘缺乏保護，在潮水的作用下，發(fā)生嚴重的沖刷，引起堤坡大量的脫落，從而導致護坡大面積的崩塌，進而造成決口跨堤。2.2海堤水閘存在問題由于資金缺乏，福建

5、省千里海堤除險加固達標中，未能對海堤水閘進行同步加固。保護千畝以上海堤有456座水閘，大多已運行二、三十年，普遍老化失修，存在嚴重的隱患。主要存在以下幾個問題。2.2.1設計標準偏低福建省海堤水閘大多數是六、七十年代興建，當時設計標準偏低，加上設計過程中調查洪水、潮水不準確，甚至缺少資料，造成設計單寬流量偏小，上、下游水頭差不準確等情況，設計出的結構滿足不了工程要求。2.2.2防沖消能問題由于運行調度不當，設計標準偏低，軟基處理不完善，運行方式改變，人為破壞，過量采沙等諸多原因，造成消能工破壞，危及閘基安全，是福建省海堤水閘普遍存在的工程問題。例如連江大官坂圍墾海堤上的水閘。由于發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)需要

6、，運行方式改變，由原來單一排澇閘改為兼有排澇、納潮任務的水閘，而上游未設置消能措施，近幾年檢查發(fā)現上游大面積被沖刷深14m，面積達5000m2。2.2.3滲流穩(wěn)定問題軟基或沙基上的水閘防滲在當時技術條件主要采用打板樁和粘土鋪蓋防滲，這種防滲措施有一定局限性，加上施工質量差，排水系統(tǒng)不完善，地基沉陷等綜合因素，極容易造成滲流破壞。個別水閘甚至形成閘基淘空現象。2.2.4鋼筋混凝土碳化問題從福建省水閘檢測結果來看，沿海工程鋼筋混凝土腐蝕破壞方式和破壞程度隨所處的位置不同而有所差異，根據結構破壞特征，大致可分為以上幾種類型：(1)在水位變化區(qū)、浪濺區(qū)。其原因主要可分為混凝土抗干濕交替能力較差，引起表

7、層開裂、鹽類在混凝土毛細孔中結晶膨脹造成脹裂，氯離子侵入引起鋼筋銹蝕膨脹造成混凝土結構破壞。(2)水中混凝土結構，由于自身密實度不夠，氯離子侵入引起鋼筋銹蝕膨脹，造成混凝土破壞。(3)全部暴露于空氣中的上部混凝土結構，因二氧化碳、氯離子隨風進入混凝土孔隙引起混凝土碳化及鋼筋銹蝕造成破壞。這種現象在結構迎風面尤為嚴重。(4)因混凝土設計等級、施工質量未達到要求，而造成破壞也占很大比例。2.2.5啟閉系統(tǒng)及鐵件銹蝕問題據初步統(tǒng)計福建省水閘大部分都已運行20年以上，由于運行年限長，維修更新改造的資金不足，管理不善等原因，尚有180多座水閘啟閉機及啟閉系統(tǒng)需要更新改造。鐵件和鋼閘門的銹蝕也很嚴重，例如

8、大官坂圍墾水閘和福清柯嶼水閘等。3除險加固技術 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，因地制宜地選擇?，F將福建省近年來幾種常用的除險加固技術論述如下。3.1海堤除險加固技術3.1.1提高設計標準要對海堤進行徹底的除險加固，就必須按有關規(guī)范確定海堤設計標準，包括海堤堤頂高程和結構設計標準。（1）堤頂高程設計標準堤頂高程的設計首先應按海堤保護的范圍和重要性確定其設計頻率，然后按公式：堤頂高程=設計高潮位H 波浪爬高R 安全超高A確定，設計高潮位采用設計頻率潮位，風浪爬高采用莆田公式計算，安全超高根據海堤是否允許越浪予以選取。

