道路與海堤結(jié)合設(shè)計方案分析

黃耘翰

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福州 350004）

1 工程概況

擬建道路等級為二級公路(兼具市政功能),設(shè)計速度為60km/h,道路標準寬度為44.5m,雙向八車道。擬建道路東側(cè)新建海堤2061m。

2 項目背景

擬建道路西側(cè)為已經(jīng)形成的物流園區(qū)陸域, 陸域臨海側(cè)現(xiàn)已有護岸結(jié)構(gòu)設(shè)施。 其中,現(xiàn)有護岸在本工程K0+970～K2+040 段采用斜坡式,堤心為回填粘土,護面采用柵欄板護面塊體,K2+040～K2+652 段現(xiàn)有護岸采用現(xiàn)澆混凝土直墻式結(jié)構(gòu)。 目前存在以下問題：

(1)現(xiàn)有陸域護岸(防浪)結(jié)構(gòu)均在用海紅線外側(cè),超出用海紅線范圍,不符合用海批復(fù),需進行拆除。(2)根據(jù)現(xiàn)場踏勘情況,現(xiàn)有柵欄板護面、擋浪墻等防浪結(jié)構(gòu)設(shè)計標準不明確,現(xiàn)狀損壞較為嚴重,坡腳淘刷嚴重。 (3)墻后的回填陸域出現(xiàn)較多塌陷、沉降和漏砂現(xiàn)象。(4)陸域及擋浪墻頂高程不滿足50 年一遇防浪要求。(5)根據(jù)地質(zhì)勘察報告,現(xiàn)狀已有護岸下粉細砂層為中等-嚴重液化,對原結(jié)構(gòu)安全不利。

綜上所述,現(xiàn)有護岸(防浪)結(jié)構(gòu)不能滿足臨海路基的防浪要求, 需全部拆除并進行該臨海段路基的防浪結(jié)構(gòu)設(shè)計。

3 道路與海堤結(jié)合設(shè)計主要問題

本工程將道路與新建海堤結(jié)合設(shè)計, 主要面臨以下幾個問題。

(1)縱坡不協(xié)調(diào)的問題

海堤及海堤檢修道(濱海景觀道)通常采用零坡,無坡度變化,而道路為保證排水,一般設(shè)置上下起伏的縱坡,道路與海堤結(jié)合設(shè)計需解決縱坡不協(xié)調(diào)的問題。

(2)道路斷面布設(shè)問題

道路右側(cè)臨近海岸線,左側(cè)為保稅區(qū),為集約用地,減少道路及海堤占地,且滿足道路使用功能需求,需合理布置道路斷面。

(3)海堤形式選擇

為減少占用土地,同時考慮項目造價及海堤美觀效果,本工程在不同段落分別采用斜坡式海堤與直立式海堤。

4 道路方案設(shè)計

4.1 道路橫斷面布置

在道路與海堤結(jié)合設(shè)計段,斷面布置如下：

44.5～51.5m=4.0m 人 行 道+16m 機 動 車 道+2.5m 中央分隔帶+16m 機動車道+0～7m 綠化帶+6m 濱海景觀道(圖1）。

圖1 道路斷面布置

為減少占地,本次在道路左側(cè)設(shè)置人行道,道路右側(cè)不設(shè)置專用人行道, 而是將海堤檢修道改造為濱海景觀道,作為非機動車與行人通行的道路,讓行人能夠更好地觀賞沿線的海景。

4.2 道路平面方案設(shè)計

道路平面沿著海岸線展線,為減少占地,在控制道路東側(cè)新建海堤不超過海岸線的前提下, 線位盡可能向東側(cè)布線(圖2)。

為解決道路主線與海堤檢修道之間因縱坡不協(xié)調(diào)而造成的高差問題, 道路與濱海景觀道采用左右幅雙線設(shè)計,并在道路主車道與海堤檢修道(濱海景觀道)之間設(shè)置7m 的綠化帶。 由于海堤后方需設(shè)置倒濾層,無法布設(shè)管線,管線可布設(shè)于7m 綠化帶中。

