楊國(guó)瑞 成 棟 田寶國(guó) 淳于銘

濰坊海河路人工島島壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊國(guó)瑞 成 棟 田寶國(guó) 淳于銘

（山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 山東濟(jì)南 250013）

人工島所處位置為濰坊沿海防潮堤內(nèi)的灘涂，建成后作為建設(shè)用地使用，根據(jù)場(chǎng)區(qū)地形地質(zhì)特點(diǎn)，本文從安全、經(jīng)濟(jì)、施工方便等方面綜合考慮，確定了島壁高程及充砂模袋島壁型式，對(duì)島壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及施工工藝等進(jìn)行了分析闡述。

人工島 島壁 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)

1 工程概況

海河路人工島工程地處濰坊濱海經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，位于50km2海域的歡樂海內(nèi)。海河路人工島西側(cè)為白浪河，東側(cè)為歡樂海，南起龍震大壩，北至防潮堤，長(zhǎng)約3.5km，主要由4個(gè)人工島及島間交通道路等組成，人工島總面積約2km2。人工島及海河路工程等別為Ⅱ等，建筑物級(jí)別均為2級(jí)。

2 設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料

2.1水文

工程區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，多年平均降水量為581.2mm，主要集中在汛期。常風(fēng)向?yàn)镾SE向，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹E向，風(fēng)力最大達(dá)11級(jí)。白浪河入?？谔?年一遇最大泄量1120m3/s，20年一遇最大泄量1855m3/s，50年一遇最大泄量2605m3/s，100年一遇最大泄量2971m3/s。

工程區(qū)北側(cè)防潮堤外即為渤海灣，其潮水位情況見表1。

表1 渤海灣特征潮水位表

表2 土的主要物理力學(xué)性指標(biāo)一覽表

2.2工程地質(zhì)

工程所處位置為全新世最后一次海侵形成的淤積型粉砂質(zhì)平原海岸，總體西高東低，南高北低，地面高程-1.27～-0.78m。場(chǎng)區(qū)地層均為第四系全新統(tǒng)地層，自上而下包括粉砂、壤土、砂壤土等。26

①層粉砂，結(jié)構(gòu)松散，具中等透水性，抗沖1刷能力差，層厚9.60～11.50m，承載力特征值80 kPa；①-1層壤土，軟可塑，有機(jī)質(zhì)含量較高，層厚0.20～0.60m，具高壓縮性；②層壤土，可塑，局部軟塑，層厚3.10～4.80m，承載力特征值150kPa；③層以下為砂壤土、壤土互層。各層土的主要物理力學(xué)指標(biāo)見表2。

場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.40s，相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅶ度。①層粉砂存在液化可能性，該層允許水力比降可采用0.20，抗沖允許平均流速0.40m/s。場(chǎng)區(qū)環(huán)境水PH值為7.3，礦化度為24642.8mg/L，全硬度為5840.8mg/L，游離CO2為24.2mg/L，對(duì)普通混凝土具有結(jié)晶型硫酸鹽型強(qiáng)腐蝕性。

3 島壁高程的確定

海河路人工島工程位于沿海防潮堤內(nèi)，規(guī)劃為建設(shè)用地，人工島地面高程需在滿足防洪、防潮要求的前提下，考慮總體規(guī)劃及植物生長(zhǎng)需要等綜合因素確定。歡樂海內(nèi)泥面高程約-0.4m，水位高程一般為0.5～1.5m，為滿足植物生長(zhǎng)需要，地面高程一般高于水面2.0m，同時(shí)參考商務(wù)區(qū)地面高程，人工島島內(nèi)吹填地面高程推薦采用4.0m。

人工島位于防潮堤內(nèi)，與外海僅通過防潮閘連通，受外海潮水位影響較小，島壁高程主要根據(jù)白浪河洪水位及歡樂海水位分部位確定。白浪河側(cè)島壁高程，根據(jù)白浪河50年一遇設(shè)計(jì)洪水位2.44m，堤頂超高按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50826—98）的有關(guān)規(guī)定，按不允許越浪計(jì)算，計(jì)入設(shè)計(jì)波浪爬高、風(fēng)壅增水高度、安全加高，堤頂超高為2.81m，白浪河側(cè)島壁高程計(jì)算值為5.25m，采用1.0m高防浪墻，島壁頂高程取4.3m。歡樂海側(cè)島壁高程的計(jì)算，歡樂海水位1.5m，同樣按不允許越浪計(jì)算，堤頂超高2.34m，堤頂高程計(jì)算值為3.84m，取用4.0m。

4 人工島島壁型式選擇

人工島的歷史可追溯至史前，目前已遍布世界各地。島身填筑，一般為先圍后填或先填后護(hù)，先圍后填的施工方案采用較多，先將人工島水域用島壁（或稱堤壩）圍起來再進(jìn)行拋填或吹填。目前人工島島壁的結(jié)構(gòu)形式主要有拋石堤、充砂模袋堤、沉箱、沉井、插板樁等。

