第１５卷第ｌ期 ２０１６年３月 南通航运职业技术学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＮＡＮＴＯＮＧ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ＆ＴＥＣＨＮＩＣＡＬ ＳＨＩＰＰＩＮＧ ＣＯＬＬＥＧＥ Ｖ０１．１５ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０１６ 基于堤防工程技术的油墩港航道两侧护岸 结构型式设计方案研究 李菲菲。吴坤坤 （上海市城市建设设计研究总院，上海２００１２０） 摘要：文章从堤防工程设计角度出发，兼顾河道的航道要求，对油墩港航道两侧护岸结构进行稳定及结构计算，提 出了安全且经济可行的设计方案。 关键词：航道；护岸；设计计算 中图分类号：Ｕ６１２．３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７１—９８９１（２０１６）０１—００６６—０４ ０ 引言 油墩港航道位于上海市西部，贯穿青浦、松江二区，航道北起吴淞江，南至黄浦江上游泖港段，全长约 ３６．５ ｋｍ。青浦区内跨越油墩港的多条通道中，鹤星路一鹤墩路段的油墩港桥由于桥梁结构老旧，已不能满足 地区交通发展的需求。为周边居民生活及生产安全考虑，该桥梁（以下简称“鹤星路桥”）的拆除新建迫在眉 睫。根据上海市水务局印发的《上海市跨、穿、沿河构筑物河道管理技术规定（试行）》，桥梁建设时，其垂直投 影面内及上、下游各３０ １ＴＩ河道两岸堤防（防汛墙）需同步按规划要求实施。根据鹤星路桥梁平面布置，桥墩 位于规划蓝线以外。因此，桥墩上、下游各３Ｏ ｍ及桥梁垂直投影段８ ｍ范围内（共计３８ ｍ）两岸均需新建护 岸结构，实现防洪圈的闭合。本文首先根据油墩港规划航道要求，计算船行波，初步拟定两方案护岸结构大 小，再通过河岸整体稳定计算、结构强度计算、承台水平位移控制等设计计算确定设计方案结构具体尺寸， 最后通过单米护岸结构投资造价，从技术和经济两方面确定优选方案。 １ 工程概况 该项目位于上海市青浦区白鹤镇，场地在自然地面以下７２ ｍ内各土层均为第四系沉积物，由粘性土、 粉性土、砂性土等组成。第①ｌ层浜土，层厚约２．５６ ｍ；第②１层褐黄～灰黄色粉质黏土，层厚约１．７０ ｍ，中等 压缩性，物理力学性质较差；第③１层灰色淤泥质粉质黏土，厚度约３．１０ ｍ，高等压缩性，土层物理力学性质 很差；第⑥１层暗绿一灰黄色粉质黏土，层厚约４．００ ＩＴＩ，中等压缩性，土层物理力学性质较好；第⑥２层褐 黄～灰黄色砂质粉土，层厚约１ １．４０ｍ，中等压缩性，土层物理力学性质较好，为较好的桩基持力层。 根据《青浦区白鹤镇水利专业规划》，油墩港为青松大控制片的片内圩外河道，河道工程等别为Ⅲ等＿＿［ 程，护岸（坡）等主要建筑物级别为３级，临时建筑物级别为５级。防洪标准按照５０年一遇的区域防洪标 准。＿ｌｌ油墩港属于市级河道，规划河底高程一２．００ ｍ（上海吴淞零点为基准，下同），河底宽４０ ｍ，规划河口宽 ７０ ＩＴＩ，两岸陆域控制宽度均为１５ ｍ。油墩港规划航道等级为Ⅳ级，通航净宽６０ ｍ。工程特征水位为：规划最 高水位３．５０ ｉｎ，常水位２．６０ ｍ，预降低水位１．５０ ｍ，校核高水位３．７７ ｍ。同时，油墩港作为Ⅳ级航道，最高通 航水位３．６０ ｍ，最低通航水位２．２０ ｍ。 ２护岸结构设计 ２．１设计方案 （１）拟定两种护岸结构方案。油墩港护岸结构应同时满足区域水利规划和航道等级标准。根据水利规 收稿日期：２０１５—１０—１２ 作者简介：李菲菲（１９８２～），女，江苏如东人，上海市城市建设设计研究总院工程师，硕士。 第１期 李菲菲，吴坤坤：基于堤防工程技术的油墩港航道两侧护岸结构型式设计方案研究 ６７ 划，油墩港堤顶高程不应低于４．２０ｍ。同时，油墩港作为Ⅳ级航道，护岸设计应考虑船行波的影响。根据《内河 航道工程设计规范》附录ｃ计算得，油墩港船行波波高 ＝０．３６９ ｍ，船行波爬高Ｒ ０．４４６ ｍ。嘲根据《内河 航道工程设计规范》８．３．２条第一款，护岸的防护高程应不低于以下三者之高值：①设计最高通航水位以上设 计船行波爬高；②设计最高通航水位以上１倍设计船行波波高；③设计最高通航水位以上０．５ ｍ。因此，根据 航道相关规范确定的堤顶高程不低于３．６Ｏ（最高通航水位）＋０．５０：４．１０ ｍ，油墩港护岸堤顶设计高程取水利 规划与航道规范所确定堤顶高程之大值，即４．