科倫坡港口城運(yùn)河護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的確定

李春潮，郭贊輝，肖仕寶，金建軍，4（1.中交天津航道局有限公司，天津　00461；.中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京　10007；.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東　廣州　5100；4.廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東　廣州　510050）

科倫坡港口城運(yùn)河護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的確定

李春潮1，2，郭贊輝2，肖仕寶3，金建軍2，4
（1.中交天津航道局有限公司，天津300461；2.中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京100027；3.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州510230；4.廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東廣州510050）

摘要：護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式對(duì)于護(hù)岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)等具有重要意義。文中以“21世紀(jì)海上絲綢之路”戰(zhàn)略重要支點(diǎn)之一的斯里蘭卡科倫坡港口城運(yùn)河護(hù)岸為例，根據(jù)業(yè)主要求及自然條件，選取混凝土方塊、混凝土板樁方案，及國(guó)外廣泛應(yīng)用的新型復(fù)合材料板樁方案，從施工工藝、預(yù)制場(chǎng)地、施工工期、耐久性以及使用期對(duì)荷載的適應(yīng)性、造價(jià)等方面比選最優(yōu)方案。初步選用復(fù)合材料板樁作為標(biāo)準(zhǔn)段的方案，并給出了建議。

關(guān)鍵詞：運(yùn)河護(hù)岸；結(jié)構(gòu)形式；比選

0　引言

科倫坡港口城項(xiàng)目位于斯里蘭卡首都科倫坡南集裝箱碼頭以南近岸海域，與科倫坡現(xiàn)有的CBD區(qū)相連，擬填海造地面積267萬(wàn)m2并進(jìn)行土地的一級(jí)開發(fā)和二級(jí)開發(fā)。斯里蘭卡是中國(guó)“21世紀(jì)海上絲綢之路”戰(zhàn)略的重要支點(diǎn)之一，該項(xiàng)目的順利建設(shè)將成為落實(shí)“一帶一路”戰(zhàn)略的一步要棋，使科倫坡形成新的城市商圈與金融中心，進(jìn)而促進(jìn)旅游業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展，并吸引更多外部投資。

本工程主體由陸域吹填、防波堤、攔砂堤、潛堤、護(hù)岸、游艇碼頭及陸域上部各種建筑結(jié)構(gòu)組成。其中運(yùn)河護(hù)岸由西北往東南方向貫穿港口城，兩側(cè)總長(zhǎng)5 090 m，寬度70 m，見圖1。運(yùn)河護(hù)岸實(shí)施后形成岸灘，起到幫助城市水體交換的作用[1]，可以避免游艇?？繒r(shí)對(duì)岸坡的破壞，減少兩岸的土地流失。護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式的確定，對(duì)于護(hù)岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、維護(hù)等具有重要意義。

1　運(yùn)河護(hù)岸的結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)相關(guān)文件的規(guī)定[2]：運(yùn)河采用直立式岸壁結(jié)構(gòu)，并建議采用混凝土方塊結(jié)構(gòu)；如采用鋼板樁結(jié)構(gòu)需在-2.0 m以上采用包裹等保護(hù)，水下區(qū)域需采用陰極保護(hù)；若采用復(fù)合材料板樁，需征求相關(guān)方同意。

考慮到運(yùn)河護(hù)岸在不同區(qū)域的有效波高的不同，選定標(biāo)準(zhǔn)段作為本次研究的范圍，運(yùn)河護(hù)岸標(biāo)準(zhǔn)段總長(zhǎng)度為3 525 m，標(biāo)準(zhǔn)段范圍見圖1。

1.1運(yùn)河護(hù)岸區(qū)域自然條件

設(shè)計(jì)高水位1.2 m，設(shè)計(jì)低水位-0.2 m，大潮平均高潮位0.7 m。標(biāo)準(zhǔn)段部分的波浪非常小，所以波浪作用可以不用考慮[3]。

