周濟華

摘要： 在自然條件復雜、海況變化大、地理環(huán)境差等情況下，我們對近岸防浪海堤擋墻，采用水下混凝土重力式結構型式進行設計與施工。本文介紹其設計型式、施工計算、工藝措施及取得的效果。

Abstract： In the situation of complicated natural conditions， big sea condition change and poor geographical environment， we adopt underwater concrete gravity structure to carry on the design and construction of the nearshore wave resisting seawall. This paper introduces its design type， construction calculation， construction process and effect of these measures.

關鍵詞： 海堤護岸；重力式擋墻；水下混凝土；岸坡穩(wěn)定；設計型式；施工技術

Key words： seawall revetment；gravity retaining wall；underwater concrete；bank slope stability；design type；construction technology

中圖分類號：TV552 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）05-0107-05

0 引言

深圳市東部海堤位于臺風多發(fā)區(qū)域，現(xiàn)狀海堤建設標準較低，防潮能力較差，尤其是2008年受臺風“黑格比”的影響，海堤受損破壞嚴重。為保證海堤的安全性及防浪功能、保障周邊居民生命財產安全和促進東部旅游業(yè)發(fā)展，相關部門決定對上述海堤進行重建。

在原址重建海堤，一般的設計思路是在海域一定范圍內填筑止水圍堰，再行施工海堤。此方法對海域環(huán)境造成較大的破壞作用，尤其是圍堰填筑材料難以清理干凈，臺風浪潮將余碴吹卷上岸，破壞海堤設施。為此，本工程采用水下蛙人清理海床，固定拼裝鋼模，水下混凝土澆灌，解決了海域填筑材料清理的難題，同時保證了工程質量。

1 工程慨況

深圳東部海堤重建工程（一期）項目位于深圳東部大鵬南澳街區(qū)月亮灣海域岸線，緊臨濱海大道。海堤重建工程總長1038.94m，由兩種不同結構型式組成：A段水產加工場和南澳觀海廣場岸線長378.26m，以舊堤岸加固填補岸坡扭王字塊體為主；B段水產碼頭至邊防碼頭及月亮灣海域C、D段岸線長660.94m為重建段。見平面圖1所示。

該海堤岸線由于處在大鵬灣東岸海域，常年飽受風浪襲擊，臺風季節(jié)，海上波浪較大。該工程實施之前，護堤曾由當?shù)亟謪^(qū)居民修建。但居民修建的海堤因結構型式簡單，設計標準較低，岸堤建后不久，全線多處被臺風波浪沖毀，出現(xiàn)了大范圍坍塌滑移，岸坡存在安全隱患，須進行徹底的設計與施工重建。

從設計前進行的勘察得到的資料看，該海堤岸線的地形、地質、海況如下：

①地形：緊靠街區(qū)濱海大道，岸線狹小，岸頂與坡腳高差6～7.5m，陡坡較大。

②地質：上層土質為人工回填塊石，碎石雜土，含石量70～100%不等，層厚4.2～6.0m，底標高-3.96～-4.63m，填筑時間較長；下層為淤泥，趨于流塑～軟塑，層厚9.2m～10.20m，底標高-13.36m～14.34m；水產碼頭至邊防碼頭范圍塊石層下均為中細砂層直至風化層。

③海況：近岸海域水深-0.5～-1.8m，35m開外為-2～

-3.6m。海面平時浪高0.35～0.85m，臺風季節(jié)強風浪高達1.2～1.6m以上，月亮灣港區(qū)停泊較多漁船和執(zhí)法公務船，區(qū)域水淺船多，不適合工程船機進入。

④海上區(qū)域受海洋部門管控，新建海堤不得占用海域水線。

2 海堤護岸的設計型式

該項目近岸海域水淺工程船機無法進入，如要進入須進行大面積航道疏浚，增加相當大工程造價。附近岸線無場地，同時海洋區(qū)域不得占用水域，受到海洋管控約束。按現(xiàn)場情況，海堤無法采用直立式方塊結構、或扶壁式板樁結構、或斜坡式護岸結構等常規(guī)結構型式。

該海堤C、D段所處的地理位置工況較為特殊，本文以C、D段為例，對岸線、海況、地理、地質自然條件的分析，特別對岸線海域水深、海上波浪，自然環(huán)境復雜情況分析論證，決定選用在舊護岸邊線，對原被臺風波浪沖毀的坡腳，采用深挖基槽澆筑水下混凝土重力式擋墻結構形式，并在堤前用2噸扭王字塊和四腳空心塊進行鎮(zhèn)腳消浪，以保證結構穩(wěn)定與岸上游人安全，海堤擋墻結構形式見圖2所示。