海河路人工島西側(cè)為白浪河主河道，東側(cè)為歡樂海水域，采用先圍后填的方式，就近選用河道及歡樂海表層粉砂吹填。拋石堤島壁施工簡(jiǎn)單，但受石料供給進(jìn)度影響大，投資較大；沉箱、沉井、插板樁等作為島壁在該地層也較為適用，但施工技術(shù)要求相對(duì)較高，投資較大且斷面形式相對(duì)單一。從施工方便、節(jié)省投資以及利于后期開發(fā)建設(shè)的角度，人工島島壁型式選用充砂模袋，結(jié)合河道清淤就地取材、施工進(jìn)度快，在附近同類環(huán)境中曾多次成功應(yīng)用，人工島島壁型式推薦采用充砂模袋。

5 島壁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合親水性要求，人工島島壁斷面采用復(fù)式斷面，臨水側(cè)在2.0m高程設(shè)戧臺(tái)作為親水平臺(tái)，戧臺(tái)上、下坡比1：2。島壁護(hù)坡形式經(jīng)漿砌塊石、預(yù)制混凝土板、模袋混凝土、柵欄板等多方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，白浪河側(cè)島壁臨水面采用M20漿砌塊石護(hù)坡，坡腳為C35預(yù)制混凝土壓腳塊；歡樂海側(cè)島壁臨水面采用模袋混凝土護(hù)坡。為滿足交通要求，島壁頂部設(shè)7m寬道路。島壁充砂模袋臨水側(cè)堤腳設(shè)拋石壓重，防止水流淘刷。上游臨水面采用M20漿砌塊石護(hù)坡，坡腳為C35預(yù)制混凝土壓腳塊，背水坡鋪設(shè)土工布一層后進(jìn)行堤內(nèi)吹填。為滿足游船?？啃枰?，部分人工島戧臺(tái)高程以下岸坡采用直立式岸墻，岸墻采用預(yù)制及現(xiàn)澆混凝土組合結(jié)構(gòu)。白浪河側(cè)人工島島壁典型斷面見圖1。

對(duì)島壁結(jié)構(gòu)選施工期、完建期兩種較不利工況，采用加拿大geo-studio軟件進(jìn)行滲流計(jì)算，浸潤(rùn)線見圖2、圖3，壩坡出逸比降均為0.5，雖不滿足粉細(xì)砂允許出逸比降要求，但受島壁本身模袋保護(hù)，特別是島壁內(nèi)吹填之后，不會(huì)產(chǎn)生滲透破壞，僅在島壁外側(cè)護(hù)坡表面設(shè)置土工布及碎石墊層，除起到反濾作用外，還能保護(hù)模袋，防止模袋老化。

島壁充砂模袋的穩(wěn)定計(jì)算，將袋本身按照加筋土折算粘聚力，按以下公式計(jì)算：

圖1 白浪河側(cè)人工島島壁典型斷面圖

圖2 施工期浸潤(rùn)線圖

圖3 完建期浸潤(rùn)線圖

c—模袋內(nèi)砂土料粘聚力，取2.0kPa；

η—系數(shù)，取1.0；

Rt—模袋有效抗拉強(qiáng)度，取50KN/m；

ΔH—加筋層垂直間距，取0.5m；

KP—被動(dòng)土壓力系數(shù)，

Kp=tg2（45+φ/2），φ取230

取安全系數(shù)2.5，充砂模袋折合粘聚力30kPa，選用施工期、完建期、運(yùn)行期3種計(jì)算工況，島壁內(nèi)、外坡安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

人工島地基①層粉砂在地震基本烈度Ⅶ度區(qū)條件下，為避免振動(dòng)液化的影響，采取島壁底部鋪設(shè)土工布，臨水側(cè)壩腳鋪設(shè)軟體排，并設(shè)拋石壓重。

6 島壁吹填施工

島壁施工順序?yàn)椋轰佋O(shè)土工布、軟體排→充砂模袋島壁填筑→拋石壓重→護(hù)坡施工→防浪墻。島壁充砂模袋表面每20m2布置1個(gè)充填袖口，施工工藝為：袋體制作→堤身位置、高程定位測(cè)量→鋪設(shè)袋體→充砂灌袋、砂體固結(jié)→鋪設(shè)搭接施工下一只袋體。用挖泥船通過管道將取砂區(qū)內(nèi)的粉砂吹填至模袋內(nèi)，模袋填充時(shí)應(yīng)均勻緩填，每層填筑不超過0.6m，下一層固結(jié)后方可進(jìn)行上一層填筑。充填飽和度控制在85%左右，施工期做好安全監(jiān)測(cè)。島內(nèi)吹填時(shí)，為滿足島內(nèi)吹填過程中的排水、排泥需要，需在島壁布置退水口，為防止泄水口對(duì)下游地基的沖刷，在吹填施工前，圍堰下游的軟體排及拋石體先期完成施工。為不污染附近海域，排水口外設(shè)水體圍隔軟簾，防止泥漿擴(kuò)散蔓延。

7 結(jié)語

海河路人工島島壁及島內(nèi)吹填2012年均已完工，運(yùn)行情況良好，人工島島壁結(jié)構(gòu)是安全可靠的。人工島的建成，為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，充砂模袋島壁結(jié)構(gòu)造價(jià)低，施工方便，對(duì)于類似地區(qū)人工島的建設(shè)有一定的借鑒意義。

1. 楊果林，肖宏彬.現(xiàn)代加筋土擋土結(jié)構(gòu).煤炭工業(yè)出版社.2001.

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.05.026

TV3

B

1672-2469（2014）05-0084-03

26作者簡(jiǎn)介：楊國(guó)瑞（1975年—），男，高級(jí)工程師