潍坊海河路人工岛岛壁结构设计

2014-02-20杨国瑞田宝国淳于铭

水利规划与设计 2014年5期

关键词：模袋人工岛防潮

杨国瑞成栋田宝国淳于铭

潍坊海河路人工岛岛壁结构设计

杨国瑞成栋田宝国淳于铭

（山东省水利勘测设计院山东济南 250013）

人工岛所处位置为潍坊沿海防潮堤内的滩涂，建成后作为建设用地使用，根据场区地形地质特点，本文从安全、经济、施工方便等方面综合考虑，确定了岛壁高程及充砂模袋岛壁型式，对岛壁结构的设计计算及施工工艺等进行了分析阐述。

人工岛岛壁结构设计

1 工程概况

海河路人工岛工程地处潍坊滨海经济开发区，位于50km2海域的欢乐海内。海河路人工岛西侧为白浪河，东侧为欢乐海，南起龙震大坝，北至防潮堤，长约3.5km，主要由4个人工岛及岛间交通道路等组成，人工岛总面积约2km2。人工岛及海河路工程等别为Ⅱ等，建筑物级别均为2级。

2 设计基础资料

2.1水文

工程区属暖温带半湿润季风气候，多年平均降水量为581.2mm，主要集中在汛期。常风向为SSE向，强风向为NE向，风力最大达11级。白浪河入海口处5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。

工程区北侧防潮堤外即为渤海湾，其潮水位情况见表1。

表1 渤海湾特征潮水位表

表2 土的主要物理力学性指标一览表

2.2工程地质

工程所处位置为全新世最后一次海侵形成的淤积型粉砂质平原海岸，总体西高东低，南高北低，地面高程-1.27～-0.78m。场区地层均为第四系全新统地层，自上而下包括粉砂、壤土、砂壤土等。26

①层粉砂，结构松散，具中等透水性，抗冲1刷能力差，层厚9.60～11.50m，承载力特征值80 kPa；①-1层壤土，软可塑，有机质含量较高，层厚0.20～0.60m，具高压缩性；②层壤土，可塑，局部软塑，层厚3.10～4.80m，承载力特征值150kPa；③层以下为砂壤土、壤土互层。各层土的主要物理力学指标见表2。

场区地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.40s，相应的地震基本烈度为Ⅶ度。①层粉砂存在液化可能性，该层允许水力比降可采用0.20，抗冲允许平均流速0.40m/s。场区环境水PH值为7.3，矿化度为24642.8mg/L，全硬度为5840.8mg/L，游离CO2为24.2mg/L，对普通混凝土具有结晶型硫酸盐型强腐蚀性。

3 岛壁高程的确定

海河路人工岛工程位于沿海防潮堤内，规划为建设用地，人工岛地面高程需在满足防洪、防潮要求的前提下，考虑总体规划及植物生长需要等综合因素确定。欢乐海内泥面高程约-0.4m，水位高程一般为0.5～1.5m，为满足植物生长需要，地面高程一般高于水面2.0m，同时参考商务区地面高程，人工岛岛内吹填地面高程推荐采用4.0m。

人工岛位于防潮堤内，与外海仅通过防潮闸连通，受外海潮水位影响较小，岛壁高程主要根据白浪河洪水位及欢乐海水位分部位确定。白浪河侧岛壁高程，根据白浪河50年一遇设计洪水位2.44m，堤顶超高按《堤防工程设计规范》（GB50826—98）的有关规定，按不允许越浪计算，计入设计波浪爬高、风壅增水高度、安全加高，堤顶超高为2.81m，白浪河侧岛壁高程计算值为5.25m，采用1.0m高防浪墙，岛壁顶高程取4.3m。欢乐海侧岛壁高程的计算，欢乐海水位1.5m，同样按不允许越浪计算，堤顶超高2.34m，堤顶高程计算值为3.84m，取用4.0m。

4 人工岛岛壁型式选择

人工岛的历史可追溯至史前，目前已遍布世界各地。岛身填筑，一般为先围后填或先填后护，先围后填的施工方案采用较多，先将人工岛水域用岛壁（或称堤坝）围起来再进行抛填或吹填。目前人工岛岛壁的结构形式主要有抛石堤、充砂模袋堤、沉箱、沉井、插板桩等。