該工程海堤采用水下混凝土擋墻結構型式，具有以下優(yōu)點：

①結構簡單，整體性穩(wěn)固，耐久性優(yōu)良，抗風浪能力強；

②不需要預制大型構件，不需大型預制場地，避免水陸運輸和船機調遷， 僅用陸上一般機械設備即可；

③不需要耗大量鋼材；

④不需占用較大海上水域；

⑤海堤岸線為旅游景觀項目，建成后整體觀感優(yōu)越；

⑥施工簡易、工期短，不受復雜環(huán)境限制，與其他結構型式相比資金投入較少，認為是最佳的方案。

3 重力式擋墻的施工

3.1 基礎施工及計算

為保證護岸邊坡穩(wěn)定安全，基礎開挖采取分層分段逐一推進方法，并控制開挖標高。當挖至軟弱土層須采取邊坡穩(wěn)固措施，如底部泥層采用拋石擠壓排淤方法處理，確保施工安全?；A開挖按30～36m為一段，由于岸坡高差較大，垂直挖深與岸坡可能存在滑坡危險。因此我們根據(jù)勘探資料，依土力學理論的太沙基計算公式，對岸坡基礎土體進行深入分析，原堤岸為較均勻的塊石雜填料，可按水上、水下，兩種土層用條體劃分計算方法進行驗算。驗算結果如圖3及表1所示。（按無粘結土層計算）

3.2 水下基槽平整

該工程基礎開挖是在深水位以下進行的，基槽開挖后有凹凸不平的基面，對高低不平的基床由專業(yè)潛水員在水下進行補填掃平，陸上測量校對。

我們采用兩道小鋼軌0.5～2.0mm碎石極細平，每邊平出25～30㎝，厚度15～20㎝。水下整平控制不得太厚，并要有足夠密實度，保證基床堅實，不出現(xiàn)松動。

3.3 模板設計、計算與制作

水下混凝土擋墻主要是靠水下模板的定位澆筑成型的。因基床面至高潮位水深已達到4.5m以上，模板的安裝定位無法按陸上一般工程的方法施工。為保證擋墻水下澆筑成型符合設計要求，模板必須專門設計。我們采用整體定型鋼模板，并根據(jù)海堤工程量，共制作5套整體定型鋼模，其中一套為半弧形，用于弧度段。每套鋼模由4片定型板組成無底箱體，長度分為6.5m及7.5m兩種，縱向模板各端預留25㎝長度作過度段搭接之用，寬度為5.9m，高度為3.2m，保證低潮位時露出水面有20～30㎝。

考慮到水下混凝土采用較大坍落度，澆筑速度快，流動性強，大體積水下混凝土模板所承受的側壓力較大，我們對模板的設計面板選用4㎜厚鋼板；龍骨用L53×53×5角鋼，橫豎向間格52×52㎝；外圍加強桿件選用[12.6槽鋼，橫向水平間距104.9㎝，縱向外層每間格127.5㎝拼排設2根，兩根之間預留6～8cm空間作對拉螺桿穿套管之用。外圍加強桿件與龍骨桿件電焊成牢固整體。如圖4、5所示。

箱體拼裝后應設置3層水平對拉螺桿，橫向間距104.9cm，底層拉桿離箱底高25cm設一排，中間設一排，預留Φ50螺孔，并計算選用螺桿直徑，采用Φ50PVC塑料套管，箱體拼裝完成后擰緊，以防鋼模受力變形。頂層拉桿采用[16.5槽鋼兩端焊Φ32螺絲，架于模板頂上與豎向槽鋼相扣連接。由于基槽岸側與施工道路間相距狹小，螺桿無法按整根安拆，為便于拆模，水下部分螺桿采用分套式連接桿，分4段，每段按1.2～1.8m的不等形式特制加工，現(xiàn)場拼模時接成一根，穿于塑套管內，拆模時逐段分離拆除。

由于水下混凝土采用較大坍落度，澆筑速度快，流動性強，大體積水下混凝土對大型模板產生的側壓力較大。根據(jù)模板受力狀況和鋼結構體系要求，模板各受力桿件須進行設計驗算，本文僅對鋼模板的主要受力桿件驗算如下：

