关于海塘消浪平台兼做观景平台的探讨——以崇明环岛景观道一期工程（老滧港-八一路）为例

曹坤

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海市 200092）

0 引言

海塘是为防御风暴潮水和波浪对防护区的危害而修筑的堤防工程[1]，是沿海城市的生命线。现在国务院已正式批复了《上海市城市总体规划（2017～2035年）》，总规明确了上海市主海塘防御标准在规划期内全部达到200 a一遇标准。而目前崇明区海塘防御标准主要为100 a一遇，不满足城市总规要求，需逐步进行达标建设。

城桥镇作为崇明区政府所在地，是崇明人口最密集区域，人们对休闲场所有着迫切的需求。城桥镇邻近长江口南支，海塘上视野开阔，理应充分发挥地理优势，打造世界级生态岛新亮点，让当地居民共享长江美景。现状海塘为斜坡式栅栏板结构，南门码头至老滧港段堤顶路敷设了橡胶跑道，成为附近居民休闲的主要活动场所之一。鉴于崇明景观道一期工程的实施，崇明将把城桥段海塘打造成集休闲娱乐和防御风暴潮功能于一体的城市风景线。

1 概况

崇明环岛景观道一期工程（老滧港—八一路）东起老滧港，西至八一路，南侧为长江，北侧为新华医院、瀛洲公园及待开发区块，西侧为南门码头，全长约2.3 km。项目内容包括海塘达标、景观提升、现状绿化整理及新建、现状建筑改建及新建、随塘河梳理、堤外新建栈道等内容，该项目是提升城桥镇整体景观风貌的重要节点。

现状海塘为斜坡式（单坡）结构，护面采用栅栏板与空心螺母块间隔布置，并穿插布置台阶，可供周边居民通过台阶跨越防汛墙进入堤外侧散步游玩。

2 海塘现状及达标思路

2.1 海塘现状

该工程位于南门码头东侧，东起老滧港，西至八一路。海塘挡浪墙为鹰嘴式，墙顶高程8.68 m，堤顶高程为8.04 m，路面为橡胶跑道；堤内斜坡1:2.5，种植香樟树；堤外侧斜坡为1:3，护面结构为螺母块和栅栏板间隔布置，下部依次为30 cm厚干砌块石，10 cm厚碎石垫层，250 g/m2土工布一层，斜坡坡脚高程3.49 m；斜坡外侧为2 m宽混凝土平台，混凝土平台外侧摆放着4 m宽单重0.5 t扭王字块体[2]，详见图1所示。

2.2 设计原则

（1）工程区域地质条件较复杂，达标加固方案应具备适应变形能力强的特点；

（2）海塘加固后应坚固耐久，抗冲击、抗淘刷性强；

图1 原设计主堤结构断面图

（3）结合现有结构，充分分析现状存在问题的原因，减少废弃工程，既满足达标要求，又解决现状存在问题；

（4）工程区域建设条件复杂，大堤加固工程应便于施工；

（5）应便于运行管理，减少后期维修量；

（6）应尽量优化设计、降低工程造价。

2.3 培厚方案比选

现状海堤堤顶道路宽约4.5～5.4 m，根据景观专业对于环岛景观道的宽度要求及相关交通流量分析，路面宽度需拓宽至9.0 m，因此需对现状海塘堤顶道路进行拓宽，而拓宽培厚有向外海侧与向内坡侧两种方式，两种培厚方案比选如下。

方案一：向外海侧培厚。现状大堤外海侧为滩面，现状滩面绿化种植相对较少，且大多为芦苇及低矮灌木，培厚对现状绿化及周边环境影响较小，仅需对现状大堤护面结构进行拆除后，便可对坡面及防浪墙进行改造。

方案二：向内坡侧培厚。沿线海塘内坡现状为水杉、香樟、瓜子黄杨、夹竹桃及旱圆竹等植被。若向内坡侧培厚则需对现状绿化进行搬迁，搬迁成本高，且存活率难以保证。另外，若向内坡侧培厚，则新建堤身将侵入现状内青坎，无法满足1级堤防内青坎宽度的要求。并且为满足新海塘防御标准，外坡仍然需要新建消浪设施。

综上所述，海塘培厚采用对周边环境影响较小，工程量也较小的方案一为向外海侧培厚。

2.4 筑堤材料比选

该工程需选取合适的筑堤材料对现状海塘进行陪厚。上海地区常用的筑堤材料主要为石料、黏土和砂料。

抛石结构抗风浪能力强，结构强度高，透水性强；抛石受风浪条件影响小，施工作业方便，进度快；上海地区石料一般需外购运输至工程区域，运距较长费用较高。

黏土则一般用于体量较小的填方工程，而该工程堤身陪厚填筑方量大；另外根据《海塘工程设计规范》8.2.4节堤身填筑材料的要求，对筑堤黏土的质量要求较高；且崇明地区需要大量外购，费用极高。