２Ｏ ｍ。 根据《内河航道工程设计规范》８．３．２条第二款，刚性防护结构的底高程不得高于最低通航水位以下３ 倍设计船行波波高，且不得高于最低通航水位以下０．５０ ｍ。因此，油墩港护岸结构防护底高程不高于２．２０ （最低通航水位）一３ｘ０．３６９＝１．０９３ ｍ。同时，护岸墙前泥面高程按最低通航水位一船舶吃水深度一富裕水深计 算，即不高于２．２０—２．６０—０．２０—０．６０ ｍ。根据上述分析，护岸设计拟定以下两种方案：方案一，Ｃ３０钢筋混凝 土高桩承台，Ｌ型墙身，墙顶高程４．２０ ｍ，基础为前板桩后方桩，墙前泥面高程一０．６０ ｍ；方案二，Ｃ３０钢筋混 凝土低桩承台，Ｌ型墙身，墙顶高程４．２０ ｍ，基础为双排方桩，墙前泥面高程一０．６０ ｍ。 （２）设计计算。 ①河岸的边坡抗滑稳定计算方法采用《堤防工程设计规范》中Ｆ．０．３的瑞典圆弧法： Ｋ： 圣ｉ［ ：－４－： ＝＝＝：：＝＝ ＝：＂：：：．：：：： ！±曼：垒 叟 ∑『（Ｗ± ）ｓｉｎａ＋尬／Ｒ１ 式中， 为土条重量（ｋＮ）；Ｑ、Ｖ为水平和垂直地震惯性力（ 向上为负，向下为正）（ｋＮ）； 为作用于土 条底面的孔隙压力（ｋＮ／ｍｚ）； 为条块重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（。）；ｂ为土条宽度 （ｒｉ１）；ｃ 、 为土条底面的凝聚力（ｋＮ／ｍ２）和内摩擦力角（。）； 为水平地震惯性力对圆心的力矩（ｋＮ·ｍ）； 为 圆弧半径（ｍ）。［３１ ②防洪墙沿土基地面的抗滑稳定安全计算采用《堤防工程设计规范》中的Ｆ．０．６公式： ＝等 （２） 式中，∑ 为作用于墙体上的全部垂直力的总和（ｋＮ）；∑Ｐ为作用于墙体上的全部水平力的总和（ｋＮ）； 厂为底板与堤基之间的摩擦系数。 ③防汛墙基底压应力计算采用《堤防工程设计规范》中的Ｆ．０．８公式： 一 “ Ａ 一∑ ＋ （３） 式中， … 为基底应力的最大值或最小值（ｋＰａ）；∑ 为荷载对底板形心轴的力矩（ｋＮ。Ｉｌ１）；∑ 为底 板的截面系数ｍ）；４为底板的面积（ｍ ）。 针对两种方案，通过计算可知： ①３级堤防工程边坡抗滑稳定系数Ｋ应分别满足不小于１．２０（运行期）、１．１Ｏ（施工期）、１．０５（地震期）。方 案一各工况Ｋ分别为１．４２２、１．５２４、１．６５６，方案二各工况Ｋ分别为１．２８４、１．３１２、１．４６１。两方案边坡抗滑稳定 系数均满足要求，但由于方案一前排采用连续的板桩，对边坡的稳定起到一定的作用，因此方案一各工况的 边坡抗滑稳定系数均大于方案二。 ②３级防洪墙沿土基地面的抗滑稳定安全系数Ｋ应分别满足不小于１．２５（运行期）、１．１Ｏ（施工期）、１．０５ （地震期）。方案一各工况Ｋｃ分别为１．１９、１．１５、１．９６，运行期不满足要求；方案二各工况Ｋ。分别为１．Ｏ０、０．８９、 １．１４，运行期、施工期均不满足要求。可见，由于挡土高度较高，墙后地下水与墙前水位的水头差较大，墙体结 构承受的水平向土压力和水压力较大，两方案沿土基地面的抗滑稳定安全系数均无法满足规范要求。 ③工程所在区域土基上的防洪墙基底应力的最大值与最小值之比，不应大于２．ｏｏ（基本组合）、２．５０（特 殊组合）。方案一各工况基底应力比分别为７．６０、６．５６、３．６５，均不满足要求；方案二各工况基底应力比分别为 ６．１０、１０．８３、２．７２，也不满足要求。可见，由于结构底板所在的③ 层灰色淤泥质粉质黏土为软弱地基，且地基 允许承载力较小，无法承担护岸的基底应力。 根据上述（２）、（３）结论，两方案基础均需采用预制桩基进行地基处理。通过试算，确定方案一前排采用 ６８ 南通航运职业技术学院学报 ２ｏ１６年 Ｃ３０钢筋混凝土板桩，尺寸为２５０ｘ５００ｘ８ Ｏ００ｍｍ，后排为Ｃ３０钢筋混凝土方桩，尺寸为２５０ｘ２５０ｘ８ Ｏ００ｍｍ， 间距１．５ｍ；方案二双排桩均采用Ｃ３０钢筋混凝土方桩，尺寸为３００ｘ３００ｘ１２ Ｏ００ｔｎｍ，间距１，０ｍ。 根据上海市工程建设规范《地基基础设计规范》第７．２．４条，当没有进行桩的静荷载试验，按地基土对桩 的承载能力确定单桩竖向承载力设计值时，根据土层条件按下式估算： Ｒ 盟ｓ ＋ ｐ ： 至． ｓ ＋丘 ｐ （４） 式中， 为桩身截面周长（ｍ）； 为桩侧第ｉ层土的极限摩阻力标准值（ｋＰａ） 为桩端处土的极限摩阻 力标准值（ｋＰａ）； 为第 层土的厚度（ｍ）；Ａ 为桩端横截面面积ｍ ）；为 总侧摩阻力的分项系数； 为桩 端阻力的分项系数；Ｒ。 