圖2 道路平面圖

4.3 道路縱斷面方案設(shè)計

區(qū)域防潮(洪)標準為50 年一遇,排澇標準為20 年一遇,主要防潮(洪)建筑物的級別為2 級。

本工程西側(cè)規(guī)劃為近期開發(fā)的港口物流園區(qū), 東側(cè)臨海。 本階段本工程道路需兼顧臨海防護功能。

(1)堤頂(擋浪墻頂)高程

根據(jù) 《港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》(JTJ 300-1-2000)第4.2.2.2 條規(guī)定,不允許上浪的沿海港口護岸,岸頂高程經(jīng)計算確定,本工程不允許上浪的路堤擋浪墻頂高程為7.5m。

(2)路面頂高程

考慮到本工程右側(cè)已設(shè)置防浪結(jié)構(gòu), 路面設(shè)計標高不考慮波浪侵襲高度, 路面最低標高=50 年一遇高潮位+0.5=4.8+0.5＝5.3m。

本工程縱斷面采用二級公路標準, 結(jié)合片區(qū)道路規(guī)劃標高進行拉坡設(shè)計。 道路豎向起伏較小, 高程在5.5～8.19m 波動。

5 海堤方案設(shè)計

5.1 海堤的安全等級

本工程海堤安全等級為Ⅱ級, 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)γ0取1.0,設(shè)計使用年限為50 年。

海堤的等級和標準見表1。

表1 海堤的等級和標準

5.2 設(shè)計荷載

(1)恒載：結(jié)構(gòu)物自重；

(2)均載：海堤前沿線往后13m 范圍內(nèi)10kN/m2,13m以外范圍按公路-Ⅰ級；

(3)流動機械荷載：施工設(shè)備、20t 自卸汽車；

(4)波浪荷載；

(5)地震荷載：按地震基本烈度7 度(重力加速度0.15g)設(shè)防。

5.3 水文條件

(1)設(shè)計水位(高程基準：85 國家高程)

設(shè)計高水位 +3.17m(高潮累積頻率10%)

設(shè)計低水位 -2.67m(低潮累積頻率90%)

極端高水位 +4.80m (重現(xiàn)期50 年一遇年極值高水位)

極端低水位 -3.73m (重現(xiàn)期50 年一遇年極值低水位)

100 年一遇高潮位 +4.98m

(2)波浪

極端高水位NE (ENE) 向50 年一遇H1%=4.18m,L=62.10m,T=7.8s。

5.4 海堤結(jié)構(gòu)型式比選

海堤結(jié)構(gòu)根據(jù)其所處的地理位置、保護的對象、地形地質(zhì)條件、筑堤材料、潮汐、水流、風(fēng)浪特性、施工條件、運營管理、環(huán)境景觀及工程造價等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較,綜合選定。

目前國內(nèi)外沿海灘涂實施的海堤工程斷面形式較多,但根據(jù)其幾何外形大致可分為斜坡式、直立式和混合式三種基本形式。 斜坡式海堤由堤身和外坡護面所組成,其特點是外坡坡度較緩,外坡護面砌體依附于堤身,其斜面能使波浪的能量消散,反射波小,堤頂可設(shè)較矮小的擋浪墻；直立式(亦稱陡墻式)海堤由堤身和重力式防護墻所組成,其特點是外坡坡度較陡,墻面能反射波浪的能量；混合式海堤是斜坡式與直立式的結(jié)合型式, 如下坡緩上坡陡(或下坡陡上坡緩)的折坡式,詳見表2。

表2 海堤型式比較表

根據(jù)本工程臨海路基所在位置的地質(zhì)、 波浪等自然條件,宜采用整體性好、對灘涂地基和波浪條件適應(yīng)性較好、造價較低的斜坡式結(jié)構(gòu)。由于局部臨海路基邊坡前沿線距原陸域用海紅線較近, 為避免海堤坡腳線超出用海紅線范圍,在道路轉(zhuǎn)彎處采用直立式結(jié)構(gòu)型式,其余結(jié)構(gòu)段采用斜坡式結(jié)構(gòu)。

