日照港退岸还海项目护岸结构优化设计

刘凯捷 曹帅 中交水运规划设计院有限公司

1.项目概况

日照港退岸还海项目是中国第一个退岸还海类的项目，工程位于日照灯塔广场南侧，现有煤堆场护岸东侧，整治岸线长度1882m。修复整治区域以灯塔为界，北边为自然岸线，南边为港口工业岸线，多年来，本区域作为港口岸线及煤炭堆场，产生的粉尘对周围环境造成了负面影响，使城市景区与码头煤炭作业区只有“一墙之隔”，同时该区域的煤炭堆场护岸也限制了海岸线的生态功能。日照港退岸还海项目，将本区域岸线还原为自然海岸线，并设置人工沙滩等，对区域环境及海岸生态进行修复。关于本项目的平面布置与沙滩布置等相关内容，可参考邵铁政的《日照港退岸还海项目人工沙滩拦沙堤布置研究》一文。

本工程由北到南包含连接平台护岸、北拦沙堤、隔沙堤1段、隔沙堤2段、潜堤、南护岸及南拦沙堤等部分，各部分根据水文地质等的不同分别采用了不同的护面结构，如扭王字块，栅栏板，四脚空心方块以及重力式沉箱等，而工程最北侧的连接平台护岸，其紧邻灯塔景区，而且其轴线特征、水深等条件均与其他部分不同，设计要求较高，本文就连接平台护岸曲线段部分的护面结构选择进行详细分析及优化设计。

2.设计条件

2.1 自然条件

本工程连接平台护岸区域主要设计条件如下：

设计水位：以石臼港区理论最低潮面为基准面，极端高水位+5.80m，设计高水位+4.83 m，设计低水位+0.57m，极端低水位-0.63m。连接平台后方陆域设计标高为+8.8m。

波浪条件：连接平台区域所受波浪主要为E向及ENE向，极端高水位作用时波浪H=4.6m，H=4.3m，H=3.8m。

工程地质：本区域为强风化岩岩面，岩面顶层即地表高程在0～+1.5m之间。

综合评价：本区域总体水深较小，岩面较浅，波浪到近海实际会发生破碎，波高不大，各类护面都可以进行选择，结构稳定性较容易满足；同时，底高程基本接近设计低水位，大部分时间都可以进行陆上施工等。

2.2 设计要求

连接平台护岸位于整治岸线最北侧，分为曲线段和直线段，其中直线段100.8m，曲线段172.8m，共273.6m。直线段较短，轴线为直线且后期两侧均回填，施工难度较小，因此沿用初步设计阶段方案即可，本文不对其进行讨论，仅对曲线段部分进行研究。曲线段设计要求较高，主要如下：（1）需满足结构稳定性，符合设计规范，极限状态下，不能发生失稳，护面耐久性符合设计年限等；（2）曲线段轴线为曲线且曲率较大，设计时需考虑护面形状对于曲线轴线的适配性，护面块体之间不能留有过大的缝隙；（3）区域水深较浅，水上施工难度大，需要尽量避免水上施工措施；（4）连接平台护岸位于项目最北侧，与灯塔风景区仅有一墙之隔，要求具备一定的美观性；（5）工程造价不能过高。因此，对连接平台护岸进行设计时，需综合考量以上五方面因素。

3.方案比选

3.1 连接平台护岸原设计方案

连接平台曲线段护岸，项目初步设计[3]提出的推荐方案为干砌条石+四脚空心方块方案。具体结构为：抛填10～100kg块石形成基床，基床上设置带亲水平台的现浇混凝土挡浪墙，挡浪墙顶标高+9.80m，亲水平台顶标高+6.80m，宽2.50m，其下铺设二片石垫层。外坡坡度1：1.5，采用干砌条石护面，下设碎石垫层和二片石垫层。+3.0m高程处设置3.90m肩台，肩台以下采用5t四脚空心方块，其下铺设200～300kg垫层块石。内坡依次设二片石垫层及混合倒滤层，并在后方预留回填区。护底为200～300kg块石，宽8.0m。

针对连接平台的曲线布置及干砌条石护面情况，《海州湾日照港港口岸线退港还海修复整治工程局部整体波浪物理模型试验报告》指出：“极端高水位（重现期100a）和设计高水位100a波浪作用下，设计断面的干砌条石和四脚空心方块发生失稳。”同时，四角空心方块对于圆弧的适应性不强，存在较多缝隙，因此需要设计新的方案。