海河路人工岛西侧为白浪河主河道，东侧为欢乐海水域，采用先围后填的方式，就近选用河道及欢乐海表层粉砂吹填。抛石堤岛壁施工简单，但受石料供给进度影响大，投资较大；沉箱、沉井、插板桩等作为岛壁在该地层也较为适用，但施工技术要求相对较高，投资较大且断面形式相对单一。从施工方便、节省投资以及利于后期开发建设的角度，人工岛岛壁型式选用充砂模袋，结合河道清淤就地取材、施工进度快，在附近同类环境中曾多次成功应用，人工岛岛壁型式推荐采用充砂模袋。

5 岛壁结构设计

结合亲水性要求，人工岛岛壁断面采用复式断面，临水侧在2.0m高程设戗台作为亲水平台，戗台上、下坡比1：2。岛壁护坡形式经浆砌块石、预制混凝土板、模袋混凝土、栅栏板等多方案技术经济比较，白浪河侧岛壁临水面采用M20浆砌块石护坡，坡脚为C35预制混凝土压脚块；欢乐海侧岛壁临水面采用模袋混凝土护坡。为满足交通要求，岛壁顶部设7m宽道路。岛壁充砂模袋临水侧堤脚设抛石压重，防止水流淘刷。上游临水面采用M20浆砌块石护坡，坡脚为C35预制混凝土压脚块，背水坡铺设土工布一层后进行堤内吹填。为满足游船停靠需要，部分人工岛戗台高程以下岸坡采用直立式岸墙，岸墙采用预制及现浇混凝土组合结构。白浪河侧人工岛岛壁典型断面见图1。

对岛壁结构选施工期、完建期两种较不利工况，采用加拿大geo-studio软件进行渗流计算，浸润线见图2、图3，坝坡出逸比降均为0.5，虽不满足粉细砂允许出逸比降要求，但受岛壁本身模袋保护，特别是岛壁内吹填之后，不会产生渗透破坏，仅在岛壁外侧护坡表面设置土工布及碎石垫层，除起到反滤作用外，还能保护模袋，防止模袋老化。

岛壁充砂模袋的稳定计算，将袋本身按照加筋土折算粘聚力，按以下公式计算：

图1 白浪河侧人工岛岛壁典型断面图

图2 施工期浸润线图

图3 完建期浸润线图

c—模袋内砂土料粘聚力，取2.0kPa；

η—系数，取1.0；

Rt—模袋有效抗拉强度，取50KN/m；

ΔH—加筋层垂直间距，取0.5m；

KP—被动土压力系数，

Kp=tg2（45+φ/2），φ取230

取安全系数2.5，充砂模袋折合粘聚力30kPa，选用施工期、完建期、运行期3种计算工况，岛壁内、外坡安全系数均满足规范要求。

人工岛地基①层粉砂在地震基本烈度Ⅶ度区条件下，为避免振动液化的影响，采取岛壁底部铺设土工布，临水侧坝脚铺设软体排，并设抛石压重。

6 岛壁吹填施工

岛壁施工顺序为：铺设土工布、软体排→充砂模袋岛壁填筑→抛石压重→护坡施工→防浪墙。岛壁充砂模袋表面每20m2布置1个充填袖口，施工工艺为：袋体制作→堤身位置、高程定位测量→铺设袋体→充砂灌袋、砂体固结→铺设搭接施工下一只袋体。用挖泥船通过管道将取砂区内的粉砂吹填至模袋内，模袋填充时应均匀缓填，每层填筑不超过0.6m，下一层固结后方可进行上一层填筑。充填饱和度控制在85%左右，施工期做好安全监测。岛内吹填时，为满足岛内吹填过程中的排水、排泥需要，需在岛壁布置退水口，为防止泄水口对下游地基的冲刷，在吹填施工前，围堰下游的软体排及抛石体先期完成施工。为不污染附近海域，排水口外设水体围隔软帘，防止泥浆扩散蔓延。