曹坤

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092）

0 引言

海塘是為防御風暴潮水和波浪對防護區(qū)的危害而修筑的堤防工程[1]，是沿海城市的生命線?，F(xiàn)在國務(wù)院已正式批復(fù)了《上海市城市總體規(guī)劃（2017～2035年）》，總規(guī)明確了上海市主海塘防御標準在規(guī)劃期內(nèi)全部達到200 a一遇標準。而目前崇明區(qū)海塘防御標準主要為100 a一遇，不滿足城市總規(guī)要求，需逐步進行達標建設(shè)。

城橋鎮(zhèn)作為崇明區(qū)政府所在地，是崇明人口最密集區(qū)域，人們對休閑場所有著迫切的需求。城橋鎮(zhèn)鄰近長江口南支，海塘上視野開闊，理應(yīng)充分發(fā)揮地理優(yōu)勢，打造世界級生態(tài)島新亮點，讓當?shù)鼐用窆蚕黹L江美景。現(xiàn)狀海塘為斜坡式柵欄板結(jié)構(gòu)，南門碼頭至老滧港段堤頂路敷設(shè)了橡膠跑道，成為附近居民休閑的主要活動場所之一。鑒于崇明景觀道一期工程的實施，崇明將把城橋段海塘打造成集休閑娛樂和防御風暴潮功能于一體的城市風景線。

1 概況

崇明環(huán)島景觀道一期工程（老滧港—八一路）東起老滧港，西至八一路，南側(cè)為長江，北側(cè)為新華醫(yī)院、瀛洲公園及待開發(fā)區(qū)塊，西側(cè)為南門碼頭，全長約2.3 km。項目內(nèi)容包括海塘達標、景觀提升、現(xiàn)狀綠化整理及新建、現(xiàn)狀建筑改建及新建、隨塘河梳理、堤外新建棧道等內(nèi)容，該項目是提升城橋鎮(zhèn)整體景觀風貌的重要節(jié)點。

現(xiàn)狀海塘為斜坡式（單坡）結(jié)構(gòu)，護面采用柵欄板與空心螺母塊間隔布置，并穿插布置臺階，可供周邊居民通過臺階跨越防汛墻進入堤外側(cè)散步游玩。

2 海塘現(xiàn)狀及達標思路

2.1 海塘現(xiàn)狀

該工程位于南門碼頭東側(cè)，東起老滧港，西至八一路。海塘擋浪墻為鷹嘴式，墻頂高程8.68 m，堤頂高程為8.04 m，路面為橡膠跑道；堤內(nèi)斜坡1:2.5，種植香樟樹；堤外側(cè)斜坡為1:3，護面結(jié)構(gòu)為螺母塊和柵欄板間隔布置，下部依次為30 cm厚干砌塊石，10 cm厚碎石墊層，250 g/m2土工布一層，斜坡坡腳高程3.49 m；斜坡外側(cè)為2 m寬混凝土平臺，混凝土平臺外側(cè)擺放著4 m寬單重0.5 t扭王字塊體[2]，詳見圖1所示。

2.2 設(shè)計原則

（1）工程區(qū)域地質(zhì)條件較復(fù)雜，達標加固方案應(yīng)具備適應(yīng)變形能力強的特點；

（2）海塘加固后應(yīng)堅固耐久，抗沖擊、抗淘刷性強；

圖1 原設(shè)計主堤結(jié)構(gòu)斷面圖

（3）結(jié)合現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，充分分析現(xiàn)狀存在問題的原因，減少廢棄工程，既滿足達標要求，又解決現(xiàn)狀存在問題；

（4）工程區(qū)域建設(shè)條件復(fù)雜，大堤加固工程應(yīng)便于施工；

（5）應(yīng)便于運行管理，減少后期維修量；

（6）應(yīng)盡量優(yōu)化設(shè)計、降低工程造價。

2.3 培厚方案比選

現(xiàn)狀海堤堤頂?shù)缆穼捈s4.5～5.4 m，根據(jù)景觀專業(yè)對于環(huán)島景觀道的寬度要求及相關(guān)交通流量分析，路面寬度需拓寬至9.0 m，因此需對現(xiàn)狀海塘堤頂?shù)缆愤M行拓寬，而拓寬培厚有向外海側(cè)與向內(nèi)坡側(cè)兩種方式，兩種培厚方案比選如下。

