港口陸域形成工程的圍堤設計

◎ 袁逸凡 寧波中交水運設計研究有限公司

港通四海，陸聯八方。港口是基礎性、樞紐性設施，是浙江沿海經濟發展的重要支撐。作為港口建設的重要基礎組成，完善的港口陸域形成設計方案是項目順利推進的重中之重。采用適宜的圍堤設計方案，將有利于港口工程的后續設計，增強工程建設效率。

1.工程概況

溫州港甌江港區港口陸域形成工程，位于甌江口門處靈昆作業區北岸，屬于填海造地項目。圍墾成陸之后，將作為岸線后方的港區陸域使用。圍墾成陸域面積1616186m2，陸域形成平均設計標高+5.0m。項目共設置東、西兩處圍墾區。該區域為潮間帶、沖海積平原地貌，屬浙東南沿海島嶼區。擬建區域現狀覆蓋有厚層淤泥，工程地質情況不佳，因此需要進行工程地質改善。工程100年一遇設計高水位+3.33m，50年一遇低水位-3.50m，50年一遇高水位為+5.07m，設計低水位-2.73m。圍堤主要來浪方向來自于ENE～ESE，有效波波高為3.16m[1]。該區域土質的主要性質見表1。

表1 溫州港甌江港區港口陸域形成工程土體物理力學指標表

2.港口陸域形成工程的圍堤設計

2.1 工程整體設計

本次考慮采用二級設計方式，提升圍堤工程安全等級，允許越浪量≤0.02m3/(s.m)，波浪設計、防潮（洪）標準為100年一遇。設計荷載上，考慮圍堤內側距離防浪墻前沿線30m范圍內設計荷載20kPa，前沿線30m范圍以外為160k Pa，根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)，擬建區域項目地震基本烈度按照6度開展設防作業，施工荷載考慮10KPa。該工程包括東、西兩處圍墾區，西圍墾區平面為一不規則矩形形態，寬1454.5m，縱深數值為337m～553.5m；東圍墾區為一基本規則矩形形態，寬度2483.4m、縱深400m。西圍墾區新建圍堤長2263.1m，東圍墾區新建圍堤長3336.7m。根據《港口與航道水文規范》（JTS145-2015(2022版））相關規定計算堤頂越浪量，斜坡堤堤頂越浪量測算數值為0.0154m3/s.m，滿足工程規范設計要求[2]。

2.2 地基加固設計

在地基加固設計中，要求根據工程地質特征、地形特征相結合，針對不同的施工區域，進行系統化的分段設計，綜合采取最為適宜的施工方式，并在不同區域設置不同的地基加固參數。本工程考慮采用塑料排水板法進行地基加固，在基底鋪設兩層沖灌砂被墊層，頂高程為+1.0m，考慮施工C型塑料排水板，采用正方形布置方式，排水板間距設置為1.0m。結合穩定與沉降計算情況，設計排水板插打寬度、深度數值。為了進一步增強施工效率，在外層鋪設一層沖灌砂被，高度設置為500mm，砂被頂部鋪設一層280g/m2編織土工布。其上再鋪設500mm厚10～100kg堤心石，并開展分級拋填塊石作業。結合工程施工強度、地基固結情況，逐層進行加高作業，最終達到設計標高[3]。

2.3 堤身設計

港口陸域形成工程堤身采用拋石斜坡堤結構的設計方式，防浪墻設計頂高程為+7.7m，圍堤和側堤堤頂的設計高程為+6.5m，堤頂寬度設計為4.5m。堤頂位置與圍堤內外的高階拋理塊石平臺的坡度設置為1:1.5，后方陸域施工吹填標高+2.0m，拋理塊石平臺設計坡度1：4，陸域形成完工設計高程為+5.0m，堤心回填300kg堤心石，并將含泥量控制在10%以內。

2.4 圍堤整體穩定分析

運用簡化Bishop 法進行穩定計算，根據《海堤工程設計規范》（GB/T 51015-2014）中的相關要求，進行斜坡堤整體穩定性控制與管理，計算施工期、運行期、水位驟降期圓弧滑動面相關數值。選擇總應力法，并采用十字板剪切指標和固結快剪指標進行計算，在施工活動中充分考量到施工強度的增長因素，開展荷載持久性分析，在極端低水位情況下計算斷面整體穩定性，通過各項數據收集與分析，確保施工過程中各斷面抗力分項系數達到標準要求。典型斷面施工期正坡整體穩定計算結果為1.14，使用期1.39，施工期反坡1.18，龍口合龍斷面正坡整體穩定計算結果為1.321，施工期反坡1.127[4]。見圖1。

圖1 溫州港甌江港區港口陸域形成工程穩定計算成果

2.5 圍堤沉降計算分析

每50m 設置線桿，曲線段以20m為間隔設置線桿，對軸線桿進行復檢，優化放樣檢測。軸線放樣采用2寸鋼管，沿軸線方向每50m插兩根桿，插在兩岸邊巖石位置，在鋼管上加設標高，坡腳標也采用插桿標示放樣。觀測圍堤沉降量，采用面層沉降板，沉降板豎管垂直偏位控制在2%以內，沉降板放置之后檢測位置、標高，對沉降板加強保護。根據《水運工程地基設計規范》（JTS147-2017）中的相關規定與要求，運用分層總和法測算總沉降量，采用塑料排水板開展圍堤地基施工，通過計算，軟土層厚從海端向岸端有所減小，工程總體沉降量也逐漸縮小[5]。結合應變固結度計算施工期沉降量，考慮加強對施工活動的控制與管理，部分沉降計算過程中的計算結果如表2所示。

