长江口南槽地区导堤结构选型研究

黄建玲，李鹏飞，陈海峰

（1.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200000；2.中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210000）

引 言

导堤是设在河口的整治建筑物，起引导和集中水流、冲刷拦门沙及浅滩、维持和增加航深的作用，又称导流堤。长江口南槽地区是进出长江的重要通道，研究该地区的导堤结构选型有助于提升长江口航道能力，缓解北槽深水航道超宽船舶会遇矛盾，还可以分流北槽船舶，保障长江口航道畅通、沿线港口正常生产的需要。本文将结合长江口南槽航道治理一期工程，对导堤结构选型进行探讨。

1 工程概况

长江河口呈“三级分汊、四口入海”的格局，其入海通道自北向南依次为北支、北港、北槽和南槽。南槽航道的规划目标水深8 m，满足万吨级船舶乘潮通航。长江口南槽航道治理一期工程包括江亚南沙和九段沙两区段。整治建筑物包括江亚南沙护滩堤、九段沙护滩堤和6条丁坝，整治建筑物总长度45 850 m。

主要整治建筑物特征如下：

1）江亚南沙护滩堤

限流段：布置限流段4.0 km（上端顺接分流鱼嘴南线堤，下段顺接江亚南沙高滩0 m线），封堵江亚南沙沙头窜沟。限流段高程2.0 m（吴淞基面，下同）。

护滩段：沿江亚南沙南缘6 m等深线布置4.7 km长的1.0 m高程江亚南沙护滩堤护滩段。护滩段头部与限流段相连，设置200 m由2.0 m至1.0 m过渡段。尾部设置1.2 km过渡段，高程由1.0 m均匀过渡至自然泥面-2.0 m。

2）九段沙护滩堤

在九段沙自然保护区外侧，沿九段沙南缘6 m等深线布置约29.8 km长的2.0 m高程九段沙护滩堤。护滩堤头部以弧段设计与九段沙自然衔接，衔接区域设置500 m长1.0 m至2.0 m过渡段。

3）丁坝群

在九段沙护滩堤南侧，布置丁坝群。丁坝群包含6条丁坝，长度分别为650 m、950 m、1 200 m、1 250 m、1 400 m、1 500 m。丁坝高程2.0 m。

2 工程建设条件

2.1 设计流速

根据本工程三维潮流泥沙数学模型试验研究成果，取江亚南沙堤头及西侧堤身设计流速为3.0 m/s、东侧堤身设计流速为2.0 m/s；九段沙护滩堤堤头设计流速为3.0 m/s、北侧堤身设计流速为2.0 m/s、南侧堤身设计流速为1.8 m/s。

四要定期适当地调整班级座位。座位编排需要随时调整，并注意间隔时间，通常每隔一个月调整一次比较适宜。调整时不仅要左右轮换，还要前后轮换，在此过程中一定要积极接纳学生的意见。

2.2 地质条件

根据水深地形图显示的拟建堤轴线处天然泥面高程和堤顶设计高程，对整个堤身高度进行区段划分：泥面相对平缓，堤身高度较大处划为同一区段；泥面高程变化较大，堤身较小处划为同一区段。再根据区段内地质分层的差异进行细分。

江亚南沙段天然泥面高程约为-9.0～-0.1 m，堤顶高程1.0～2.0 m，下游堤顶高程逐步降低至天然泥面。地基表层覆盖有0.6～5 m厚度以Ⅱ3-b灰黄色粉细砂为主的硬土层，其下为软土层，软土层主要为Ⅲ1灰黄色淤泥质粉质黏土层、Ⅳ1-b灰色淤泥层和Ⅳ1-a灰色淤泥质黏土层。

九段沙JD0+000～JD16+000区段天然泥面高程约为-7.5～1.50 m，地基表层覆盖有2～4 m厚度以Ⅱ3-b灰黄色粉细砂和Ⅱ3-c灰黄色砂质粉土为主的硬土层，其下为软土层，软土层主要为Ⅲ1灰黄色淤泥质粉质黏土层、Ⅳ1-a灰色淤泥层和Ⅳ1-b灰色淤泥质黏土层。

九段沙JD16+000～JD30+200区段天然泥面高程约为-7.5～-6.2 m，地基表层基本无硬土覆盖，主要为Ⅲ1灰黄色淤泥质粉质黏土层、Ⅳ1-a灰色淤泥层和Ⅳ1-b灰色淤泥质黏土层。

2.3 波浪条件

根据长江口南槽航道治理一期工程设计波浪要素推算报告，对各个方向的波浪进行统计和分析，确定各个区段设计波要素，并结合地质条件，进行区段划分。

选取50年一遇设计高水位H1%波高值进行统计和分析，江亚南沙和九段沙护滩堤工程实施前各向波浪统计见图1，九段沙护滩堤和丁坝在工程实施后各向波浪统计见图2和图3。

图1 护滩堤各向波浪统计（施工前）

图2 护滩堤各向波浪统计（施工后）

图3 丁坝各向波浪统计（施工后）

根据波向和堤轴线方向，按地质和堤高划分后，对每个区段进行多方向波浪力计算确定设计波要素。波向和堤轴线法线夹角在 45°内，直接按该向波要素计算波浪力，波向和堤轴线法线夹角大于45°，计算波浪力并进行折减，各项波浪力进行比较，选最大波浪力方向数值作为该区段设计波要素。

