海堤工程断面结构优化设计研究

刘 硕

(盘山县农业水利事务服务中心，辽宁 盘锦 124010)

1 工程概况

海堤工程位于大辽河右岸下游河口入海区域、辽滨沿海经济区东南侧外围，考虑吹程、受风向、地形及水深等因素，将海堤划分为三个分区，其中一区桩号0+000-1+200为河口区域、二区桩号1+200-9+000为海湾区域、三区桩号9+000-11+513和11+774-12+000段为海湾区域，新建海堤长11.9182km，其中桩号0+785-2+675段及11+300-12+000段海堤内侧为含章湖，其余段内侧均为园区吹填区域。新建挡潮闸(桩号11+845.2-11+880)，工程规模为4.0m×10.0m×3(孔)潜孔式水闸，过闸流量最大为332.25m3/s。

2 堤型断面设计

2.1 堤顶高程

依据《海堤工程设计规范》相关规定计算堤顶高程，并按照允许越浪考虑，设计潮水位以50a一遇高潮位3.21m计，经计算各海防堤分区计算如下：

1)海堤一区。堤顶计算高程为4.35m，略高于现有岸坎高程，为与二三区海堤协调，在临海侧设置防浪墙，堤顶按照现有岸坎高程4.00确定，防浪墙高0.6m，即防浪墙墙顶高程4.6m。

2)海堤二区。堤顶计算高程为5.8m，其中防浪墙高0.6m，防浪墙顶高程5.8m，堤顶高程5.2m。对于设置防浪墙的堤顶还应高出0.5H1%或0.5m，经计算0.5H1%=0.9m>0.5m，不计防浪墙的堤项高程计算值为3.21+0.9=4.11m<5.2m，满足要求。

3)海堤三区。堤顶计算高程为6.0m，其中防浪墙高0.6m，堤顶高程则为5.4m，防浪墙墙顶高程6.0m。对于设置防浪墙的堤顶还应高出0.5H1%或0.5m，经计算0.5H1%=1.02m>0.5m，不计防浪墙的堤项高程计算值为3.21+1.02=4.23m<6.0m，满足要求。防浪墙高度根据人防、美观等因素确定挡水高度为0.6m，如表1。

表1 设计堤顶高程成果表

海堤一区与海堤二区堤顶利用斜坡平顺衔接，边坡起点桩号为1+200，向下游升坡坡度为1∶20，连接段长24.0m，海堤二区对应起点防浪墙堤顶高程从4.6m抬升至5.8m，堤顶高程从4.0m抬升至5.2m。

海堤二区与海堤三区堤顶利用斜坡平顺衔接，边坡起点桩号为9+000，向下游升坡坡度为1∶20，连接段长4.0m，海堤三区对应起点防浪墙堤顶高程从5.8m抬升至6.0m，堤顶高程从5.2m抬升至5.4m。

2.2 堤身断面

2.2.1 现状坡面处理

园区吹填和园区内湖(含章湖)因建设需要，堤岸桩号0+000-0+785、2+675-11+300段后侧基本为吹填陆域，陆域高程2.9-3.90m。堤岸桩号0+785-2+675段后侧为含章湖水域，此段围堰以挡水堤形式存在。堤岸迎水面坡比1∶2左右，坡面以抛填抛石防护，局部设有四角空心方块防护，背水侧陆域边界坡比为1∶2左右，坡面以草皮植被为主[1-2]。

现状坡面处理为：①拆除坡面现有抛石及四角空心方块，其中抛石挑选后抛填至堤脚作为压载平台或护脚，完好四角空心方块重复利用；②对坡面进行清理，为保证斜坡堤身碾压紧密，坡面开挖呈台阶状；③拆除坎顶和岸顶沥青混凝土路面，清除堤后坡面植被[3]。

