薛國強(qiáng)

(廈門市國水水務(wù)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(jī)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(fēng)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(huán)灣旅游休閑道路工程鳥瞰效果圖

五緣灣清淤整治及環(huán)灣旅游休閑道路工程地點(diǎn)位于廈門本島東北部五緣灣(舊稱“鐘宅灣”)如圖1所示。建設(shè)規(guī)模為：經(jīng)開挖清淤后灣內(nèi)水域面積約為1.66km2，納潮口大橋內(nèi)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(huán)灣護(hù)岸長18 880m；低水位壩長690m；環(huán)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(shè)計(jì)，并經(jīng)方案設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)等一系列設(shè)計(jì)過程；于2006年上半年完成施工圖設(shè)計(jì)，并于2009年主體工程基本建設(shè)完成，是廈門市重點(diǎn)工程。筆者當(dāng)年有幸參與該項(xiàng)目設(shè)計(jì)，特別是其中的B、C標(biāo)段(該工程護(hù)岸共分A、B、C 3個標(biāo)段)護(hù)岸工程設(shè)計(jì)。本文主要結(jié)合五緣灣清淤整治及環(huán)灣旅游休閑道路工程護(hù)岸設(shè)計(jì)，談?wù)劰P者對濱海護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)類型、銜接段的處理、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及計(jì)算研究，以及對土壓力計(jì)算破裂角的選擇；對水壓力、浮托力、滲透壓力、揚(yáng)壓力、波浪力、上部荷載等作用力及整體建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)體系考慮提出自己的看法，以期為類似濱海景觀護(hù)岸工程設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

2 護(hù)岸主要結(jié)構(gòu)類型

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

2.1 直立式和斜坡式護(hù)岸主要特點(diǎn)

直立式護(hù)岸，采用漿砌塊石外加鑲面條石砌筑而成，也叫硬式護(hù)岸，具有外觀美觀大方、擋浪效果好，不易形成爬坡，同時(shí)可形成較大的水域面積，但岸壁前波浪反射嚴(yán)重，影響水流穩(wěn)定及船舶泊穩(wěn)。因此，對波浪掩護(hù)不好的區(qū)域，應(yīng)做適當(dāng)?shù)南舜胧?。同時(shí)，直立式護(hù)岸需要較大的石方量，工作量大，采用人工砌筑、施工進(jìn)度較慢，需設(shè)置沉降縫，造價(jià)高，地基承載力要求也較高。

斜坡式護(hù)岸，采用回填或自然理坡，外加干砌塊石護(hù)面，或者直接草皮護(hù)坡護(hù)面，也叫軟式護(hù)岸，同樣具有觀賞性，但擋浪效果較差，易形成爬坡，同時(shí)可形成的水域面積較小。相對直立式護(hù)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(jī)械全線同時(shí)推進(jìn)，施工簡便、進(jìn)度較快，無須設(shè)置沉降縫，造價(jià)低。地基承載力要求也相對較低。

2.2 直立式和斜坡式護(hù)岸適用情況

該工程B、C標(biāo)段而言，應(yīng)景觀規(guī)劃及水流條件影響要求，直立式護(hù)岸多用于閘壩進(jìn)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(hù)岸，達(dá)到自然、和諧的統(tǒng)一。

2.3 直立式和斜坡式護(hù)岸主要施工步驟

(1)直立式護(hù)岸結(jié)構(gòu)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(hù)欄施工。

(2)斜坡式護(hù)岸結(jié)構(gòu)施工

基槽開挖→拋理護(hù)腳棱體塊石和護(hù)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(biāo)段護(hù)岸，根據(jù)高程、結(jié)構(gòu)形式、斜坡坡度的不同共有12種結(jié)構(gòu)形式，其護(hù)岸高程變化從5.5m～1.2m變化不等，其中直立式護(hù)岸7種，斜坡式護(hù)岸5種；C標(biāo)段護(hù)岸根據(jù)高程、結(jié)構(gòu)形式、斜坡坡度的不同，共有18種結(jié)構(gòu)形式，護(hù)岸高程變化從5.0m～1.2m變化不等，其中直立式護(hù)岸11種，斜坡式護(hù)岸7種。為了更清楚地表達(dá)該工程B、C標(biāo)段的護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式，筆者就直立式和斜坡式護(hù)岸分別列舉一個典型斷面——B標(biāo)段的B1-B1及B2-B2斷面進(jìn)行介紹如下。

(1)B1-B1護(hù)岸

該段為漿砌塊石直立式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，墻頂高程為5.5m，護(hù)岸前沿線與護(hù)岸定位線重合，沿護(hù)岸定位線后方依次布置3m寬的環(huán)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(yù)留一寬1m的預(yù)留帶后，以1∶3的坡度放坡到后方陸域，回填高程7.0m。護(hù)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(shè)有前后趾，前趾寬0.26m，高1.3m；后趾寬0.65m，高1.3m。上部結(jié)構(gòu)為C20現(xiàn)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(jié)構(gòu)為A型花崗巖欄桿結(jié)構(gòu)。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(shè)拋理塊石護(hù)底，寬7m，厚0.5m，護(hù)底塊石的底面高程為-2.5m，與灣內(nèi)底面高程一致。

該斷面適用于樁號K0+900～K1+050段護(hù)岸。

(2)B2-B2護(hù)岸

該段為斜坡式護(hù)岸結(jié)構(gòu)，護(hù)岸定位線處坡頂高程4.0m，護(hù)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(jié)構(gòu)由景觀公司設(shè)計(jì))，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(hù)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(shè)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(yù)留一寬1m的預(yù)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(hù)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(shí)應(yīng)注意護(hù)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(diǎn)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(chǔ)高程保持不變，采用變化混凝土壓頂高程的方式過渡。