为桩端极限阻力标准值（ｋＮ）； 为桩侧总极限摩阻力标准值（ｋＮ ｏ两方案桩基承载 力及桩顶位移计算结果汇总如表１所示。 表１ 桩基承载力及桩顶位移计算结果表 由上述计算可知，两方案的桩基承载力和桩顶位移均满足规范要求。 （３）设计方案的确定。通过上述计算分析，两侧护岸结构可采用两种方案，结构图分别如图１、２所示。 ２．２工程投资分析 根据结构详图，采用２０１５年１ １月上海市水利工程造价信息，由计算知：方案一护岸结构单米直接工程 费１５ ７８５元，方案二护岸结构单米直接工程费１６ ２７７元。同时，由于方案二开挖面积较大，原有护岸在基坑 开挖时已被破坏，施工前，需沿工程范围内岸线设置顺河围堰，围堰采用圆木桩，长度约１４０米，该措施费约 ４４．８０万元；而方案一开挖外边线距离原有护岸仍有约２．５米的距离，可利用其作为围堰，先进行基坑开挖及 护岸结构施工，再拆除老墙并疏浚墙前泥面至设计河床线。从工程投资角度分析，方案一更经济。 ２．３设计方案比较 通过上文分析，鹤星路桥上、下游各３０ ｍ范围内的油墩港两侧护岸结构设计结论如下： 勰 Ⅻ０【 啦懒） ｌｏ６ｏ￣ 啪 Ｉ ．Ｉ哪 ⅪＬ 姗 ７∞吖 － 舢 蛆 鼍 活 图１方案一护岸结构详图 第１期 李菲菲，吴坤坤：基于堤防工程技术的油墩港航道两侧护岸结构型式设计方案研究 ６９ 图２方粟二护岸结构详图 （１）为满足航道要求，护岸结构防护高程应不高于１．０９３ ｍ，墙前泥面不高于一０．６０ ｍ； （２）两方案边坡抗滑稳定系数均满足要求，但方案一基础采用“前板后方”，对边坡的抗滑稳定较方案二 更有利； （３）两方案基础采用预制桩基进行地基处理是非常必要的。为满足地基承载力及桩顶位移控制要求，方 案一基础桩长需８ ｍ，方案二基础桩长需１２ ｍ； （４）方案一单米直接工程费小于方案二，且方案二需额外增加围堰措施费，相比之下，方案一更经济。 综合比较方案一、方案二，推荐方案一作为油墩港航道两侧护岸结构型式。 ３结束语 本文从堤防工程设计角度出发，兼顾河道的航道要求，严格参照水利、航道相关行业规范，以结构稳定 和强度计算为研究重点，对工程范围内的油墩港两侧护岸进行结构型式拟定、设计计算、施工方式初拟，得 出该护岸采用高桩承台结构型式更安全、经济、可行的结论，对于航道两侧的护岸结构设计有借鉴意义。 参考文献： 【ｌ】刘彦理．青浦区白鹤镇７ｇ￣，ｌ专业规划【Ｒ】．上海：上海浩韵水务工程规划设计有限公司，２０１２． 【２］中华人民共和国水利部．ＧＢ５０２８６—２０１３堤防工程设计规范【Ｓ］．北京：中国计划出版社，２０１３ ［３］沈长松．水工建筑物［Ｍ】．北京：水利水电出版社，２００８． ［４］景志鸿．运河通航与工程护岸【Ｊ】．泥沙研究，１９９０（１）：５５—５８． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ Ｐｌａｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｉｌ Ｐｉｅｒ Ｐｏｒｔ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＬＩ Ｆｅｉ－ｆｅｉ．ＷＵ Ｋｕｎ—ｋｕｎ （Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｕｒｂａｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００ １ ２０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｅｍｂａｎｋｍｅｎｔ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｎｎｅｌ，ｍａｋｅｓ ａ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｌ ｐｉｅｒ ｐｏｒｔ ｃｈａｎｎｅｌ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａ ｓａｆｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｌａｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｈａｎｎｅｌ；Ｒｅｖｅｔｍｅｎｔ；Ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