5.4 海堤方案設(shè)計

本工程海堤總長2061m,根據(jù)地形、地質(zhì)、水文波浪等自然條件以及用海紅線位置分為兩種結(jié)構(gòu)。 臨海路基邊坡前沿線距用海紅線較近的結(jié)構(gòu)段采用直立式結(jié)構(gòu),其余結(jié)構(gòu)段采用斜坡式結(jié)構(gòu), 并確保坡腳線不超出用海紅線。

(1)直立式結(jié)構(gòu)

圖3 直立式海堤

本工程在彎道處采用直立式結(jié)構(gòu), 直立式擋墻頂高程+6.3m,擋墻外側(cè)坡度為10:1 內(nèi)側(cè)坡度為2:1,擋墻上設(shè)置現(xiàn)澆C30 混凝土擋浪墻,擋浪墻頂高程+7.5m(圖3)。 需先將基礎(chǔ)開挖至高程+0.0m 處,進行振沖密實并鋪筑碎石墊層厚300mm 后進行直立式擋墻主體施工。直立式擋墻下依次設(shè)置現(xiàn)澆C20 素砼墊層厚450mm、 碎石墊層厚300mm 和10～100kg 拋石基床厚1000mm。 擋墻后側(cè)為10～300kg 拋石棱體,拋石棱體后側(cè)設(shè)置倒濾層,倒濾層由二片石墊層厚500mm、5～100mm 碎石墊層厚600mm 及鋪設(shè)400g/m2土工布一層組成。堤身外側(cè)護面采用1.5t 的四腳空心方塊,坡度1:2,護面層下設(shè)置80～150kg 塊石墊層厚750mm,坡腳處設(shè)350～450kg 拋石棱體。 堤頂景觀道寬6m, 面層結(jié)構(gòu)自上而下依次為現(xiàn)澆C30 混凝土面層厚250mm、5%水泥穩(wěn)定碎石層厚250mm、 級配碎石墊層厚200mm。 基礎(chǔ)下粉細砂層液化采用添加粗顆粒振沖密實法處理,振沖點按正三角形布置,間距2m。 地基處理方式為振沖密實。

(2)斜坡式結(jié)構(gòu)

道路除彎道段采用直立式海堤外,其余段落均采用斜坡式袋裝砂被堤結(jié)構(gòu),堤身由充填袋裝砂被形成,需先將基礎(chǔ)開挖至+0.0m 并進行地基處理后直接填筑堤身(圖4)。 堤頂高程+6.3m,臨海側(cè)設(shè)置現(xiàn)澆C30 混凝土擋浪墻,擋浪墻頂高程+7.5m。 堤身外側(cè)坡度1:2,護面采用1.5t或2.5t 的四腳空心方塊,護面層下設(shè)置80～150kg 塊石厚750mm、 袋裝碎石墊層厚300mm 和400g/m2的土工布各一層, 坡腳設(shè)350～450kg 拋石棱體, 拋石棱體頂高程+2.5m,坡底處設(shè)置100～150kg 塊石護底厚750mm,拋石棱體和護底下設(shè)置碎石墊層厚300mm。 堤頂景觀道寬6m,面層結(jié)構(gòu)自上而下依次為現(xiàn)澆C30 混凝土面層厚250mm、5%水泥穩(wěn)定碎石層厚250mm、 級配碎石墊層厚200mm。 基礎(chǔ)下粉細砂層液化采用添加粗顆粒振沖密實法處理,振沖點按正三角形布置,間距2m。 地基處理方式為振沖密實。

圖4 斜坡式海堤

6 路堤結(jié)合設(shè)計建議

(1)道路與海堤檢修道建議采用雙線設(shè)計,并在二者之間設(shè)置綠化帶,作為高差變化過渡帶,同時作為管線布設(shè)位置。

(2)道路設(shè)計標高需滿足防洪排澇要求,建議控制道路標高在最高潮水位+0.5 m 安全高度以上。

(3)在條件允許的情況下,盡量采用斜坡式海堤。 當條件受限采用直立式海堤時,應(yīng)計算驗證海堤的抗滑、抗傾穩(wěn)定性。