根據(jù)港口城項(xiàng)目的勘察報(bào)告[4]，運(yùn)河護(hù)岸標(biāo)準(zhǔn)段原泥面高程為-11.0～-19.0 m，主要由軟黏土（2-6A，2-2，2-3層）、砂層和片麻巖組成；局部有礁盤，礁盤頂標(biāo)高約為-6.8 m，高于-7.5 m的礁盤面積較少。

圖1　科倫坡港口城運(yùn)河護(hù)岸平面布置圖Fig.1　Layout of the Colombo Port City canal revetment

1.2運(yùn)河護(hù)岸的結(jié)構(gòu)形式

1.2.1混凝土方塊方案

運(yùn)河護(hù)岸若采用實(shí)體方塊方案，從工程可實(shí)施性出發(fā)，要求單個(gè)塊體重量<50 t，根據(jù)此原則設(shè)計(jì)出典型斷面如圖2[3]，方塊斷面寬度2.5～5.0 m，前沿線方向的長(zhǎng)度2.5 m，高度1.8 m。后方拋填10～100 kg塊石形成減壓棱體，陸域?yàn)榛靥钌埃ê嗔啃∮?0%），拋石棱體與開山石之間設(shè)置倒濾層?；A(chǔ)坐落在拋石基床上，碎石基床厚度1.0 m。從前沿線前4.5 m至前沿線后20 m范圍進(jìn)行振沖處理，處理深度至原泥面。

圖2　實(shí)體方塊方案結(jié)構(gòu)典型斷面圖Fig.2　Typical cross-section of concrete block structure

1.2.2混凝土板樁方案

目前采用水力插板技術(shù)建成并投入使用各類工程項(xiàng)目累計(jì)可達(dá)100余項(xiàng)[5]，板樁厚度已達(dá)到50 cm，長(zhǎng)度可以達(dá)到20 m，配筋方式有普通鋼筋及預(yù)應(yīng)力鋼筋，截面形式由單一的矩形截面發(fā)展為薄壁“I”型。

從工程可實(shí)施性出發(fā)，鋼筋混凝土板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的典型斷面見圖3[3]，前墻混凝土標(biāo)號(hào)C40，厚度400 mm，設(shè)計(jì)底標(biāo)高約-7.0 m，預(yù)制混凝土板單塊縱向長(zhǎng)3 m，重23 t，板樁通過現(xiàn)澆胸墻連成整體。為滿足施工水位和兼顧景觀要求，胸墻底標(biāo)高取為0.0 m。前墻后方回填砂，含泥量臆10%，通過碾壓達(dá)到N逸15擊。錨碇墻混凝土標(biāo)號(hào)C40，厚度400 mm，底標(biāo)高-1.0 m，頂標(biāo)高1.7 m，距碼頭前沿線12.0 m。前墻和錨碇結(jié)構(gòu)通過鋼拉桿連接，拉桿直徑40 mm，間距3.0 m，拉桿高程為+1.0 m。前沿海側(cè)10 m范圍內(nèi)，鋪設(shè)0.5 m厚防沖碎石。地基處理范圍從前沿線海側(cè)15 m至路側(cè)20 m范圍進(jìn)行振沖密實(shí)處理，處理深度至原泥面。

圖3　混凝土板樁結(jié)構(gòu)典型斷面圖Fig.3　Typical cross-section of concrete sheet pile structure

1.2.3復(fù)合板樁方案

新型復(fù)合板樁是替代傳統(tǒng)鋼板樁的高強(qiáng)度聚乙烯板樁或復(fù)合玻璃纖維鋼板樁，在荷蘭、古巴、泰國(guó)等國(guó)家已開始規(guī)模投入使用，至今有20多a的使用歷史[6]，與復(fù)合板樁相匹配的錨板協(xié)同輔助桿和拉桿并行打入土層，然后在拉桿拉力作用下，錨板張開，從而提供錨固效應(yīng)。斜地錨施工方便，但提供的土體抗拉效應(yīng)有限，適合高差小，受力小的護(hù)岸結(jié)構(gòu)。

