濱海護岸工程設計特點及計算研究

薛國強

(廈門市國水水務咨詢有限公司 福建廈門 361015)

1 工程概況

五緣灣(舊稱“鐘宅灣”)位于廈門高崎國際機場和翔安海底隧道兩大門戶之間，是廈門島上唯一一塊集水景、溫泉、植被、濕地、海灣等多種自然資源于一身的風水寶地，還有大量的畬族文化等人文景觀。策劃大師王志綱在看過五緣灣之后，把它比做臺灣校園歌曲中的“外婆的澎湖灣”。他說，走過中國大陸許多海灣城市，還沒見過這么好的海。

圖1 五緣灣清淤整治及環灣旅游休閑道路工程鳥瞰效果圖

五緣灣清淤整治及環灣旅游休閑道路工程地點位于廈門本島東北部五緣灣(舊稱“鐘宅灣”)如圖1所示。建設規模為：經開挖清淤后灣內水域面積約為1.66km2，納潮口大橋內水域總面積為2.69km2。開挖方量615.23萬m3；回填土方435.0萬m3，形成陸域面積169hm2；環灣護岸長18 880m；低水位壩長690m；環灣道路長14 850m；長70m以上橋梁共3座，橋梁共長450m[1]。

工程自2004年起開始可行性研究設計，并經方案設計、初步設計和施工圖設計等一系列設計過程；于2006年上半年完成施工圖設計，并于2009年主體工程基本建設完成，是廈門市重點工程。筆者當年有幸參與該項目設計，特別是其中的B、C標段(該工程護岸共分A、B、C 3個標段)護岸工程設計。本文主要結合五緣灣清淤整治及環灣旅游休閑道路工程護岸設計，談談筆者對濱海護岸工程結構類型、銜接段的處理、設計特點及計算研究，以及對土壓力計算破裂角的選擇；對水壓力、浮托力、滲透壓力、揚壓力、波浪力、上部荷載等作用力及整體建筑結構力學體系考慮提出自己的看法，以期為類似濱海景觀護岸工程設計提供參考和借鑒。

2 護岸主要結構類型

該工程B、C標段護岸結構形式可以分為兩大類，即直立式護岸和斜坡式護岸。其中，又因護岸頂面高程、疊層平臺的設置、斜坡坡度及坡面數量不同而有多種不同的護岸結構形式。護岸整個景觀布置跟護岸外觀剖面尺寸系根據景觀要求進行設計。局部段如島嶼、水閘附近由于受水流、地形條件的影響，設計將原有的景觀方案由斜坡式改為了直立式結構，起到了良好的工程效果。

2.1 直立式和斜坡式護岸主要特點

直立式護岸，采用漿砌塊石外加鑲面條石砌筑而成，也叫硬式護岸，具有外觀美觀大方、擋浪效果好，不易形成爬坡，同時可形成較大的水域面積，但岸壁前波浪反射嚴重，影響水流穩定及船舶泊穩。因此，對波浪掩護不好的區域，應做適當的消浪措施。同時，直立式護岸需要較大的石方量，工作量大，采用人工砌筑、施工進度較慢，需設置沉降縫，造價高，地基承載力要求也較高。

斜坡式護岸，采用回填或自然理坡，外加干砌塊石護面，或者直接草皮護坡護面，也叫軟式護岸，同樣具有觀賞性，但擋浪效果較差，易形成爬坡，同時可形成的水域面積較小。相對直立式護岸而言，需要較少的石方量，工作量小，施工可采用土方挖掘、回填機械全線同時推進，施工簡便、進度較快，無須設置沉降縫，造價低。地基承載力要求也相對較低。