2.2.2 断面

堤防工程采用斜坡式断面，根据基础处理及堤坡整体稳定要求，外侧迎水坡设置加载平台，具体如下：①桩号0+000-0+785段为大辽河天然岸坎加高培厚段，沿现有岸坎向临海侧加高培厚，堤顶高程为4.00m，防浪墙墙顶高程为4.6m，迎水坡坡比为1∶2，堤顶宽8.0m，加高部位堤后坡坡比为1∶2。②桩号0+785-1+200段、桩号1+200-2+675段为园区吹填围堰堤岸加高培厚段，围堰后侧为园区吹填防渗区域，宽50.0m以上，防渗区内侧为含章湖，沿现有堤岸向临海侧加高培厚。③桩号2+675-9+000段为园区吹填围堰堤岸加高培厚段，围堰后侧为园区吹填区。沿现有堤岸向临海侧加高培厚，防浪墙定高程5.8m，墙顶高程5.2m，迎水坡坡比为1∶2，堤顶宽8.0m，加高部位堤后坡坡比为1∶2。④桩号9+000-11+300段园区吹填围堰堤岸加高培厚段，围堰后侧为园区吹填区[4-6]。沿现有堤岸向临海侧加高培厚，堤顶高程为5.4m，防浪墙墙顶高程为6.0m，迎水坡坡比为1∶2，堤顶宽8.0m，加高部位堤后坡坡比为1∶2。⑤桩号0+000-11+300临海侧堤基设置一级抛石压载平台，平台顶高程为0.35m-1.20m，长8.0-12.0m，压载平台外侧抛石坡比为1∶2。⑥桩号11+300-12+000段堤段堤顶宽10.5m，堤顶高程为5.4m，防浪墙墙顶高程为6.0m，迎海侧设置消浪平台和一级压载平台，消浪平台顶高程为3.21m，宽3.0m，压载平台顶高程0.0m，宽7.5m，消浪平台以上坡比为1∶2，消浪平台与压载平台间坡比为1∶2.5，压载平台以下坡比均1∶3；内湖侧设置两级压载平台，一级压载平台顶高程2.0m，宽5.0m，二级压载平台顶高程0.0m，宽15.0m，一级平台以上及以下坡比均为1∶2，二级平台以下坡比为1∶2.5。

2.2.3 堤顶结构

根据《海堤工程设计规范》，防浪墙宽度不包含于堤顶宽度，按照防汛、堤身稳定、管理、施工需要，2级海堤宽度≥4.0m。该工程为路堤结合，考虑交通要求(双车道)，堤顶宽8.0m。

1)桩号0+000-11+300段迎海侧人行道1.5m，行车道路宽6.0m，背海侧沿线设置0.5m宽路肩及5.0m宽防护林带。

2)桩号11+330-12+000两侧人行道宽均为1.5m，行车道路宽7.5m。堤顶背海侧沿线设置5.0m防护林带。

堤顶行车道铺设沥青混凝土路面，自下而上依次为40.0cm碎石、水泥碎砾层30.0cm、沥青混凝土7.0cm，路面向临海侧横坡度为1%。人行道铺设步道方砖路面,路面两侧设置花岗岩路缘石。坝顶上游侧防浪墙考虑人防及景观，采用混凝土基础，露出部位采用花岗岩条石防浪墙，高0.6m，宽0.4m，防浪墙每隔500.0m左右设置一处下临海侧坡面的混凝土台阶[7-9]。

2.2.4 排水设施

堤防工程考虑允许越浪设计，要求越浪排泄通畅，海堤后侧设置坡面纵、横向排水系统。其中，纵向排水为沿下游堤脚设置一道纵向排水沟，排水沟设置三段：第一段从桩号0+000至0+785段(785.0m)排向含章湖，桩号0+785-2+675段堤后为含章湖、直排入湖；第二段从桩号7+000至2+675段(4325.0m)排向含章湖；第三段从桩号7+000至11+300段(4300.0m)排向含章湖，桩号11+300-12+000段堤后为含章湖、直排入湖。各段纵向排水沟需排泄的计算越浪量见表2。

根据计算，为确保堤后越浪顺利排泄，需修建的排水沟尺寸较大，考虑后期金锦湾水城滨海景观规划，堤后带状微地形能够满足不越浪要求，即海景观规划实施后，带状微地形园区内侧无需修建排水沟排泄越浪。

表2 排水沟排泄越浪量成果表

结合远景规划，堤后排水沟暂按0.5×0.5m设置临时排水沟，多余越浪量可以漫滩后汇入含章湖。同时，此排水沟亦作为海堤管理分界线。背海侧堤坡每隔50.0m设置一道横向排水沟排入纵向排水沟，排水沟对应堤顶设置过水豁口，排水沟选用矩形混凝土断面，渠道宽0.5m，渠道深为0.5m。坝顶路面向临海侧倾斜，路面坡比为1%，路面临海侧设置每隔50.0m设置通向海域的排水管，管径为150mm。

3 挡潮闸设计

3.1 闸址选址

根据《盘锦辽东湾新区水系水岸及防洪排涝规划》，含章湖为内湖，内湖东侧临近海堤可通向大辽河河口，南侧临近海堤可直接通向海域，规划内湖如图1。其中，图中规划正闸即为本次设计挡潮闸。

图1 含章湖(内湖)规划布置图

规划同时设置了内湖外海通航的船闸，显然东侧河口堤岸位于辽河口凸岸，属于淤积堤段不利于通航建筑物设置。因此，规划将船闸布置在南侧，该工程已经在辽东湾新区内外海枢纽控制工程批复。

为便于工程集中管理，设计亦将挡潮闸布置在内湖南侧，同时为合理利用船闸围堰工程，将挡潮闸毗邻船闸设置。此外，为便于船闸运行，考虑滩涂地形(较深处)将船闸偏右居中布置，挡潮闸布置在船闸右侧。根据批复的可行性研究报告，船闸位于海堤桩号11+513-11+774段，挡潮闸位于海堤桩号11+845.2-11+880段。