3.2 优化方案比选

根据设计条件，提出以下方案并分析：

（1）扭王字块方案。扭王字块在日照地区应用广泛，施工经验较为丰富，各种规格的模板拥有较多，且本项目的其他位置如南拦沙堤和南护岸，均采用了扭王字块作为结构护面。从消浪、块体稳定的角度看，扭王字块块体具有优势，从两吨到十几吨都有着广泛的应用，适用于不同的水文条件；同时，扭王字块护面对于弯曲轴线适用性强，可以随机摆放，曲线轴线状态下仍能保持与直线轴线近似的稳定性。然而，扭王字块美观性稍差，连接平台区域紧邻灯塔景区，从灯塔景区的海滩位置向南侧望去，第一眼就是看到的连接平台护岸区域，因此，各方认为扭王字块护岸美观性有一定的欠缺，因此最终不选择此方案。

（2）扭工字块/四脚锥体方案。扭工字块及四脚锥体，本质上与扭王字块相近，其在消浪及稳定性上都有一定的优势，在日照石臼、岚山港区均已有一定的应用，本项目南侧的煤堆场护岸也是应用了扭工字块作为护面块体。但相比扭王字块，造价更高，需铺设两层造成块体数量更多，同样也受限于景观性，因此亦不选用。

（3）栅栏板方案。栅栏板等规则块体安放后，表面比较规整，景观效果呈现较好，连接平台护岸直立段的内侧就应用了栅栏板护面，但栅栏板防浪效果及稳定性均相对一般，且因为连接平台弧度大，会造成栅栏板之间缝隙较大，如补足缝隙可能需要制作异形栅栏板，模板种类多，导致造价提高，施工难度较大，工程进度也会受到影响。因此不采用栅栏板护面方案。

（4）直立式预制沉箱方案。直立式护岸是普遍被认为景观性较好的方案，其外立面垂直平整，后期也容易进行二次美化。本工程的南拦沙堤最外侧采用了重力式沉箱方案，堤头位置设置了老灯塔，景观效果极佳。且重力式方案耐久性好，稳定性和抗浪功能都较好，但是受限于现场水深较浅，施工船舶难以进入进行水上施工作业，极易搁浅或触礁，而沉箱单重较大，也不易进行陆上吊装。同时，曲线轴线也会造成预制模板复杂，需要制作异型沉箱，沉箱之间需要额外设置倒滤腔等，预制周期也会变长，不利于项目早日建成。重力式方案的造价也是各方案中最高的，因此不选择重力式护岸方案。

（5）现浇混凝土板方案。现浇混凝土板护面在内河航道中应用较广，海港防波堤或护岸应用相对较少，这是因为海岸位置一般潮差较大，而护岸大部分时间没入海水中，难以进行现浇施工，同时其他方案的护面已在海岸防波堤或护岸中有较为成熟的应用。但本项目连接平台曲线段特点与其他项目不同，可以考虑现浇混凝土板方案。本区域水深基本保证连接平台底高程在+0.0m以上，现浇混凝土板方案护面底高程在+1.0m以上，而设计低水位为0.57m，因此现浇混凝土护面易于乘潮施工。相比其他方案，本方案具有较好的美观性，混凝土外表面也可以进行二次加工做一定的造型，混凝土护面对曲线轴线的适配性较好，不会留有大的缝隙，也较易达到结构稳定及抗浪的标准。可见，混凝土板护面基本克服了以上其他方案的缺点，对本项目适用。

经过综合比选，最终选择现浇混凝土板方案。方案具体如下：

连接平台北侧弧线段：抛填开山石形成堤心，设置带亲水平台的现浇混凝土挡浪墙，挡浪墙顶标高+8.80m，亲水平台顶标高+7.20m，宽2.50m，其下铺设二片石垫层。外坡坡度1：2，采用现浇混凝土板护面，护面外层设页子石镶面，其下设50～100kg块石垫层。内坡依次设二片石垫层及混合倒滤层，并在后方预留回填区。护底采用300～400kg块石，宽5.0m。

本项目实际施工时，施工单位按照混凝土板方案实施，较迅速的完成了连接平台护岸的施工，且景观效果良好，与北侧灯塔景区融为一体。

4.结论

图1 现浇混凝土板断面图

日照港退岸还海项目的连接平台护岸曲线段部分，初步设计阶段的护面结构形式为干砌条石及四脚空心方块组合护面，经物理模型实验验证，其在波浪作用下发生失稳，结构稳定性不能达到要求。在施工图设计阶段，我们对连接平台护岸的结构形式进行了多种形式的比选，考虑多种因素如结构稳定、施工难度、对曲线的适配性、美观性及造价等，经综合比选，现浇混凝土护面方案结构稳定，可以乘潮施工，对曲线轴线适应性强，施工较迅速，美观性好，可以克服其他方案的缺点，因此最终选取现浇混凝土护面方案。本项目连接平台护岸的优化研究，及最终对现浇混凝土板护面结构的选取，对后续海岸生态修复类项目有一定的参考意义。