9、（2）結構設計標準結構設計標準主要包括海堤消浪防沖結構和“三面包”護砌兩方面。消浪防沖結構最常采用的是三級消浪結構（詳見下述）?！叭姘弊o砌是將海堤內、外坡和堤頂都進行護砌，是防止越浪破壞的有效措施，外坡護坡采用消浪防沖結構，堤頂采用砌石或素砼，內坡多種干砌條、塊石或草皮護坡。該結構設計應注重護坡下反濾層的設計，近年來多采用土工布代替?zhèn)鹘y(tǒng)的砂礫料反濾層。3.1.2消浪防沖(1)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波浪沖擊的有效措施，消浪結構不僅能削減波浪的爬高，降低堤頂高程，而且能減輕波浪對堤身主體結構的沖擊力。由于福建省海堤大多數是座落在淤泥或沙基

10、礎上，且堤前灘底水深，因此適宜采用多級消浪結構，有利于地基穩(wěn)定和工程施工，常采用的是三級消浪結構，最底一級采用拋石護腳，二級采用砌石或砼預制塊護面，三級采用擋土墻（防浪墻）。(2)拋石護腳海堤護岸除了護坡外，還需要護腳，但于堤前水深大，施工困難，很難直接進行護砌，同時為了適應軟基礎的不均勻沉降，常采用拋石護腳。拋石厚度一般為23m，邊坡根據具體情況控制在1：1.51：3之間，拋石粒徑應根據經驗公式計算或參照已建工程分析確定，為了保護拋石層及其下部基礎的穩(wěn)定；應在拋石區(qū)下鋪設濾層，采用砂礫料或土工布作濾層，福建省莆田市后海海堤采用拋石護腳，經多次臺風巨浪沖擊仍然完好如初。(3)外坡消浪防沖外坡通

11、常采用砌石或砼預制塊護面，砌石護面為了提高消浪防沖能力，采用凹凸豎直干砌條石護坡，砌筑時條石大頭向下，小頭向上，每塊條石四邊緊靠，有空隙處用片石打入擠緊，條石塊塊如插樁墻，從單個塊體受力分析，豎直砌比橫鋪、順鋪平砌受波浪推動的面積少，受推動的力相應減少，穩(wěn)定性好，同時坡面起到加糙作用，摩擦力大，風浪爬高低，消浪效果好。福建省晉江東潘海堤采用豎直干砌條石護砌部位在99年臺風襲擊時受的破壞明顯較其他型式條石護砌少。對于風浪較大的開敞海域，為避免波浪對護坡的反復沖損，有些海堤采用砼預制塊護面，砼預制塊的體積、重量按設計波浪要素確定。對于砼預制通常有四腳空心塊和砼柵欄塊兩種。(4)漿砌石擋土墻（防浪墻

12、）在海堤外坡較高部位設置漿砌石重力式擋土墻能夠有效抗擋波浪的沖擊，擋土墻設置的關鍵是要確?；A穩(wěn)定，擋土墻上部通常作為防浪墻，高0.81.0m，據工程經驗和試驗研究，在防浪墻上設置一弧形或梯形挑浪嘴，能夠有效地將來浪挑回海面，達到減少越浪量的目的，挑浪嘴的結構以采用現澆砼為宜，向外側伸出一定的寬度，以一定傾角的斜面或反弧與下部直墻聯結，形成梯形或弧形的挑浪嘴。福建省莆田湄州灣海堤部分堤段在防浪墻上設置挑浪嘴，消浪效果良好。(5)消浪平臺設置消浪平臺在福建省已經過多年的運行，實踐證明在外海側設置消浪平臺，對減少越浪量降低堤頂高程有明顯的效果，尤其是斜坡式海堤，還能對護坡起到一定的保護作用，消浪平

13、臺最好設置在多年平均高潮位附近，或略高0.30.5m，此位置消浪最充分。平臺寬度可取設計有效波高的12倍，一般不宜超過3m。3.1.3防滲補強海堤堤身防滲補強通常有外坡土工膜防滲，堤身水力開槽土工膜垂直防滲和堤身灌漿等防滲措施。(1)外坡土工膜防滲外坡鋪設土工膜防滲是一種經濟、可靠，施工簡便的堤防防滲措施，其結構是先在海堤處坡鋪設一層下墊層，然后在該墊層地鋪層土工膜，再在土工膜上鋪設上墊層和保護層。下墊層采用沙載土，土工膜厚度不得薄于0.3mm，上墊層為碎石墊層厚0.150.3m，防護層可用砌石或砼預制塊。土工膜防滲應進行穩(wěn)定性驗算及膜后排滲能力校核。福建省寧德市西陂塘海堤采用外坡土工膜防滲，