本項(xiàng)目采用的復(fù)合板樁截面如圖4，D=254 mm，W=508 mm，t=8.6 mm；容許彎曲應(yīng)力137 MPa，彈性模量28 200 MPa。復(fù)合板樁的地錨為近年來荷蘭JLD工程公司開發(fā)的新型錨固結(jié)構(gòu)[7]，由高強(qiáng)鋼拉桿和錨板組成。拉桿直徑35 mm，抗力設(shè)計(jì)值320 kN，地錨抗力設(shè)計(jì)值390 kN。

板樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的典型斷面見圖5[3]。

圖4復(fù)合板樁截面圖Fig.4　Section of synthetic sheet pile

圖5　復(fù)合板樁結(jié)構(gòu)典型斷面圖Fig.5　Typical cross-section of synthetic sheet pile structure

在運(yùn)河標(biāo)準(zhǔn)段，采用Wallap 2D有限單元法核算前墻及錨碇墻的內(nèi)力，設(shè)計(jì)樁底標(biāo)高-6.8 m，板樁通過現(xiàn)澆胸墻練成整體；為滿足施工水位和兼顧景觀要求，胸墻底標(biāo)高取為0.0 m；前墻后方回填砂（含泥量小于10%），通過碾壓達(dá)到N逸15擊；錨碇結(jié)構(gòu)采用斜地錨，埋深約4.5 m，距離前墻12 m，前墻和錨碇結(jié)構(gòu)通過鋼拉桿連接，拉桿直徑35 mm，間距1.52 m，拉桿在水平上投影長(zhǎng)度12 m。前沿海側(cè)10 m范圍內(nèi)鋪設(shè)0.5 m厚防沖碎石。地基處理范圍從前沿線海側(cè)15 m至路側(cè)20 m范圍進(jìn)行振沖密實(shí)處理，處理深度至原泥面。

2　造價(jià)分析及方案比選

通過計(jì)算三種方案的標(biāo)準(zhǔn)段的工程量，采用的主要材料綜合單價(jià)包括，碎石35美元/m3、混凝土240美元/m3等。本次三種方案的造價(jià)計(jì)算不含回填砂、地基處理、面層、欄桿的相關(guān)費(fèi)用，經(jīng)計(jì)算每延米護(hù)岸工程的投資估算見表1。

綜上，從工程可實(shí)施性及造價(jià)上分析，新型復(fù)合材料板樁具有優(yōu)勢(shì)，初步選用復(fù)合材料板樁作為標(biāo)準(zhǔn)段的方案。

表1　三種方案投資估算及優(yōu)缺點(diǎn)比選表Table 1　Investment estimation of the three schemes and their advantages and disadvantages comparison

3　結(jié)論與建議

本文根據(jù)運(yùn)河護(hù)岸區(qū)域的自然條件，初步選取混凝土方塊、混凝土板樁、復(fù)合材料板樁方案，從施工工藝、預(yù)制場(chǎng)地、施工工期、耐久性以及使用期對(duì)荷載的適應(yīng)性、維護(hù)費(fèi)用、造價(jià)等方面比選得到最優(yōu)方案，主要結(jié)論及建議如下：

1）從工程可實(shí)施性及造價(jià)上分析，復(fù)合材料板樁具有優(yōu)勢(shì)，初步選用復(fù)合材料板樁作為標(biāo)準(zhǔn)段的方案。

2）鑒于復(fù)合材料板樁需要得到相關(guān)方同意，提前做好新型復(fù)合材料板樁的報(bào)批工作。

3）關(guān)于新型復(fù)合板樁材料使用年限的確認(rèn)，雖然生產(chǎn)廠家提供了耐久性保證書，但此保證書沒有相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)、工程實(shí)例、相關(guān)理論的支撐；建議在施工圖設(shè)計(jì)階段對(duì)復(fù)合材料板樁的使用年限和耐久性需進(jìn)一步研究論證。

