日照港退岸還海項目護岸結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計

劉凱捷 曹帥 中交水運規(guī)劃設(shè)計院有限公司

1.項目概況

日照港退岸還海項目是中國第一個退岸還海類的項目，工程位于日照燈塔廣場南側(cè)，現(xiàn)有煤堆場護岸東側(cè)，整治岸線長度1882m。修復(fù)整治區(qū)域以燈塔為界，北邊為自然岸線，南邊為港口工業(yè)岸線，多年來，本區(qū)域作為港口岸線及煤炭堆場，產(chǎn)生的粉塵對周圍環(huán)境造成了負(fù)面影響，使城市景區(qū)與碼頭煤炭作業(yè)區(qū)只有“一墻之隔”，同時該區(qū)域的煤炭堆場護岸也限制了海岸線的生態(tài)功能。日照港退岸還海項目，將本區(qū)域岸線還原為自然海岸線，并設(shè)置人工沙灘等，對區(qū)域環(huán)境及海岸生態(tài)進行修復(fù)。關(guān)于本項目的平面布置與沙灘布置等相關(guān)內(nèi)容，可參考邵鐵政的《日照港退岸還海項目人工沙灘攔沙堤布置研究》一文。

本工程由北到南包含連接平臺護岸、北攔沙堤、隔沙堤1段、隔沙堤2段、潛堤、南護岸及南攔沙堤等部分，各部分根據(jù)水文地質(zhì)等的不同分別采用了不同的護面結(jié)構(gòu)，如扭王字塊，柵欄板，四腳空心方塊以及重力式沉箱等，而工程最北側(cè)的連接平臺護岸，其緊鄰燈塔景區(qū)，而且其軸線特征、水深等條件均與其他部分不同，設(shè)計要求較高，本文就連接平臺護岸曲線段部分的護面結(jié)構(gòu)選擇進行詳細(xì)分析及優(yōu)化設(shè)計。

2.設(shè)計條件

2.1 自然條件

本工程連接平臺護岸區(qū)域主要設(shè)計條件如下：

設(shè)計水位：以石臼港區(qū)理論最低潮面為基準(zhǔn)面，極端高水位+5.80m，設(shè)計高水位+4.83 m，設(shè)計低水位+0.57m，極端低水位-0.63m。連接平臺后方陸域設(shè)計標(biāo)高為+8.8m。

波浪條件：連接平臺區(qū)域所受波浪主要為E向及ENE向，極端高水位作用時波浪H=4.6m，H=4.3m，H=3.8m。

工程地質(zhì)：本區(qū)域為強風(fēng)化巖巖面，巖面頂層即地表高程在0～+1.5m之間。

綜合評價：本區(qū)域總體水深較小，巖面較淺，波浪到近海實際會發(fā)生破碎，波高不大，各類護面都可以進行選擇，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較容易滿足；同時，底高程基本接近設(shè)計低水位，大部分時間都可以進行陸上施工等。

2.2 設(shè)計要求

連接平臺護岸位于整治岸線最北側(cè)，分為曲線段和直線段，其中直線段100.8m，曲線段172.8m，共273.6m。直線段較短，軸線為直線且后期兩側(cè)均回填，施工難度較小，因此沿用初步設(shè)計階段方案即可，本文不對其進行討論，僅對曲線段部分進行研究。曲線段設(shè)計要求較高，主要如下：（1）需滿足結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，符合設(shè)計規(guī)范，極限狀態(tài)下，不能發(fā)生失穩(wěn)，護面耐久性符合設(shè)計年限等；（2）曲線段軸線為曲線且曲率較大，設(shè)計時需考慮護面形狀對于曲線軸線的適配性，護面塊體之間不能留有過大的縫隙；（3）區(qū)域水深較淺，水上施工難度大，需要盡量避免水上施工措施；（4）連接平臺護岸位于項目最北側(cè)，與燈塔風(fēng)景區(qū)僅有一墻之隔，要求具備一定的美觀性；（5）工程造價不能過高。因此，對連接平臺護岸進行設(shè)計時，需綜合考量以上五方面因素。

