曹坤

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

0 引言

海塘是為防御風(fēng)暴潮水和波浪對防護(hù)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(biāo)準(zhǔn)在規(guī)劃期內(nèi)全部達(dá)到200 a一遇標(biāo)準(zhǔn)。而目前崇明區(qū)海塘防御標(biāo)準(zhǔn)主要為100 a一遇，不滿足城市總規(guī)要求，需逐步進(jìn)行達(dá)標(biāo)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(jí)生態(tài)島新亮點(diǎn)，讓當(dāng)?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(dòng)場所之一。鑒于崇明景觀道一期工程的實(shí)施，崇明將把城橋段海塘打造成集休閑娛樂和防御風(fēng)暴潮功能于一體的城市風(fēng)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(xiàng)目內(nèi)容包括海塘達(dá)標(biāo)、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(xiàng)目是提升城橋鎮(zhèn)整體景觀風(fēng)貌的重要節(jié)點(diǎn)。

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

2 海塘現(xiàn)狀及達(dá)標(biāo)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(hù)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(tái)，混凝土平臺(tái)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(jì)原則

（1）工程區(qū)域地質(zhì)條件較復(fù)雜，達(dá)標(biāo)加固方案應(yīng)具備適應(yīng)變形能力強(qiáng)的特點(diǎn)；

（2）海塘加固后應(yīng)堅(jiān)固耐久，抗沖擊、抗淘刷性強(qiáng)；

圖1 原設(shè)計(jì)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(dá)標(biāo)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(yùn)行管理，減少后期維修量；

（6）應(yīng)盡量優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低工程造價(jià)。

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(jìn)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。現(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(hù)面結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除后，便可對坡面及防浪墻進(jìn)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(jìn)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(jí)堤防內(nèi)青坎寬度的要求。并且為滿足新海塘防御標(biāo)準(zhǔn)，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(jìn)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(fēng)浪能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，透水性強(qiáng)；拋石受風(fēng)浪條件影響小，施工作業(yè)方便，進(jìn)度快；上海地區(qū)石料一般需外購運(yùn)輸至工程區(qū)域，運(yùn)距較長費(fèi)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(jì)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(fèi)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(qiáng)，較為經(jīng)濟(jì)。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(jìn)行使用。若近距離采砂單價(jià)較低，具有較高的經(jīng)濟(jì)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(fēng)浪影響相對較小，充泥管袋也不易被風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)提高，堤頂高程也需進(jìn)行加高，大部分?jǐn)嗝孢€需新建外坡消浪平臺(tái)進(jìn)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(dá)標(biāo)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(jìn)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(shí)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(biāo)高8.04 m，路寬約6.6 m，不能滿足海塘200 a一遇及12級(jí)風(fēng)的達(dá)標(biāo)要求與觀景4股人流以上的觀江需求，因此設(shè)計(jì)中將堤頂標(biāo)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(jí)觀景平臺(tái)（將景觀平臺(tái)兼做消浪設(shè)施），堤頂?shù)缆吠貙捈熬坝^平臺(tái)均向海側(cè)進(jìn)行建設(shè)。最下一級(jí)平臺(tái)標(biāo)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(tái)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(dá)標(biāo)斷面設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)潮位

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

4.2 設(shè)計(jì)波浪要素

該工程位于長江口，江面開闊，波浪作用較強(qiáng)。因該工程達(dá)標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)重現(xiàn)期下的波浪要素，故波浪要素的計(jì)算采用《海塘工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，由設(shè)計(jì)風(fēng)要素間接推算。

首先采用規(guī)范推薦的蒲田海塘試驗(yàn)站公式，通過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下的潮位及風(fēng)速（200 a一遇高潮位+12級(jí)風(fēng)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(jì)波浪要素[3]。