根据长江口南槽航道治理一期工程设计波浪要素推算，本工程50年一遇设计波要素见表1～表3。

表1 江亚南沙计算波要素

表2 九段沙计算波要素

表3 九段沙丁坝计算波要素

3 整治建筑物结构选型

3.1 江亚南沙区段结构选型

江亚南沙区域表层土为粉砂层，表层砂厚度为2～5 m，向下分布着厚度约16 m的淤泥质黏土层。天然泥面最低处高程约为-9.0 m，最高处约为-0.1 m，多数区段在-6.0 m左右。因此，堤身高度小于5 m区段采用抛石斜坡堤，其余区段采用半圆体构件堤。

图4 半圆体结构断面示意

图5 抛石斜坡堤结构断面示意

3.2 九段沙区段及丁坝群结构选型

从西侧零点至16.0 km区段，表层砂和粉土厚度基本为2～4 m，向下分布着厚度约18 m的淤泥土或淤泥质黏土层。天然泥面高程在-6.0 m左右。本区段堤身高度小于5 m区段采用抛石斜坡堤，其余区段采用半圆体预制构件堤。

16.0～30.2 km区段，段采用了塑料排水板加固地基的空心块体斜坡堤结构，大幅减轻堤身重度，以适应软土地基。

本工程16.0～30.2 km范围内地形、地质和波浪条件和NIIC区段较为类似，一般的预制构件堤或斜坡堤方案适用困难。由于长江口周边区域砂石料来源匮乏，该区段波浪大，施工条件较差，结合连云港徐圩港区防波堤工程在淤泥质软土地基上采用桶式基础结构的成功实施经验，采用桶式基础结构堤的主要优点有：构件大，很大一部分水上工作量转为陆上预制，浮运至现场采用负压下沉安装，施工受自然条件影响小，速度快；不要对地基进行加固处理，可节省大量的地基处理费用及时间；采用抛石量少，对石料依赖少。连云港徐圩防波堤总长21.78 km，其中约7 580 m采用了桶式基础结构直立堤，典型断面见图7，工程区段泥面表层为一定厚度的软土层，土体为含水量达到64.5 %，粘聚力6.5 kPa，内摩擦角2.5°；设计波要素见表4。

表4 连云港徐圩防波堤设计波要素

图6 抛石斜坡堤结构断面示意

图7 桶式基础直立堤结构断面示意

结合长江口地区半圆体实施的成功经验，利用半圆体结构的抗波浪优势，拟采用上部半圆体和下部桶式基础组合的结构型式，尤为适应该边界条件下的导堤建设，相比于常规的预制构件堤和斜坡堤方案，存在可一次成堤、施工速度快、现场工程量少、对石料依赖性低、无需采取防台防潮措施和造价低、可控的诸多优点。此区段采用半圆体桶式基础组合导堤结构，堤顶高程为 2.0 m。桶式基础结构平面尺度为30 m×20 m，为近椭圆形形状，桶内设格仓。上部结构采用半圆体构件，与基础桶体形成整体，半圆体半径为5 m，上部结构总宽10 m。构件在预制场制作成型，半潜驳运至现场下沉施工成堤，桶体基础两侧铺设联锁块体软体排护底，局部采用抛石护底衔接。

图8 桶式基础半圆体结构断面示意

抛石斜坡堤、半圆体预制构件堤等整治建筑物结构型式在长江口深水航道治理工程一期、二期类似工程中已有成功应用，本文不再详述。半圆体桶式基础组合导堤作为新型结构在长江口地区工程中首次应用需进行重点研究。

4 半圆体桶式基础组合堤的研究

4.1 半圆体桶式基础组合堤计算结果

半圆体桶式基础组合堤使用期计算内容主要包括堤身稳定、地基承载力及沉降计算；施工期计算内容主要包括浮游稳定性及自重下沉力估算。

表5 稳定计算结果

表6 地基承载力计算结果

表7 沉降计算结果

表8 浮游稳定验算结果

表9 施工期自重下沉力估算结果

4.2 桶式基础直立堤在连云港的运用实例

连云港徐圩防波堤总长 21.78 km，其中约7 580 m采用了桶式基础结构直立堤，典型断面见图 7。工程区段泥面表层为一定厚度的淤泥层，淤泥土含水量达到64.5 %，持力层为粉质黏土层。设计波要素见表 4。连云港徐圩防波堤桶式基础结构下沉安装采用负压下沉方式，第一阶段依靠自重排气、排水下沉，第二阶段利用排水泵对隔舱内抽水形成负压下沉到位。根据连云港实际使用经验，结合计算分析，本工程采用半圆体桶式基础混合堤是可行的。

5 结 论

通过对本工程建设条件的研究，对导流堤整治建筑物常用结构型式的分析比选，对新型半圆体桶式基础混合堤的研究，本工程最终确定导流堤各区段的整治建筑物结构型式：对于水深浅，堤身高度小，波浪小，地基基础好的区段采用成熟的抛石斜坡堤和半圆体结构堤，对于堤身高度大，波浪大，地质条件差的区段采用新型半圆体桶式基础混合堤结构。