上海某岸段海塘達(dá)標(biāo)建設(shè)斷面的比選

鄧偉峰

長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 上海 200439

正文：

引言：海塘是防御風(fēng)暴潮水和波浪對(duì)防護(hù)區(qū)的危害而修筑的堤防工程。本文研究的海塘岸段塘為1998年建成，位于浦東區(qū)上海長(zhǎng)江大橋東側(cè)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇，隨著上海市城市化程度的不斷提升，防洪工程的標(biāo)準(zhǔn)也相應(yīng)提高?，F(xiàn)狀海塘已不能滿足新的防御標(biāo)準(zhǔn)要求，需要對(duì)其采取加固擴(kuò)建等措施使其滿足防御標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 海塘達(dá)標(biāo)建設(shè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及參數(shù)確定

1）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)新的相關(guān)規(guī)劃與要求，本段海塘規(guī)劃防御標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇高潮位+12級(jí)風(fēng)，按不允許越浪設(shè)計(jì)，工程級(jí)別為1級(jí)。

2）設(shè)計(jì)參數(shù)的確定

根據(jù)上海市海塘規(guī)劃中本段海塘附近有的潮位站潮位特征值，確定本段海塘設(shè)計(jì)潮位為200年一遇高潮位6.27m。設(shè)計(jì)風(fēng)速為12級(jí)風(fēng)下限32.7m/s。

波浪要素采用《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 51015-2014）（以下簡(jiǎn)稱《海堤規(guī)范》）中相關(guān)公式計(jì)算（各參數(shù)意義可查看本規(guī)范中的附錄C有關(guān)說明。）

根據(jù)規(guī)范風(fēng)浪要素可按如下莆田海堤試驗(yàn)站風(fēng)浪計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

不規(guī)則波對(duì)應(yīng)平均波周期的波長(zhǎng)L可按下式計(jì)算：

2 海塘現(xiàn)狀分析與復(fù)核

1）現(xiàn)狀分析

目前海塘堤頂防浪墻高程為8.55m，堤頂路面高程7.35～7.50m，寬7.50m，灌砌塊石消浪平臺(tái)高程為4.75m，寬約5.00m。上坡坡比1：3、下坡坡比1：2.5均為柵欄板護(hù)坡。本段海塘已運(yùn)行20余年，沉降已基本穩(wěn)定，但下坡少量柵欄板和鎮(zhèn)腳存在一定程度的損壞，柵欄板損壞主要是個(gè)別柵欄板施工質(zhì)量不滿足要求，表面混凝土長(zhǎng)期在波浪作用下老化剝落。鎮(zhèn)腳存在裂縫表面混凝土剝落是由于基礎(chǔ)不均勻沉降后造成斷裂，混凝土強(qiáng)度不夠或施工質(zhì)量不佳導(dǎo)致。但結(jié)構(gòu)整體完整性與耐久性良好。

圖1 海塘現(xiàn)狀斷面圖

2）根據(jù)新的海塘防御標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)狀海塘進(jìn)行復(fù)核。

本工程在達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)前首先按照200年一遇防御標(biāo)準(zhǔn)對(duì)現(xiàn)有海塘進(jìn)行復(fù)核論證。具體復(fù)核計(jì)算海塘的穩(wěn)定與堤頂防汛高程和護(hù)坡厚度，針對(duì)復(fù)核情況再提出相應(yīng)的達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)方案。

（1）現(xiàn)狀海塘穩(wěn)定復(fù)核

由于本段海塘沉降基本穩(wěn)定，堤基土固結(jié)充分，在此不再進(jìn)行海塘斷面沉降復(fù)核計(jì)算，堤防穩(wěn)定計(jì)算中主要對(duì)設(shè)計(jì)海塘斷面進(jìn)行滲流穩(wěn)定和抗滑穩(wěn)定計(jì)算。根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-2013）中堤防穩(wěn)定計(jì)算有關(guān)內(nèi)容通過計(jì)算，本段海塘滲流與抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。

（2）現(xiàn)狀堤頂高程與護(hù)坡厚度的復(fù)核

堤頂高程及護(hù)坡復(fù)核計(jì)算所用參數(shù)如護(hù)面糙率、平臺(tái)高程和寬度等均按照目前的結(jié)構(gòu)型式。本工程取波要素最大值作為典型斷面，根據(jù)《海堤規(guī)范》中堤頂高程與附錄J相關(guān)要求計(jì)算復(fù)核堤頂高程為9.70m,所需柵欄板護(hù)坡厚度0.30m。

由計(jì)算可知，對(duì)于新標(biāo)準(zhǔn)所需防浪墻頂高程高出現(xiàn)狀防浪墻平均頂高程1.15m，護(hù)厚度滿足要求，總體來說現(xiàn)有海塘無法滿足“200年一遇”設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求。

3 海塘達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)原則

1）盡量利用原有結(jié)構(gòu)，減少廢棄工程量；2）徹底消除原有堤身安全隱患，保證達(dá)標(biāo)海塘安全；3）斷面設(shè)計(jì)做到經(jīng)濟(jì)合理，施工方便;4）與周圍環(huán)境及規(guī)劃相適應(yīng)。