3 護(hù)岸結(jié)構(gòu)計(jì)算書編制要求及規(guī)范性

對于該工程B、C標(biāo)段護(hù)岸工程，分別對所有斜坡式、直立式護(hù)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(shè)計(jì)水位對護(hù)岸整體穩(wěn)定、地基應(yīng)力、斜坡塊石厚度及穩(wěn)定、沉降等按規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對標(biāo)準(zhǔn)斷面形式進(jìn)行擬定。設(shè)計(jì)計(jì)算書是設(shè)計(jì)成果的重要組成部分，是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是整個工程設(shè)計(jì)過程中最具理論技術(shù)核心的部分，而規(guī)范設(shè)計(jì)計(jì)算書的編制，保證設(shè)計(jì)計(jì)算書能滿足校審、歸檔的要求，確保計(jì)算采用的工況、理論的準(zhǔn)確性則是提高設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。在各工況計(jì)算過程中均按《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(JTJ300-2000)及設(shè)計(jì)、施工規(guī)范有關(guān)要求和公式進(jìn)行計(jì)算。其各計(jì)算參數(shù)取值符合工程等級標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊的要求。

合理地借助設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，將達(dá)到事半功倍的效果，但對于工程經(jīng)驗(yàn)較為缺乏、整體感性認(rèn)識不足的設(shè)計(jì)人員，建議慎重使用設(shè)計(jì)軟件。因?yàn)檐浖褂秒m具方便快捷的特點(diǎn)，但其具普遍適用性的同時(shí)卻相對缺乏針對性和靈活性，很多時(shí)候在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的簡化、建立合理的力學(xué)體系的同時(shí)，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(qū)別。比如，在進(jìn)行土壓力計(jì)算時(shí)，應(yīng)首先判斷產(chǎn)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(wěn)定計(jì)算中，也不是一味地采用圓弧滑動面進(jìn)行計(jì)算，而是應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、地貌，軟弱土層的厚度、埋藏深度及夾層情況區(qū)別對待[4]。可能產(chǎn)生圓弧滑動、也可能產(chǎn)生淺層或深層剪切滑動破壞，對于不同等級的建筑物，其設(shè)計(jì)參數(shù)又有所區(qū)別。而對水壓力、浮托力、滲透壓力、揚(yáng)壓力、波浪力、上部荷載等作用力及整體建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)體系考慮的不周或疏忽，甚至細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)(如回填材料、排水設(shè)施、滲透壓力、揚(yáng)壓力的消除等)處理不當(dāng)，也都將可能導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)的失敗。

4 護(hù)岸結(jié)構(gòu)銜接處理主要類型

該工程B、C標(biāo)段護(hù)岸結(jié)構(gòu)間的銜接，主要有不同高程結(jié)構(gòu)形式直立式與直立式護(hù)岸間的銜接，不同高程結(jié)構(gòu)形式直立式與斜坡式護(hù)岸間的銜接，及不同高程結(jié)構(gòu)形式斜坡式與斜坡式護(hù)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(shè)計(jì)、施工復(fù)雜，多用于水閘進(jìn)出口翼墻等對水流流態(tài)，防氣蝕要求高的構(gòu)筑物，護(hù)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(hù)岸結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全和符合設(shè)計(jì)、施工規(guī)范，滿足工程功能、景觀要求的前提下，力求結(jié)合現(xiàn)場地形、地貌，做到施工方便、簡潔、大方，與整體護(hù)岸協(xié)調(diào)統(tǒng)一、銜接順暢。筆者認(rèn)為，水運(yùn)工程復(fù)雜多變，每個工程所處的環(huán)境條件、地質(zhì)地貌、功能要求及實(shí)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(yīng)該在今后的工程實(shí)踐中結(jié)合具體工程實(shí)際情況多加體會、靈活運(yùn)用。

5 干地施工護(hù)岸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

該工程B、C標(biāo)段護(hù)岸利用原有鐘宅老海堤進(jìn)行灣外擋水，具備了干地施工的條件，應(yīng)該說對于護(hù)岸的施工是創(chuàng)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(guī)護(hù)岸設(shè)計(jì)施工所必須的臨時(shí)圍堰工程；對于護(hù)岸施工質(zhì)量的控制也能夠起到更好的保障，應(yīng)該是該工程的一大有利因素。但也正因?yàn)楦傻厥┕ぃ瑢?dǎo)致施工期間護(hù)岸產(chǎn)生的地基應(yīng)力相對較大，是其不利因素。該工程中由于多處地段地質(zhì)情況較好(多為殘積粘性土)，承載力較高，雖局部區(qū)域存在少量淤泥軟弱地段，但相對厚度不大，埋深較淺，經(jīng)設(shè)計(jì)對地基進(jìn)行常規(guī)技術(shù)處理后，均能滿足護(hù)岸對地基承載力的要求。

6 結(jié)語

濱海護(hù)岸工程結(jié)構(gòu)類型、銜接段的處理、設(shè)計(jì)特點(diǎn)及計(jì)算，在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分結(jié)合規(guī)劃、區(qū)域現(xiàn)狀、周邊銜接、水文、地質(zhì)等相關(guān)自然條件和周邊環(huán)境，結(jié)合水壓力、浮托力、滲透壓力、揚(yáng)壓力、波浪力、上部荷載等作用力，以及整體建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)體系，充分應(yīng)用土力學(xué)、水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、巖土力學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)等力學(xué)理論，理論與經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，達(dá)到安全、景美、經(jīng)濟(jì)、合理的效果。