該工程堤前設(shè)計(jì)波浪要素計(jì)算結(jié)果見表1所列。

4.3 設(shè)計(jì)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(dá)標(biāo)工程是在原有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行達(dá)標(biāo)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(tái)；增設(shè)或加高防浪墻；增設(shè)消浪順壩等。優(yōu)先考慮造價(jià)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(dá)到200 a一遇高潮位防御標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)該工程的區(qū)段劃分，由西向東共分為4個(gè)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(dá)標(biāo)及親水平臺(tái)建設(shè)主要集中在城市濱江段，以此為例說明海塘達(dá)標(biāo)與觀景平臺(tái)的融合設(shè)計(jì)。

達(dá)標(biāo)方案為將現(xiàn)狀海塘防浪墻、護(hù)坡結(jié)構(gòu)及鎮(zhèn)腳等進(jìn)行拆除，并按200 a一遇防洪（潮）標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)根據(jù)景觀要求向外海側(cè)陪厚新建復(fù)合式斜坡堤。

達(dá)標(biāo)方案根據(jù)景觀方案設(shè)置兩級(jí)平臺(tái)，一級(jí)平臺(tái)頂高程6.60 m，二級(jí)平臺(tái)頂高程5.70 m兼做消浪平臺(tái)。一級(jí)平臺(tái)與防浪墻間設(shè)約1∶3.0護(hù)坡，護(hù)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(jī)織土工布一層，護(hù)坡結(jié)構(gòu)寬約2.0～5.0 m。

一級(jí)平臺(tái)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(jī)織土工布一層，平臺(tái)寬約 3.0～7.0 m。

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

消浪平臺(tái)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(jī)織土工布一層，平臺(tái)寬5.5 m。

新建下坡護(hù)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(jī)織土工布一層，護(hù)坡寬約8.0 m。

以上護(hù)坡及平臺(tái)土工布下方采用充泥管袋填筑堤身。

工程將在一級(jí)平臺(tái)以上至堤頂防浪墻區(qū)間設(shè)置景觀臺(tái)地、鋪裝及草皮等以滿足該段達(dá)標(biāo)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(jí)風(fēng)下限）

護(hù)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(biāo)高2.50 m。鎮(zhèn)腳前方拋石護(hù)腳，拋石護(hù)腳厚約1.50 m，拋石重量為 150～250 g，護(hù)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(gè)出入口，口門寬6.0 m，高0.7 m，每個(gè)口門設(shè)置防汛橫拉門。海塘達(dá)標(biāo)斷面見圖5所示，波浪及爬高計(jì)算見表2所列。

4.4 柵欄板厚度計(jì)算

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

經(jīng)計(jì)算，柵欄板厚度為0.303 m，取0.35 m。

4.5 塊石穩(wěn)定重量計(jì)算

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

經(jīng)計(jì)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(jì)算

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

海塘內(nèi)側(cè)堤頂?shù)缆房紤]檢修車輛及特定活動(dòng)時(shí)社會(huì)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(dá)標(biāo)斷面在各工況情況下的堤身整體穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，詳見圖6～圖11所示。經(jīng)計(jì)算達(dá)標(biāo)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(dá)標(biāo)加固斷面圖

表2 波浪爬高及堤頂高程計(jì)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(yùn)行工況）

圖7 臨海坡整體穩(wěn)定最不利滑弧面示意圖（運(yùn)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(jì)算

該工程滲流采用Slide有限元分析軟件進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果各達(dá)標(biāo)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(jì)算該工程達(dá)標(biāo)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(tái)的海塘達(dá)標(biāo)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(biāo)志，警示游客注意洪水陡漲危險(xiǎn)；

表3 城市濱江段海塘整體抗滑穩(wěn)定計(jì)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(dá)標(biāo)斷面滲透穩(wěn)定計(jì)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(biāo)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(tái)兼作觀景平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，通過工程方案的計(jì)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(jìn)行達(dá)標(biāo)，在有條件有需求的區(qū)域，可以考慮海塘消浪平臺(tái)兼做觀景平臺(tái)，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(qiáng)安全管理，尤其在汛期，確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。