3.2 挡潮闸总体布置

挡潮闸位于海堤桩号11+845.2-11+880段，船闸西侧(右侧)，近岸布置，水闸轴线与船闸轴线相距65.1m，距离右岸120.0m，挡潮闸垂直海堤布设。挡潮闸采用胸墙式闸室，闸室底板高程为-2.0m。挡潮闸从上游(内湖)至下游(外海)由上游抛石防冲、护坦、铺盖、闸室、消力池、海漫及下游抛石防冲组成。

1)上游抛石防冲长9.0m，宽92.0m，顶高程为-3.2m，防冲槽深3.0m。护坦采用生态格网固滨笼结构，顺水流方向长20.0m，宽度由92.0m缩至40.85m，顶高程为-3.2m，石笼厚0.5m，下设一层反滤土工布。防渗铺盖采用钢筋混凝土结构，顺水流方向长24.0m，宽度由40.85m缩至32.4m，顶高程为-3.2m，末端与闸室底板以1∶4坡比连接，前10.0m铺盖厚0.8-1.0m，设有排水孔，下设0.15m中石子、0.15m小石子及0.15m粗砂反滤层，后14.0m厚1.0m，铺盖下设0.1m厚的素混凝土垫层。

2)闸室3孔一联，共1联，设有检修和挡水闸门，工作闸门上游侧8.3m处布置有检修门，闸室总款34.8m，顺水流方向闸室长16.0m，每孔净宽10.0m，中、边墩均厚1.2m；闸室底板采用整体式平底板，底板顶高程为-2.0m，板厚1.5m，闸室胸墙底高程为2.0m，墙顶高程为6.0m；边、中墩墩顶高程均为6.0m，墩顶设置检修桥和启闭平台，交通桥位于内湖侧，宽7.0m，桥顶高程为5.4m，检修桥位于临海侧，宽3.0m，桥顶高程为6.0m，启闭平台为排架结构，启闭平台宽4.5m，顶高程为12.7m。

3)下游一级消力池顺水流方向长24.0m，宽度由32.4m扩至40.85m，与闸室底板采用1∶4斜坡连接，底板顶高程为-4.5m，尾坎顶高程为-3.7m，底板厚0.8-1.0m，下设0.1m厚的素混凝土垫层；二级消力池顺水流方向长14.0m，宽度由40.85m扩至45.8m，底板顶高程为-3.7m，尾坎顶高程为-3.2m，底板厚0.6m，设有排水孔，下设0.15m中石子、0.15m小石子及0.15m粗砂反滤层[10]。

4)消力池出口海漫采用生态格网固滨笼结构，顺水流方向长24.0m，海漫左侧与船闸连接，右侧扩至边墙为29.2m，海漫顶高程为-3.2m，厚0.5m，下设一层反滤土工布。下游抛石防冲长9.0m，顶高程为-3.2m，防冲槽深3.0m

5)挡潮闸左侧与船闸公用平台，上下游挡土墙与挡潮闸左边墩向外呈10°夹角布设，上游边墙顺水流方向长56.4m，下游边墙顺水流方向长38.0m，边墙采用扶臂式挡土墙，其中墙顶高程为6.0m，墙面板厚1.0m，底板厚1.0m，扶臂间距为3.5m，扶臂厚0.5m，边墙迎水侧垂直布置，墙顶设置人防栏杆。

6)挡潮闸右侧上下游挡土墙与挡潮闸左边墩向外呈10°夹角布设，上、下游边墙顺水流方向长38.0m，边墙采用扶臂式挡土墙，其中上游墙顶高程为1.0-6.0m，墙面板厚0.6-0.8m，底板厚0.7-0.8m；下游墙顶高程为1.0-6.0m，墙面板厚0.6-1.0m，底板厚0.6-1.0m；扶臂间距为3.5m，扶臂厚0.5m，边墙迎水侧垂直布置，墙顶设置人防栏杆。

7)挡潮闸闸室及两侧边墙基础设置钻孔灌注桩桩基，灌注桩桩径1.0m(较低边墙桩径为0.8m)，闸室桩间距为3.0m，两侧边墙桩间距为2.5m，桩底高程为-22.0m，进入粉砂层。闸室基础采用混凝土防渗墙围封，墙厚0.4m，墙底高程为-13.0m，进入非液化土层。

4 结 论

科学合理的设计海堤断面结构，在很大程度上决定了海堤工程的生态和防洪功能，合适的断面结构有利于提高区域防洪能力、确保沿岸居民安全及推动经济发展，为改善了区域投资环境和居住环境提供保障。辽滨沿海经济区海堤工程产生的不利影响是短期的、次要的，而产生的有利影响是长期的、主要的，并且通过环境管理和采取有效的对策措施，可以减免不利影响，该海堤断面形式已广泛应用于其他堤防工程并取得显著的效果。