①混凝土對鋼模側壓力計算（依水運工程混凝土施工規(guī)范要求，采用導管法澆水下混凝土時，不允許插入振搗，其最大側壓力按港口工程混凝土施工規(guī)范公式P=14fv（kN/m2）計算，并增加用導管法傾倒混凝土所產生水平動力荷載2kN/m2計入為總側壓力，計算如下：

P=14fv=14×3×1.5=63kN/m2

最大側壓力為：

Pmax=63.00+2=65kN/m2

式中：

Pmax——混凝土對模板側壓力（kN/m2）；f——混凝土坍落度18～22cm的時間； v——混凝土的澆筑速度（kN/m2）

②混凝土側壓力對橫向槽鋼[12.6水平受力強度驗算（計算簡圖如圖6）

q=Pb=65×1.049=68.185kN/m

按四等跨連續(xù)梁計算最大彎矩，查得

“結構靜力計算表”系數(shù)KB==-0.107

查鋼結構普通槽鋼[12.6截面抵抗矩Wx=6210cm，計算槽鋼抗彎強度：

式中：y為截面塑性發(fā)展系數(shù)

③撓度驗算。

④螺桿受拉力計算與選用：

根據(jù)鋼模側壓力的分布狀況計得：

即：

從有關資料中查得螺桿有效直徑需dc=25mm才能滿足，但考慮到螺桿周轉次數(shù)較多，長時間受海水侵蝕，實際施工中采用了？準30的螺桿。

根據(jù)計算結果加工制作的箱型鋼模分片運至施工道路平臺拼裝，箱體總重量約6.5～7噸左右，由35～50噸起重機吊起，測量放線定位吊入基槽，就位校核無誤，再吊導管操作架。操作架為井型鋼架，架體采用Φ50鋼管制成，在一定高度設操作平臺。

3.4 水下混凝土墻施工

該工程水下混凝土擋墻澆筑采用導管法。使用C35普通混凝土，塌落度采用180～220mm，根據(jù)水下箱體面積，導管作用半徑為3m，選用Φ250mm導管一根即可，上管口設杯型漏斗一個，形狀為倒杯型，直徑為1.0m、高度為1.2m，漏斗容量須保證導管下口初始澆筑時水不向管內倒灌及澆筑過程中管內混凝土易從管內流出為目的進行制作。依經驗，對一般澆筑水深在4.5m左右的箱體水下混凝土時，管口初始埋入混凝土深約為80～120cm，混凝土向下管口外擴展范圍達到0.8m～1.2m，漏斗與管內剩余混凝土量和連續(xù)澆灌的施工方法是能阻止下管口海水倒灌現(xiàn)象。但在準備工作和操作過程必須滿足連續(xù)澆灌的要求。對于泵送混凝土在本工程施工實踐中還未碰到意外情況，按上述做法澆筑較為順利。

導管長度及導向架制定：

高潮位時水面至基槽底水深4.5m，導管分節(jié)采用法蘭盤膠墊接法。根據(jù)導管至水底最小超壓力P可從有關資料查得，P=0.1，導管需要出水面高度按下式計算：

hi=40P-0.6h

H2=40P-0.6h2=40×0.1-0.6×4.5（水深）=2.7m

即導管總長度為H=h1+h2=7.2m。按法蘭盤接法加工成5節(jié)，水下節(jié)為2.8m，其余按0.8～1.2m長度加工。

導管操作架高3.8m，澆混凝土前導管可與操作架一起吊入箱體鋼模頂于中心處，置于槽鋼對拉螺桿上。

混凝土澆筑采用泵送，泵車位于岸上，從岸頂直接泵入導管杯口，導管提升或下插，采用3.5～5噸手拉葫蘆，隨混凝土澆筑高度逐步提高拆除管節(jié)，不間歇的澆筑至設計標高。

根據(jù)設計與施工工藝要求，水下混凝土擋墻應以結構縫的型式進行劃分，結構變形縫6m一段，采用間隔施工法。

按基槽延長線，每澆兩段間隔一段，兩間隔段澆筑完成，拆模后補夾模澆中間空隔段，如圖7所示。

水下混凝土擋墻澆筑完成后，當施工上部擋墻結構時，應先填筑墻后塊石混凝土。上部擋墻混凝土澆筑，仍采用整體組合鋼模，但模板安裝完畢，最好在低潮時澆筑，確保上部混凝土與水下混凝土形成整體。