方案一：向外海側(cè)培厚?，F(xiàn)狀大堤外海側(cè)為灘面，現(xiàn)狀灘面綠化種植相對較少，且大多為蘆葦及低矮灌木，培厚對現(xiàn)狀綠化及周邊環(huán)境影響較小，僅需對現(xiàn)狀大堤護面結(jié)構(gòu)進行拆除后，便可對坡面及防浪墻進行改造。

方案二：向內(nèi)坡側(cè)培厚。沿線海塘內(nèi)坡現(xiàn)狀為水杉、香樟、瓜子黃楊、夾竹桃及旱圓竹等植被。若向內(nèi)坡側(cè)培厚則需對現(xiàn)狀綠化進行搬遷，搬遷成本高，且存活率難以保證。另外，若向內(nèi)坡側(cè)培厚，則新建堤身將侵入現(xiàn)狀內(nèi)青坎，無法滿足1級堤防內(nèi)青坎寬度的要求。并且為滿足新海塘防御標準，外坡仍然需要新建消浪設(shè)施。

綜上所述，海塘培厚采用對周邊環(huán)境影響較小，工程量也較小的方案一為向外海側(cè)培厚。

2.4 筑堤材料比選

該工程需選取合適的筑堤材料對現(xiàn)狀海塘進行陪厚。上海地區(qū)常用的筑堤材料主要為石料、黏土和砂料。

拋石結(jié)構(gòu)抗風浪能力強，結(jié)構(gòu)強度高，透水性強；拋石受風浪條件影響小，施工作業(yè)方便，進度快；上海地區(qū)石料一般需外購運輸至工程區(qū)域，運距較長費用較高。

黏土則一般用于體量較小的填方工程，而該工程堤身陪厚填筑方量大；另外根據(jù)《海塘工程設(shè)計規(guī)范》8.2.4節(jié)堤身填筑材料的要求，對筑堤黏土的質(zhì)量要求較高；且崇明地區(qū)需要大量外購，費用極高。

砂料分層構(gòu)筑，屬柔性結(jié)構(gòu)，適應(yīng)河床變形能力較強，較為經(jīng)濟。但其結(jié)構(gòu)相對較弱，且施工相對復(fù)雜，工期較長。砂料需通過充泥管袋或袋裝砂的型式進行使用。若近距離采砂單價較低，具有較高的經(jīng)濟性，距離該工程較近的砂源有北港堡鎮(zhèn)沙尾、北港潮流脊等。該工程現(xiàn)狀海塘外側(cè)灘面較高，可極大地降低充泥管袋施工難度，管袋在人工鋪設(shè)及水下充填管袋過程中，受風浪影響相對較小，充泥管袋也不易被風浪打壞。

綜上分析，該工程海塘堤頂?shù)缆穼挾刃栌涩F(xiàn)狀拓寬至9.0 m，且由于防御標準提高，堤頂高程也需進行加高，大部分斷面還需新建外坡消浪平臺進行加糙，因此需要大量筑堤陪厚料。上海市類似的圈圍工程及海塘達標工程中，筑堤材料或陪厚材料也均采用砂料配合充泥管袋，因此該工程采用砂料作為海塘堤身陪厚料。但后續(xù)近距離采砂需進行相關(guān)論證并辦理行政審批手續(xù)，經(jīng)審批通過后方可實施相關(guān)采砂工程。

3 景觀方案

該段岸線緊鄰城橋鎮(zhèn)，周邊人流量較多，且觀景需求旺盛。其現(xiàn)狀堤頂標高8.04 m，路寬約6.6 m，不能滿足海塘200 a一遇及12級風的達標要求與觀景4股人流以上的觀江需求，因此設(shè)計中將堤頂標高提升至8.00 m，前沿防汛擋墻高設(shè)為8.70 m，堤路觀景道拓寬至9.0 m。景觀向海側(cè)布置有多級觀景平臺（將景觀平臺兼做消浪設(shè)施），堤頂?shù)缆吠貙捈熬坝^平臺均向海側(cè)進行建設(shè)。最下一級平臺標高設(shè)置在6.20 m左右（處于20 a一遇水位線以上），確保平臺基本不被潮水淹沒，并設(shè)欄桿保證使用安全。圖2為景觀方案總平面布置圖，圖3、圖4分別為A-A及B-B斷面結(jié)構(gòu)圖。