14、防滲效果良好。(2)水力開槽土工膜垂直防滲水力開槽土工膜垂直防滲技術是采用射水法造孔機機具在海堤外港側開出一定寬度和深度的溝槽，利用垂直鋪膜機在溝槽內鋪設土工膜，然后回填溝槽，使其形成一個以土工膜為隔水體的連續(xù)防滲帷幕，起到垂直防滲的作用。施工過程應著重抓好連續(xù)造孔開槽，槽內擋水、擋土保護，土工膜鋪設與接頭處理，槽溝回填等方面工藝。該技術具有適應性強，施工簡單，速度快，投資少等優(yōu)點，具有廣闊的推廣應用前景。近年來在福建省閩侯縣多個堤段采用此法防滲。(3)堤身灌漿福建省海堤堤身灌漿常采用的是充填灌漿和高壓噴射灌漿。充填灌漿是利用漿液自重通過鉆探孔向堤身隱患處注漿的灌漿方法。充填灌漿是防止堤身局部

15、滲漏的有效措施，漿液多采用粘土漿，根據不同需要，在漿液中可摻入適量的水泥，灌漿孔多采用兩排布孔，孔距12m，分序灌漿，灌漿壓力多為0.1MPa0.5MPa。福建省羅源灣海堤部分堤段采用充填灌漿防滲，效果不錯。高壓噴射灌漿是利用工程鉆機鉆孔至設計處理的深度后，用高壓泥漿泵通過安裝在鉆桿桿端置于孔底的特殊噴嘴，向周圍墻體高壓噴射漿液；同時鉆桿以一定的速度，邊旋轉邊提升，高壓射流使一定范圍內的土體結構破壞，并強制與漿液混合；凝固后在土體中形成具有一定性能和形狀的固結體，能起到防滲抗?jié)B的作用。根據漿液噴射流的移動方向不同，分為旋噴灌漿、定噴灌漿和擺噴灌漿三種，防滲時大多采用定噴和擺噴；灌漿漿液采用水泥

16、漿。此防滲具有成本較低，施工速度較快，固結體強度大，可靠性高等優(yōu)點。近年來福建省海堤采用高壓噴射灌漿防滲日趨廣泛。3.1.4地基加固福建省海堤大多數建在淤泥層軟基上，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等加固方法。(1)擠密砂樁法擠密砂樁法是先在軟基中用沖擊法或振動法打孔成樁，然后往樁中灌入砂子并搗實達到提高地基承載力的地基加固方法。此法在松散砂土中能起到擠密和振密土體的作用，可用于增大沙土體相對密度，防止振動液化；在淤泥中能起到置換、排水作用，加速固結沉降，改善地基的整體穩(wěn)定性。根據打孔成樁的方法不同可分為振動

17、成樁法和沖擊成樁法兩種。福建省寧德市海堤部分堤段采用擠密砂樁法加固地基。(2)排水固結法排水固結法是解決軟粘土地基沉降和穩(wěn)定問題有效措施，由排水系統(tǒng)和加壓系統(tǒng)兩部分組合而成。排水系統(tǒng)是在地基中設置排水體，利用地層本身的透水性由排水體集中排水的結構體系，根據排水體的不同可分為砂井排水和塑料排水帶排水兩種。加壓系統(tǒng)是通過臨時填土石等方法對地基加載預壓，達到預先完成大部分地基沉降的處理過程。福建省福清過橋山圍墾海堤淤泥層軟層最深達十余米，采用塑料排水帶排水固結處理取得成功；福建省連江縣大官坂海堤則采用砂井排水固結法進行地基加固處理。3.2水閘除險加固技術3.2.1水閘下游沖刷破壞處理措施水閘下游沖刷