3.方案比選

3.1 連接平臺護岸原設(shè)計方案

連接平臺曲線段護岸，項目初步設(shè)計[3]提出的推薦方案為干砌條石+四腳空心方塊方案。具體結(jié)構(gòu)為：拋填10～100kg塊石形成基床，基床上設(shè)置帶親水平臺的現(xiàn)澆混凝土擋浪墻，擋浪墻頂標(biāo)高+9.80m，親水平臺頂標(biāo)高+6.80m，寬2.50m，其下鋪設(shè)二片石墊層。外坡坡度1：1.5，采用干砌條石護面，下設(shè)碎石墊層和二片石墊層。+3.0m高程處設(shè)置3.90m肩臺，肩臺以下采用5t四腳空心方塊，其下鋪設(shè)200～300kg墊層塊石。內(nèi)坡依次設(shè)二片石墊層及混合倒濾層，并在后方預(yù)留回填區(qū)。護底為200～300kg塊石，寬8.0m。

針對連接平臺的曲線布置及干砌條石護面情況，《海州灣日照港港口岸線退港還海修復(fù)整治工程局部整體波浪物理模型試驗報告》指出：“極端高水位（重現(xiàn)期100a）和設(shè)計高水位100a波浪作用下，設(shè)計斷面的干砌條石和四腳空心方塊發(fā)生失穩(wěn)。”同時，四角空心方塊對于圓弧的適應(yīng)性不強，存在較多縫隙，因此需要設(shè)計新的方案。

3.2 優(yōu)化方案比選

根據(jù)設(shè)計條件，提出以下方案并分析：

（1）扭王字塊方案。扭王字塊在日照地區(qū)應(yīng)用廣泛，施工經(jīng)驗較為豐富，各種規(guī)格的模板擁有較多，且本項目的其他位置如南攔沙堤和南護岸，均采用了扭王字塊作為結(jié)構(gòu)護面。從消浪、塊體穩(wěn)定的角度看，扭王字塊塊體具有優(yōu)勢，從兩噸到十幾噸都有著廣泛的應(yīng)用，適用于不同的水文條件；同時，扭王字塊護面對于彎曲軸線適用性強，可以隨機擺放，曲線軸線狀態(tài)下仍能保持與直線軸線近似的穩(wěn)定性。然而，扭王字塊美觀性稍差，連接平臺區(qū)域緊鄰燈塔景區(qū)，從燈塔景區(qū)的海灘位置向南側(cè)望去，第一眼就是看到的連接平臺護岸區(qū)域，因此，各方認(rèn)為扭王字塊護岸美觀性有一定的欠缺，因此最終不選擇此方案。

（2）扭工字塊/四腳錐體方案。扭工字塊及四腳錐體，本質(zhì)上與扭王字塊相近，其在消浪及穩(wěn)定性上都有一定的優(yōu)勢，在日照石臼、嵐山港區(qū)均已有一定的應(yīng)用，本項目南側(cè)的煤堆場護岸也是應(yīng)用了扭工字塊作為護面塊體。但相比扭王字塊，造價更高，需鋪設(shè)兩層造成塊體數(shù)量更多，同樣也受限于景觀性，因此亦不選用。

（3）柵欄板方案。柵欄板等規(guī)則塊體安放后，表面比較規(guī)整，景觀效果呈現(xiàn)較好，連接平臺護岸直立段的內(nèi)側(cè)就應(yīng)用了柵欄板護面，但柵欄板防浪效果及穩(wěn)定性均相對一般，且因為連接平臺弧度大，會造成柵欄板之間縫隙較大，如補足縫隙可能需要制作異形柵欄板，模板種類多，導(dǎo)致造價提高，施工難度較大，工程進度也會受到影響。因此不采用柵欄板護面方案。