圖2 景觀方案總平面布置圖

圖3 A-A斷面結(jié)構(gòu)圖

圖4 B-B斷面結(jié)構(gòu)圖

4 達標斷面設(shè)計

4.1 設(shè)計潮位

該工程位于南門水文測站附近，其設(shè)計潮位通過南門水文測站統(tǒng)計資料推算，200 a一遇高潮位（P=0.5%）為6.48 m。

4.2 設(shè)計波浪要素

該工程位于長江口，江面開闊，波浪作用較強。因該工程達標設(shè)計標準為200 a一遇，且該工程區(qū)域范圍缺乏連續(xù)的現(xiàn)場波浪觀測資料，不足以推算設(shè)計重現(xiàn)期下的波浪要素，故波浪要素的計算采用《海塘工程設(shè)計規(guī)范》，由設(shè)計風要素間接推算。

首先采用規(guī)范推薦的蒲田海塘試驗站公式，通過設(shè)計標準下的潮位及風速（200 a一遇高潮位+12級風下限32.7 m/s）推算該海域的離岸深水波浪要素，繼而通過淺水變形、深水波與淺水波相互關(guān)系推算堤前設(shè)計波浪要素[3]。

該工程堤前設(shè)計波浪要素計算結(jié)果見表1所列。

4.3 設(shè)計斷面

該工程現(xiàn)有海塘為斜坡式堤結(jié)構(gòu)。斜坡式堤結(jié)構(gòu)對地基的要求較低，對軟弱地基有較好的適應(yīng)性。該海塘達標工程是在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行達標加固，堤型仍然采用斜坡式堤。

海塘的加高加固主要措施包括：加高、加寬海塘堤頂；外坡加糙或增設(shè)、加寬消浪平臺；增設(shè)或加高防浪墻；增設(shè)消浪順壩等。優(yōu)先考慮造價低，工程量小的方式，并且在不同區(qū)域，結(jié)合不同的景觀要求，因地制宜地采用不同組合措施達到200 a一遇高潮位防御標準要求。

根據(jù)該工程的區(qū)段劃分，由西向東共分為4個區(qū)段，分別為連接段，城市濱江段，生態(tài)西段和生態(tài)東段。該海塘達標及親水平臺建設(shè)主要集中在城市濱江段，以此為例說明海塘達標與觀景平臺的融合設(shè)計。

達標方案為將現(xiàn)狀海塘防浪墻、護坡結(jié)構(gòu)及鎮(zhèn)腳等進行拆除，并按200 a一遇防洪（潮）標準，同時根據(jù)景觀要求向外海側(cè)陪厚新建復(fù)合式斜坡堤。

達標方案根據(jù)景觀方案設(shè)置兩級平臺，一級平臺頂高程6.60 m，二級平臺頂高程5.70 m兼做消浪平臺。一級平臺與防浪墻間設(shè)約1∶3.0護坡，護坡結(jié)構(gòu)采用0.50 m厚埋石混凝土，埋石混凝土下方依次為0.20 m厚袋裝碎石及400 g/m2機織土工布一層，護坡結(jié)構(gòu)寬約2.0～5.0 m。

一級平臺采用0.40 m厚埋石混凝土，墊層為0.20 m厚袋裝碎石及400 g/m2機織土工布一層，平臺寬約 3.0～7.0 m。

一級平臺與二級平臺（消浪平臺）間設(shè)1∶2.0護坡，護坡面層采用0.50 m厚埋石混凝土，護坡結(jié)構(gòu)水平寬約1.8 m。

消浪平臺采用0.40 m厚埋石混凝土，墊層為0.20 m厚袋裝碎石及400 g/m2機織土工布一層，平臺寬5.5 m。

新建下坡護面結(jié)構(gòu)采用C35鋼筋混凝土柵欄板，柵欄板坡比取1∶2.5，柵欄板厚0.35 m，柵欄板下方依次為0.10 m空隙、0.30 m厚灌砌塊石、0.20 m厚袋裝碎石及400 g/m2機織土工布一層，護坡寬約8.0 m。