4 施工技術措施

本工程由于處在大鵬灣海域，屬跨年度的施工項目，該區(qū)域季節(jié)性氣候變化較大，臺風、波浪、海潮的影響是海堤施工的不利因素，特別是水下混凝土擋墻基礎開挖、平整、鋼模板吊運安裝，水下混凝土澆筑是本工程主要環(huán)節(jié)。為避免上述情況對工程較大的影響和破壞，在施工過程采取了以下技術措施：

①基礎開挖、平整，按分層分段方法施工，以完成一段施工一段的方法逐步推進，臺風季節(jié)期間應避免大面積的長線開挖的施工做法。對已完成的基礎應在臺風到來之前將水下混凝土澆筑成型。

②模板鋼箱和吊運安裝選在低潮時進行，高潮時澆筑混凝土，盡量推算至最低潮位時混凝土能露出水面20～30cm，并進行修整。

③當遇海面較大風浪或有強臺風到來之前，應盡快組織力量對已施工的段落設法施工成整體。并在周圍用現(xiàn)成塊石進行壓坡保護。

④為保證水下混凝土澆筑不被一般浪潮沖擊，混凝土澆筑之前可在施工道路面上加堆塊石高度，塊石從完成段的路基上取用，這樣能起到阻擋一般風浪和海潮沖刷。

⑤對于海上工程水下混凝土，一般澆筑完成可在24～30h拆模，但在本時間內為避免混凝土表面不被浪潮沖刷，導管架吊離后箱頂可用其他周轉鋼模進行臨時覆蓋，既能起到鎮(zhèn)壓箱體穩(wěn)定又能阻擋潮流沖擊作用。

5 有關問題的處理

①該工程水下混凝土擋墻澆筑是采用無底箱型鋼模，施工過程隨著混凝土澆筑高度上升，基床與模板周邊壓力隨之增大，流動性較強的混凝土因模板周邊碎石松動或存有縫隙而跑漿。我們對出現(xiàn)這種情況，一般在混凝土澆筑前應對模板周邊進行檢查，最好辦法由潛水員對邊腳內側鋪筑一層厚5～10cm瓜米石將縫隙填平，使周邊模板腳有12～15cm埋于碎石以下，可阻止混凝土漿外流。

②在水下混凝土澆筑過程，曾經出現(xiàn)過因模板內側力和混凝土澆筑上升的側反力致鋼模整體上浮走動。在解決此問題時，我們采取了兩種辦法：一種在鋼模頂進行均勻的加載施壓；另一種即在模板外圍采用填一定量塊石鎮(zhèn)壓模板邊腳的方法處理，拆除模前清理為護腳塊石。

③為了降低水下混凝土擋墻造價，我們建議較大體積的無筋水下混凝土構筑物，當混凝土澆筑達到1.2m高度時，可采用導向溜槽方法，適當摻入15～20%塊石。由于水下混凝土流動性較強，塊石比重大于水下混凝土比重，這樣隨著混凝土的澆筑高度，所摻入塊石會被混凝土覆蓋，不但不會破壞水下混凝土澆筑質量，還能增加水下混凝土的整體結構強度。

6 結語

對于重力式海堤護岸擋墻，采用水下混凝土澆筑結構型式進行設計施工，這種結構形式的案例較為少見，但我們在該工程中，進行了大膽的創(chuàng)新。

該重力式海堤工程建成后防風浪結構穩(wěn)固堅實，岸線景觀優(yōu)美，具有施工快，工期短，造價低的優(yōu)點。該工程竣工后于2014年12月被評為優(yōu)質工程。

從該工程的設計與施工結果看：對于一般近岸海況較復雜，岸坡狹小，海域施工條件受限制情況下，采用岸坡挖基槽澆水下混凝土擋墻結構的方法設計施工較為合理。

通過圍堰填海方式與本工程方案對比，工程造價節(jié)約18%，施工時間縮短12%，重要是避免了對施工海堤海域的填筑破壞，保持原有海上景觀。

參考文獻：

[1]陳萬佳.港口水工建筑物[M].北京：人民交通出版社，1989.

[2]交通部第一航務工程局設計研究院.海港碼頭結構設計手冊[M].北京：人民交通出版社，1975.

[3]中交水運規(guī)劃設計院.中華人民共和國行業(yè)標準港口及航道護岸工程設計與施工規(guī)范JTJ300-2000[S].北京：人民交通出版社，2000.

[4]交通部第一航務工程局.港口工程施工手冊[M].北京：人民交通出版社，1996.

[5]中交天津港灣工程研究院有限公司.中華人民共和國行業(yè)標準水運工程混凝土施工規(guī)范JTS202-2011[S].北京：人民交通出版社，2011.