（4）直立式預(yù)制沉箱方案。直立式護岸是普遍被認(rèn)為景觀性較好的方案，其外立面垂直平整，后期也容易進行二次美化。本工程的南攔沙堤最外側(cè)采用了重力式沉箱方案，堤頭位置設(shè)置了老燈塔，景觀效果極佳。且重力式方案耐久性好，穩(wěn)定性和抗浪功能都較好，但是受限于現(xiàn)場水深較淺，施工船舶難以進入進行水上施工作業(yè)，極易擱淺或觸礁，而沉箱單重較大，也不易進行陸上吊裝。同時，曲線軸線也會造成預(yù)制模板復(fù)雜，需要制作異型沉箱，沉箱之間需要額外設(shè)置倒濾腔等，預(yù)制周期也會變長，不利于項目早日建成。重力式方案的造價也是各方案中最高的，因此不選擇重力式護岸方案。

（5）現(xiàn)澆混凝土板方案。現(xiàn)澆混凝土板護面在內(nèi)河航道中應(yīng)用較廣，海港防波堤或護岸應(yīng)用相對較少，這是因為海岸位置一般潮差較大，而護岸大部分時間沒入海水中，難以進行現(xiàn)澆施工，同時其他方案的護面已在海岸防波堤或護岸中有較為成熟的應(yīng)用。但本項目連接平臺曲線段特點與其他項目不同，可以考慮現(xiàn)澆混凝土板方案。本區(qū)域水深基本保證連接平臺底高程在+0.0m以上，現(xiàn)澆混凝土板方案護面底高程在+1.0m以上，而設(shè)計低水位為0.57m，因此現(xiàn)澆混凝土護面易于乘潮施工。相比其他方案，本方案具有較好的美觀性，混凝土外表面也可以進行二次加工做一定的造型，混凝土護面對曲線軸線的適配性較好，不會留有大的縫隙，也較易達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及抗浪的標(biāo)準(zhǔn)?？梢姡炷涟遄o面基本克服了以上其他方案的缺點，對本項目適用。

經(jīng)過綜合比選，最終選擇現(xiàn)澆混凝土板方案。方案具體如下：

連接平臺北側(cè)弧線段：拋填開山石形成堤心，設(shè)置帶親水平臺的現(xiàn)澆混凝土擋浪墻，擋浪墻頂標(biāo)高+8.80m，親水平臺頂標(biāo)高+7.20m，寬2.50m，其下鋪設(shè)二片石墊層。外坡坡度1：2，采用現(xiàn)澆混凝土板護面，護面外層設(shè)頁子石鑲面，其下設(shè)50～100kg塊石墊層。內(nèi)坡依次設(shè)二片石墊層及混合倒濾層，并在后方預(yù)留回填區(qū)。護底采用300～400kg塊石，寬5.0m。

本項目實際施工時，施工單位按照混凝土板方案實施，較迅速的完成了連接平臺護岸的施工，且景觀效果良好，與北側(cè)燈塔景區(qū)融為一體。

4.結(jié)論

圖1 現(xiàn)澆混凝土板斷面圖

日照港退岸還海項目的連接平臺護岸曲線段部分，初步設(shè)計階段的護面結(jié)構(gòu)形式為干砌條石及四腳空心方塊組合護面，經(jīng)物理模型實驗驗證，其在波浪作用下發(fā)生失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不能達到要求。在施工圖設(shè)計階段，我們對連接平臺護岸的結(jié)構(gòu)形式進行了多種形式的比選，考慮多種因素如結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、施工難度、對曲線的適配性、美觀性及造價等，經(jīng)綜合比選，現(xiàn)澆混凝土護面方案結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可以乘潮施工，對曲線軸線適應(yīng)性強，施工較迅速，美觀性好，可以克服其他方案的缺點，因此最終選取現(xiàn)澆混凝土護面方案。本項目連接平臺護岸的優(yōu)化研究，及最終對現(xiàn)澆混凝土板護面結(jié)構(gòu)的選取，對后續(xù)海岸生態(tài)修復(fù)類項目有一定的參考意義。