以上護坡及平臺土工布下方采用充泥管袋填筑堤身。

工程將在一級平臺以上至堤頂防浪墻區(qū)間設(shè)置景觀臺地、鋪裝及草皮等以滿足該段達標岸線的景觀要求。

堤身陪厚后在現(xiàn)狀岸線外側(cè)約4.5 m處新建防浪墻，防浪墻采用L型擋墻，防浪墻頂高程取為8.70 m。

表1 深水波要素成果表（200 a一遇高潮位+12級風下限）

護坡結(jié)構(gòu)外側(cè)新建鎮(zhèn)腳采用C30素混凝土，鎮(zhèn)腳高1.00 m，寬1.00 m，鎮(zhèn)腳頂標高2.50 m。鎮(zhèn)腳前方拋石護腳，拋石護腳厚約1.50 m，拋石重量為 150～250 g，護腳寬 8.00 m，坡比 1∶2.0。

另外，景觀布置該段岸線設(shè)置有6個出入口，口門寬6.0 m，高0.7 m，每個口門設(shè)置防汛橫拉門。海塘達標斷面見圖5所示，波浪及爬高計算見表2所列。

4.4 柵欄板厚度計算

根據(jù)《海塘工程設(shè)計規(guī)范》第J.0.5條，計算柵欄板的厚度（m）可按下式確定：

經(jīng)計算，柵欄板厚度為0.303 m，取0.35 m。

4.5 塊石穩(wěn)定重量計算

根據(jù)《海塘工程設(shè)計規(guī)范》波浪作用下單個預(yù)制混凝土異型塊體、塊石的穩(wěn)定質(zhì)量可按下式計算：

經(jīng)計算，穩(wěn)定塊石重量不小于0.347 t，取0.5 t。

4.6 整體穩(wěn)定計算

該工程海塘整體抗滑穩(wěn)定采用《海塘工程設(shè)計規(guī)范》中瑞典圓弧滑動法進行分析計算，計算公式分為總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法，計算工況分為正常運用情況及非常運用情況。

海塘內(nèi)側(cè)堤頂?shù)缆房紤]檢修車輛及特定活動時社會車輛通行，因此考慮車輛荷載，堤頂?shù)刃Ь己奢d取為10 kN/m2。

分別對各段海塘達標斷面在各工況情況下的堤身整體穩(wěn)定進行計算，詳見圖6～圖11所示。經(jīng)計算達標斷面在各種工況條件下，堤身的整體穩(wěn)定均能夠滿足規(guī)范要求，見表3所列。

圖5 城市濱江段海塘達標加固斷面圖

表2 波浪爬高及堤頂高程計算結(jié)果匯總表

圖6 背海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（運行工況）

圖7 臨海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（運行工況）

圖8 城市濱江段背海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（施工工況）

圖9 臨海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（施工工況）

圖10 背海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（地震工況）

圖11 臨海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（地震工況）

4.7 整體穩(wěn)定計算

該工程滲流采用Slide有限元分析軟件進行計算。根據(jù)計算結(jié)果各達標斷面的最大滲流比降均能滿足規(guī)范要求，見圖12、圖13所示及表4所列。

經(jīng)計算該工程達標方案整體穩(wěn)定性、滲流穩(wěn)定性、柵欄板厚度、拋石單重均滿足規(guī)范要求，兼做觀景平臺的海塘達標方案成立。

4.8 綜合防災(zāi)說明

（1）在日常洪水位豎立警示標志，警示游客注意洪水陡漲危險；

表3 城市濱江段海塘整體抗滑穩(wěn)定計算成果表

圖12 堤身斷面浸潤線及滲透坡降圖（背海側(cè)）

圖13 堤身斷面浸潤線及滲透坡降圖（臨海側(cè)）

表4 城市濱江段海塘達標斷面滲透穩(wěn)定計算成果表

（2）在廣場范圍內(nèi)建設(shè)廣播系統(tǒng)，在暴雨等惡劣天氣來臨前，告知游客盡早撤離到安全的地方；

（3）在鄰水區(qū)域設(shè)置救生設(shè)備；

（4）在各主要出入口位置豎立廣場平面圖并標示所在位置及逃生方向，為游客提供明確的疏散路線。

5 結(jié)語

本文介紹了利用海塘消浪平臺兼作觀景平臺的設(shè)計方案，通過工程方案的計算，表明了該方案是可行的。

隨著新一輪的城市總規(guī)頒布，上海市將對海塘進行達標，在有條件有需求的區(qū)域，可以考慮海塘消浪平臺兼做觀景平臺，以滿足人們親水的需求。

海塘是沿海城市前沿的生命線，在賦予其新功能要求的前提下，管理部門需加強安全管理，尤其在汛期，確保人民生命財產(chǎn)的安全。