4）斯里蘭卡是中國(guó)“21世紀(jì)海上絲綢之路”戰(zhàn)略的重要支點(diǎn)之一，港口城項(xiàng)目的順利建設(shè)將成為落實(shí)“一帶一路”戰(zhàn)略的一步要棋。并且使科倫坡形成新的城市商圈與金融中心，進(jìn)而促進(jìn)旅游業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展，吸引更多外部投資。

[1] 港口城基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)采購(gòu)施工總承包合同：業(yè)主要求的 第一部分第5.2.2 款[R]. 斯里蘭卡：港口城項(xiàng)目公司，2014.

EPC contract of infrastructural project of Port City:Subsections 5.2.2 of section 1 of employer憶s Requirements[R].Sri Lanka:Port City Project Co.,Ltd.,2014.

[2]港口城基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)采購(gòu)施工總承包合同：業(yè)主要求的第一部分附錄三[R].斯里蘭卡：港口城項(xiàng)目公司，2014. EPC contract of infrastructural project of Port City:Appendix 3 of section 1 of employer憶s Requirements[R].Sri Lanka:Port City Pro原ject Co.,Ltd.,2014.

[3]麥宇雄，劉堃，肖仕寶，等.港口城項(xiàng)目初步設(shè)計(jì)[R].廣州：中交第四航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2015. MAI Yu-xiong,LIU Kun,XIAO Shi-bao,et al.Preliminary design of Port City project[R].Guangzhou:CCCC-FHDI Engineering Co., Ltd.,2015.

[4]佘紅，杜宇，祝劉文.港口城項(xiàng)目勘察報(bào)告[R].廣州：中交第四航務(wù)勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2014. SHE Hong,DU Yu,ZHU Liu-wen.Investigation report on Port City project[R].Guangzhou:CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,2014.

[5]富榮，程義吉，許國(guó)輝.水力插板成套技術(shù)研究與應(yīng)用[M].鄭州：黃河水利出版社，2010. FU Rong,CHENG Yi-ji,XU Guo-hui.Research and application of hydraulicsheetingpackagedtechnology[M].Zhengzhou:The Yellow River Water Conservancy Press,2010.

[6]DUTTA Piyush K,VAIDYA Uday.A study of the long-term appli原cations of vinyl sheet[R].U.S.:Cold Regions Research and Engi原neering Laboratory,2003.

[7]KARSTEN Jos.Comparison from the preliminary design report of canal seawall and marina seawall[R].Netherlands:JLD Interna原tional BV,2015.

港口航道工程設(shè)計(jì)及管理工作。

E-mail：lichunchao-nhri@163.com

中圖分類號(hào)：U656.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-7874（2016）01-0052-04

doi：10.7640/zggwjs201601012

收稿日期：2015-08-09

作者簡(jiǎn)介：李春潮（1981— ），男，江西九江人，碩士，工程師，從事

Determination of structure type for Colombo Port City canal revetment

LI Chun-chao1,2,GUO Zan-hui2,XIAO Shi-bao3,JIN Jian-jun2,4
（1.CCCC Tianjin Dredging Co.,Ltd.,Tianjin 300461,China;2.China Harbour Engineering Co.,Ltd.,Beijing 100027,China;
3.CCCC-FHDI Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510230,China;4.Guangdong Province Planning&Design Institute for Water Transportation Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong 510050,China）

Abstract：Revetment structure type is the important meaning to revetment structure in design,construction,and maintenance. We take the Sri Lanka Colombo Port City canal revetment as an example which is one of the important fulcrums of Maritime Silk Road in the 21st century.According to employer's requirements and the natural conditions,we selected the concrete block and concrete sheet pile,and recommend the foreign widely used synthetic sheet pile,choose the optimal scheme from construction technology,prefabrication site,construction period,durability and life adaptability to load,cost and so on.We preliminary selected the synthetic sheet pile as the scheme of standard segment,and gave some suggestions.

Key words：canal revetment;structure type;comparison