2.2 直立式和斜坡式護岸適用情況

該工程B、C標段而言，應景觀規劃及水流條件影響要求，直立式護岸多用于閘壩進出口、島嶼附近及五圓邀月等景觀平臺段外，其余則多采用斜坡式護岸，達到自然、和諧的統一。

2.3 直立式和斜坡式護岸主要施工步驟

(1)直立式護岸結構施工

基槽開挖→回填基槽塊石并碾壓→漿砌塊石擋土墻(條石鑲面)→回填墻后塊石棱體、二片石、倒濾層及回填土→護欄施工。

(2)斜坡式護岸結構施工

基槽開挖→拋理護腳棱體塊石和護底塊石→坡體填土→坡面二片石墊層→混合倒濾層施工。

2.4 列舉說明

該工程B標段護岸，根據高程、結構形式、斜坡坡度的不同共有12種結構形式，其護岸高程變化從5.5m～1.2m變化不等，其中直立式護岸7種，斜坡式護岸5種；C標段護岸根據高程、結構形式、斜坡坡度的不同，共有18種結構形式，護岸高程變化從5.0m～1.2m變化不等，其中直立式護岸11種，斜坡式護岸7種。為了更清楚地表達該工程B、C標段的護岸結構形式，筆者就直立式和斜坡式護岸分別列舉一個典型斷面——B標段的B1-B1及B2-B2斷面進行介紹如下。

(1)B1-B1護岸

該段為漿砌塊石直立式護岸結構，墻頂高程為5.5m，護岸前沿線與護岸定位線重合，沿護岸定位線后方依次布置3m寬的環灣木鋪地步行道、5m寬的景觀帶和3m寬的電瓶車道，頂面高程為5.5m；再接一寬7m、坡度為5%背景綠化帶。而后，預留一寬1m的預留帶后，以1∶3的坡度放坡到后方陸域，回填高程7.0m。護岸擋墻墻底高程為-1.5m，墻高7.0m，面坡為1∶0.2，背坡為1∶0.2，擋墻設有前后趾，前趾寬0.26m，高1.3m；后趾寬0.65m，高1.3m。上部結構為C20現澆混凝土壓頂，寬1.5m，高0.6m。墻后為10～100Kg塊石棱體、二片石及混合倒濾層。平臺處欄桿結構為A型花崗巖欄桿結構。墻頂寬1.5m，底寬4.25m，墻身迎水面用條石鑲面至高程0.7m。由于該處位于水閘閘口附近，水流流速相對較大，墻前設拋理塊石護底，寬7m，厚0.5m，護底塊石的底面高程為-2.5m，與灣內底面高程一致。

該斷面適用于樁號K0+900～K1+050段護岸。

(2)B2-B2護岸

該段為斜坡式護岸結構，護岸定位線處坡頂高程4.0m，護岸定位線前留50cm平臺后直接以1∶2坡度放坡至高程-1.5m(其面層結構由景觀公司設計)，壓腳塊石棱體頂寬3.5m，厚1m，以1∶1.5坡度放坡至中灣清淤底高程-2.5m。沿護岸定位線后方有一寬2.5m高程為4.0m的平臺，以1∶2的坡度放坡至頂高程5.0m，在5.0m高程設一寬6.0m的平臺后再接一寬7m、坡度為5%的背景綠化帶。而后，預留一寬1m的預留帶后，以1∶3的坡度放坡至后方陸域，回填高程7.0m。

該斷面適用于樁號K1+060～K1+642段護岸。其中，K1+266～K1+274屬于1號人行橋橋臺范圍，K1+388～K1+394屬于2號涵洞范圍，施工時應注意護岸與橋臺或涵洞的銜接。

B1-B1斷面和B2-B2斷面之間采用錐坡過渡，錐坡起坡點在K1+170。K1+170～K1+160擋墻頂高程不變，底高程K1+170～K1+165為-0.5m、K1+165～K1+160為-2.5m。K1+160～K1+150之間擋墻基礎高程保持不變，采用變化混凝土壓頂高程的方式過渡。

3 護岸結構計算書編制要求及規范性

對于該工程B、C標段護岸工程，分別對所有斜坡式、直立式護岸按不同高程、斷面形式分別依照施工期、使用期、地震期按不同的設計水位對護岸整體穩定、地基應力、斜坡塊石厚度及穩定、沉降等按規范要求進行計算，并根據計算結果，對標準斷面形式進行擬定。設計計算書是設計成果的重要組成部分，是工程結構設計的依據，也是整個工程設計過程中最具理論技術核心的部分，而規范設計計算書的編制，保證設計計算書能滿足校審、歸檔的要求，確保計算采用的工況、理論的準確性則是提高設計產品質量的關鍵。在各工況計算過程中均按《港口及航道護岸工程設計與施工規范》(JTJ300-2000)及設計、施工規范有關要求和公式進行計算。其各計算參數取值符合工程等級標準及有關規范、設計手冊的要求。