4 海塘達(dá)標(biāo)斷面比選

根據(jù)分析計(jì)算現(xiàn)狀堤防存在的主要問題是防浪墻頂高程不滿足達(dá)標(biāo)要求。

達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)的總體思路為：

a 被動(dòng)加高堤頂高程：在現(xiàn)狀大堤基礎(chǔ)上培高培寬堤頂與增加防浪墻頂高程。

b 主動(dòng)采取工程消浪措施消減波能，減小波浪的爬高，進(jìn)而降低堤頂高程，工程消浪措施可采用：消浪平臺(tái)、反弧形結(jié)構(gòu)、消力齒（墩）、灌砌外凸塊石或階梯差動(dòng)護(hù)坡、預(yù)制混凝土異型塊體等，堤前可采用潛堤或植物消浪。

由于被動(dòng)加高堤頂高程存在新老堤身接觸不牢固，易產(chǎn)生不均勻沉降等風(fēng)險(xiǎn)，且施工要求較高，需要外來土方。因此，設(shè)計(jì)方案宜從主動(dòng)采取工程消浪措施入手，根據(jù)本海塘段的實(shí)際情況，考慮工程實(shí)施的可行性擬定了下面兩種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選：

方案一：設(shè)置潛堤進(jìn)行消浪，減小波浪的影響

假設(shè)堤前設(shè)置頂高5.5m，寬5.0m的潛堤，根據(jù)《海堤規(guī)范》附錄E有關(guān)公式計(jì)算有效波高的折減系數(shù)為0.60，采用原結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行復(fù)核計(jì)算，堤頂高程仍無法滿足達(dá)標(biāo)要求，仍需采取其它措施進(jìn)行消浪，此方案造價(jià)勢(shì)必會(huì)大大增加，因此設(shè)置潛堤的方案不可行。

方案二：斜坡加糙進(jìn)行消浪，減小波浪爬高

比柵欄板護(hù)坡糙率系數(shù)更小的有扭工字塊體（安放二層）0.38、四角錐體（安放兩層）0.40和翼型塊體0.38，本工程選用糙率系數(shù)最小的翼型塊體進(jìn)行加糙。翼型塊體鋪設(shè)于下坡。翼型塊體重量采用2t重，上坡保留原完好的柵欄板護(hù)坡。加權(quán)計(jì)算后，糙率系數(shù)為0.40。經(jīng)計(jì)算，堤頂高程計(jì)算值為9.39m，按照防浪墻凈高1.2m計(jì)算，堤頂?shù)缆犯叱虨?.19m，比現(xiàn)狀堤頂高程高出0.84m，如按此方案實(shí)施勢(shì)必要加寬堤身，且與周圍道路與場(chǎng)地銜接也較困難，根據(jù)上文的分析此方案已排除。

根據(jù)分析及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)一步減小堤頂高程的方法還有：a設(shè)置深弧防浪，b加寬消浪平臺(tái)。下面繼續(xù)對(duì)這兩種方案進(jìn)行比選，形成方案三和方案四

方案三：加寬消浪平臺(tái)+2t翼型塊體加糙

通過計(jì)算，消浪平臺(tái)加寬至20m才可以有效減少波浪的爬高，現(xiàn)狀防浪墻可以加以利用保留，但是加寬平臺(tái)寬度過大，如按此方案實(shí)施將要拆除原外坡下坡結(jié)構(gòu)護(hù)面等結(jié)構(gòu)，新增充砂管袋棱體結(jié)構(gòu)及護(hù)坡結(jié)構(gòu)，造價(jià)將大幅增加，此方案在經(jīng)濟(jì)上較不合理。

方案四：深弧型防浪墻+2t翼型塊體加糙

拆除原防浪墻后，新建深弧形防浪墻。根據(jù)上海市工程經(jīng)驗(yàn)和物理模型試驗(yàn)成果，按不允許越浪設(shè)計(jì)的堤防，采用深弧型防浪墻堤頂高程可降低0.5m以上。因此考慮設(shè)置深弧型防浪墻后堤頂高程減少0.5m，取8.9m，堤頂?shù)缆犯叱虨?.70m，道路基層基本位于現(xiàn)狀堤頂?shù)缆芬幌?.3m，路槽開挖土方可用作路肩回填。

根據(jù)以上方案分析可以得出方案四深弧型防浪墻+2t翼型塊體加糙較為合理，綜上本達(dá)標(biāo)建設(shè)采用方案四的結(jié)構(gòu)形式。如下圖2所示。

圖2 海塘達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)斷面圖

5 結(jié)束語

本文僅從理論計(jì)算的角度，通過方案的論證比選確定了海塘的達(dá)標(biāo)建設(shè)設(shè)計(jì)斷面，實(shí)際工程中還應(yīng)結(jié)合模型試驗(yàn)驗(yàn)證各計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，隨著城市化的發(fā)展，海塘達(dá)標(biāo)建設(shè)還應(yīng)充分考慮與周圍規(guī)劃以及環(huán)境的相容性，滿足城市發(fā)展的多功能要求。