18、破壞是福建省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。(1)回填沖刷坑,設置完善消能措施如水閘下游沖刷破壞形成沖刷坑不大,可采用砂回填沖刷后,設置完善的消能措施,包括消力池、海漫和防沖槽。先通過水力計算確定各種消能工的結構尺寸，其中消力池部分如破壞不嚴重或與計算尺寸相差不多，可通過設置尾檻、齒坎或消力墩等輔助消能工，用來提高消能效率；反之則應按設計尺寸重新設置，常用漿砌條石或鋼筋砼護砌，厚度為0.51.0m；海漫部分則應因地制宜選取適宜護砌材料，通常有干砌石、漿砌石、鋼筋砼海漫等；防沖槽則一般采用拋石防沖槽。(2)部分回填沖刷坑，采用柔性護砌如水閘下

19、游沖刷破壞形成較大沖刷坑，往往采用砂部分回填沖刷坑后柔性護砌的處理措施。部分回填沖刷坑一方面較經濟，另一方面可利用沖刷坑作為消能防沖水墊，另外通過柔性護砌，可以達到良好的加固效果；柔性護砌通常包括土工網袋裝塊石護砌，土工長管沙袋護砌以及土工模袋砼護砌等，比起傳統(tǒng)的剛性護砌，柔性護砌具有如下優(yōu)點：不需要圍堰，可在水下施工；柔性好，能夠適應河床沖刷變形；塊體較大，整體穩(wěn)定性好；糙率大，能夠最大限度消除余能；透水性強，滲水能夠自由排出；土工織物在水中使用年限長。柔性護砌通常結構型式為：面上鋪層土工網袋裝塊石或長管沙袋或土工模袋砼，其下鋪設碎石或粗砂墊層，厚2025cm，最底下鋪一層土工布倒濾層。福建

20、省晉江安平水閘下游采用土工模袋砼護砌，龍海西溪水閘下游采用網袋裝塊石護砌以及漳浦舊鎮(zhèn)水閘下游采用土工長管沙袋護砌都經受多次洪水、巨浪考驗，而安然無恙。3.2.2閘基加固閘基存在工程問題主要有兩大類，一類是軟基礎沉陷引起閘基沉降，另一類是閘基滲流造成閘室淘空。(1)閘基沉降處理對已建水閘閘基沉降控制最有效的處理措施是采用高壓旋噴灌漿處理，通過在閘基中高壓旋噴灌漿形成水泥土摩擦樁，提高閘基承載力，達到控制沉降的目的。福建省龍海市角美壺嶼港水閘由于軟基不均勻沉陷，閘基沉降最大達到0.63m，加固時采用單管高壓旋噴灌漿處理，每個閘墩上、下游側和中間各設5個灌漿孔，沿閘墩軸線兩側布孔，灌注水泥漿，成樁直

21、徑0.5m，伸入閘基礎10.5m，采用灌漿壓力為20MPa，經過處理后閘基沉降基本得到控制。(2)閘室淘空處理對閘室淘空處理通常應通過水閘上游防滲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。廈門市石潯水閘由于閘基滲流造成閘室底板多個部位被淘空，加固時先在閘室上游側采用帷幕灌漿防滲，灌漿帷幕布設在閘墩上游側1.0m處，孔距0.5m，灌注水泥漿，孔深5.0m，灌漿壓力10MPa。然后對閘室淘空部位采用鉆孔灌漿處理，先灌細砂，不吃砂后，再灌水泥砂漿，最后灌水泥漿。3.2.3鋼筋砼碳化處理由于長期受海水的腐蝕，福建省沿海水閘鋼筋砼構件大多碳化嚴重，有些已影響到工程安全運行，需要進行防止碳化處理，目前采用的方法主要有兩種，一種是舊的鋼筋砼結構受到局部碳化，還未影響到結構受力的，采用表面涂刷防腐材料（蠟浸砼或乳化環(huán)氧沙漿）處理，另一種新建工程或舊的鋼筋砼結構碳化已需要更新，采用HPC砼代替普通砼處理。(1)蠟浸砼防腐蠟浸砼防腐是利用工業(yè)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砼中，覆蓋在砼外表面作為保護層。長樂十八孔閘部分鋼筋砼構件在砼表面加一層2cm厚蠟浸砼，經10余年的運行，砼結構基本完好，而該工程其他未處理部位的砼則大多已發(fā)生碳化腐蝕。（2）乳化環(huán)氧砂漿防腐乳化環(huán)氧砂漿是由乳化