表2 溫州港甌江港區港口陸域形成工程部分沉降計算成果

計算結果顯示，在施工活動中軟土層往往較厚，圍堤沉降量整體較大，計算結果結合實際沉降量實測值得出最終的沉降量。

2.6 推填與細拋施工

為了確保圍堤安全，保證水流從龍口進出，施工中在東、西圍區主堤位置分別設置合龍口，確保施工水流流出。將合龍口布設于主堤中部位置，龍口口門寬度為100m，門寬設置為150m[6]。

優化測量工作，確保推填與細拋施工質量，利用GPS、全站儀、經緯儀保證拋石邊線、高程及坡面符合要求。結合4級建筑物設計龍口結構，在水力計算過程中，堵口期龍口設計流速設置為3.0m/s，內龍口設計流速設置為2.0m/s。在地基處理與圍墾區主堤斷面位置設置龍口，開展插打塑料排水板、沖灌砂被、敷設沖灌砂等各項作業，為了避免龍口區域被沖刷，在砂被上鋪設大塊石護面。采用1200mm厚、600kg以上大塊石布設底部位置，設計頂標高4.2m；采用200～300kg塊石布置合龍堵口，并將500～700kg大塊石布設于主堤100m范圍內、龍口兩側邊坡位置，進一步強化龍口保護。使用梅花挖泥法進行疏浚作業，用斗容較大的平口抓斗，分3段，每段50m分段施工。考慮到挖槽寬度超過挖泥船最大挖寬，采用分條施工方式，分3條，每條16m。由于邊坡泥層較厚，結合現狀土質類型，船舶抓斗分層施工。上部分層較厚，下部土層相對較薄，放慢橫移速度，加強超深、超寬控制。分層厚度設置為1.0m。開挖土方經過自航泥駁運至圍堰內。運用GPS定位系統進行施工控制，利用水砣跟蹤水深測量，運用測深儀進行校核[7]。見圖2。

圖2 溫州港甌江港區港口陸域形成工程挖泥法示意圖

施工邊坡為1:3，臺階施工按照上欠下超、超欠平衡的原則進行作業。邊坡臺階土體基于自重和動水作用，確保自然坍塌后的邊坡仍符合設計坡度。結合工程地質情況與試挖結果進行適時調整。施工中要求全面掌握掌握水深、平整度及工程進度情況，促進施工活動處于良性控制狀態。結合《水運工程測量規范》（JTS 131-2012）、《水運工程測量質量檢驗標準》（JTS 258-2008）中的相關標準與要求進行測量作業。水深檢查測量每5～10天開展一次，單頻與水砣相結合的方式進行測量，以此指導工程施工作業[8]。

2.7 塊石拋填高度控制與拋石質量控制

拋填堤心石作業采用爆破擠淤工藝，通過超高控制，以增強爆破擠淤作業效果。在施工作業前拋填一次成形，爆破后補拋，補拋后再優化作業打到堤頂設計高程。作業中對堤身進行沉降觀測，并運用挖掘機進行修整，確保各圍堤斷面達到設計要求。加強塊石拋填的邊坡控制，確保每一段圍堤成形后其邊坡高程都適當超出設計標高。沉降觀測作業完成之后，在確保堤身結構整體穩定性的前提之下進行測量檢驗，并采用人工配合挖掘機進行修坡，保證拋石邊坡質量。選擇級配均勻，含泥量小于5%的混合石料，單塊石料重量5～200kg。施工中加強對石料強度、級配、規格、含泥量的控制與管理。堤身斷面平均輪廓線略大于設計斷面。加強控制點的測量與定位，爆前爆后加強標高與斷面測量工作[9]。

2.8 其余施工要點

港口陸域形成工程圍堤施工過程中，應當加強對施工順序的把控，采取適宜的施工方式與手段。結合施工目標與要求，測量放線，在工程施工區域鋪設兩層沖灌袋裝砂墊層，結合施工需求打設塑料排水板，覆蓋針刺編織工布、施工軟體排，鋪設沖灌袋裝砂，間隔分級回填堤心石至+4.0m；后方陸域形成吹填至+2.0m，鋪設碎石墊層，鋪設反濾土工布，堤頂寬度設置為6.5m，回填完成同時地基基本穩定之后安放扭王塊護面，并擋浪墻砌筑作業及堤頂路面施工。加強港口陸域形成工程施工進度的管理與控制，結合工程施工周期進行工程布設與組織，保證各項工序銜接適宜。優化斷面流水作業，增強工程地基的穩定性，在保證地基符合要求的前提之下再進行施工作業與管理，確保固結時間足夠。增強地基加固質量，在施工過程中進行必要的施工監測與控制，具體監測項目包括土體側向位移觀測、擋浪墻沉降觀測、土體沉降觀測、隔堤前沿水深觀測等，根據項目建設實際情況進行綜合設計與管理，增強圍堤設計與施工的整體效益[10]。

3.結束語

港口陸域形成工程設計過程中應當結合工程區域地形、地質情況，全面考慮設計作業中的各項細節，結合地勘指標計算整體穩定系數、應變固結度計算施工期沉降量，確保圍堤安全。促施工水流流出。采用插打塑料排水板、沖灌砂被、敷設沖灌砂等適宜的施工工藝，提高施工作業的效果。