合理地借助設計軟件進行輔助設計，將達到事半功倍的效果，但對于工程經驗較為缺乏、整體感性認識不足的設計人員，建議慎重使用設計軟件。因為軟件使用雖具方便快捷的特點，但其具普遍適用性的同時卻相對缺乏針對性和靈活性，很多時候在對結構進行合理的簡化、建立合理的力學體系的同時，容易疏忽出錯、且不易察覺。而且，對于不同的工程情況，其所采用的理論也是有所區別。比如，在進行土壓力計算時，應首先判斷產生的是主動土壓力還是被動土壓力，是否形成第二破裂面[2]；針對不同的墻背情況和不同的墻后回填料，其所采用的理論也有郎肯理論和庫侖理論之分[3]；在整體穩定計算中，也不是一味地采用圓弧滑動面進行計算，而是應根據地質、地貌，軟弱土層的厚度、埋藏深度及夾層情況區別對待[4]?？赡墚a生圓弧滑動、也可能產生淺層或深層剪切滑動破壞，對于不同等級的建筑物，其設計參數又有所區別。而對水壓力、浮托力、滲透壓力、揚壓力、波浪力、上部荷載等作用力及整體建筑結構力學體系考慮的不周或疏忽，甚至細節設計(如回填材料、排水設施、滲透壓力、揚壓力的消除等)處理不當，也都將可能導致工程設計的失敗。

4 護岸結構銜接處理主要類型

該工程B、C標段護岸結構間的銜接，主要有不同高程結構形式直立式與直立式護岸間的銜接，不同高程結構形式直立式與斜坡式護岸間的銜接，及不同高程結構形式斜坡式與斜坡式護岸間的銜接。其銜接處理方式多樣靈活，可以是直接放坡順接、也可以采取錐坡的形式，還可以是采取圓弧漸變甚至是空間扭曲面(此類相對設計、施工復雜，多用于水閘進出口翼墻等對水流流態，防氣蝕要求高的構筑物，護岸一般較少采用)等多種過渡段連接的形式，不一而足，但總的原則是在保證護岸結構穩定安全和符合設計、施工規范，滿足工程功能、景觀要求的前提下，力求結合現場地形、地貌，做到施工方便、簡潔、大方，與整體護岸協調統一、銜接順暢。筆者認為，水運工程復雜多變，每個工程所處的環境條件、地質地貌、功能要求及實際情況也不盡相同，任何生搬硬套的做法都是不可取的，更多的主要還是應該在今后的工程實踐中結合具體工程實際情況多加體會、靈活運用。

5 干地施工護岸結構的設計特點

該工程B、C標段護岸利用原有鐘宅老海堤進行灣外擋水，具備了干地施工的條件，應該說對于護岸的施工是創造了一個很好的施工條件，省去了為滿足干地施工條件常規護岸設計施工所必須的臨時圍堰工程；對于護岸施工質量的控制也能夠起到更好的保障，應該是該工程的一大有利因素。但也正因為干地施工，導致施工期間護岸產生的地基應力相對較大，是其不利因素。該工程中由于多處地段地質情況較好(多為殘積粘性土)，承載力較高，雖局部區域存在少量淤泥軟弱地段，但相對厚度不大，埋深較淺，經設計對地基進行常規技術處理后，均能滿足護岸對地基承載力的要求。

6 結語

濱海護岸工程結構類型、銜接段的處理、設計特點及計算，在設計中應充分結合規劃、區域現狀、周邊銜接、水文、地質等相關自然條件和周邊環境，結合水壓力、浮托力、滲透壓力、揚壓力、波浪力、上部荷載等作用力，以及整體建筑結構力學體系，充分應用土力學、水力學、結構力學、巖土力學、理論力學、材料力學、彈性力學、塑性力學等力學理論，理論與經驗相結合，達到安全、景美、經濟、合理的效果。