砂料分层构筑，属柔性结构，适应河床变形能力较强，较为经济。但其结构相对较弱，且施工相对复杂，工期较长。砂料需通过充泥管袋或袋装砂的型式进行使用。若近距离采砂单价较低，具有较高的经济性，距离该工程较近的砂源有北港堡镇沙尾、北港潮流脊等。该工程现状海塘外侧滩面较高，可极大地降低充泥管袋施工难度，管袋在人工铺设及水下充填管袋过程中，受风浪影响相对较小，充泥管袋也不易被风浪打坏。

综上分析，该工程海塘堤顶道路宽度需由现状拓宽至9.0 m，且由于防御标准提高，堤顶高程也需进行加高，大部分断面还需新建外坡消浪平台进行加糙，因此需要大量筑堤陪厚料。上海市类似的圈围工程及海塘达标工程中，筑堤材料或陪厚材料也均采用砂料配合充泥管袋，因此该工程采用砂料作为海塘堤身陪厚料。但后续近距离采砂需进行相关论证并办理行政审批手续，经审批通过后方可实施相关采砂工程。

3 景观方案

该段岸线紧邻城桥镇，周边人流量较多，且观景需求旺盛。其现状堤顶标高8.04 m，路宽约6.6 m，不能满足海塘200 a一遇及12级风的达标要求与观景4股人流以上的观江需求，因此设计中将堤顶标高提升至8.00 m，前沿防汛挡墙高设为8.70 m，堤路观景道拓宽至9.0 m。景观向海侧布置有多级观景平台（将景观平台兼做消浪设施），堤顶道路拓宽及景观平台均向海侧进行建设。最下一级平台标高设置在6.20 m左右（处于20 a一遇水位线以上），确保平台基本不被潮水淹没，并设栏杆保证使用安全。图2为景观方案总平面布置图，图3、图4分别为A-A及B-B断面结构图。

图2 景观方案总平面布置图

图3 A-A断面结构图

图4 B-B断面结构图

4 达标断面设计

4.1 设计潮位

该工程位于南门水文测站附近，其设计潮位通过南门水文测站统计资料推算，200 a一遇高潮位（P=0.5%）为6.48 m。

4.2 设计波浪要素

该工程位于长江口，江面开阔，波浪作用较强。因该工程达标设计标准为200 a一遇，且该工程区域范围缺乏连续的现场波浪观测资料，不足以推算设计重现期下的波浪要素，故波浪要素的计算采用《海塘工程设计规范》，由设计风要素间接推算。

首先采用规范推荐的蒲田海塘试验站公式，通过设计标准下的潮位及风速（200 a一遇高潮位+12级风下限32.7 m/s）推算该海域的离岸深水波浪要素，继而通过浅水变形、深水波与浅水波相互关系推算堤前设计波浪要素[3]。

该工程堤前设计波浪要素计算结果见表1所列。

4.3 设计断面

该工程现有海塘为斜坡式堤结构。斜坡式堤结构对地基的要求较低，对软弱地基有较好的适应性。该海塘达标工程是在原有结构基础上进行达标加固，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、加宽海塘堤顶；外坡加糙或增设、加宽消浪平台；增设或加高防浪墙；增设消浪顺坝等。优先考虑造价低，工程量小的方式，并且在不同区域，结合不同的景观要求，因地制宜地采用不同组合措施达到200 a一遇高潮位防御标准要求。

根据该工程的区段划分，由西向东共分为4个区段，分别为连接段，城市滨江段，生态西段和生态东段。该海塘达标及亲水平台建设主要集中在城市滨江段，以此为例说明海塘达标与观景平台的融合设计。

达标方案为将现状海塘防浪墙、护坡结构及镇脚等进行拆除，并按200 a一遇防洪（潮）标准，同时根据景观要求向外海侧陪厚新建复合式斜坡堤。

达标方案根据景观方案设置两级平台，一级平台顶高程6.60 m，二级平台顶高程5.70 m兼做消浪平台。一级平台与防浪墙间设约1∶3.0护坡，护坡结构采用0.50 m厚埋石混凝土，埋石混凝土下方依次为0.20 m厚袋装碎石及400 g/m2机织土工布一层，护坡结构宽约2.0～5.0 m。

一级平台采用0.40 m厚埋石混凝土，垫层为0.20 m厚袋装碎石及400 g/m2机织土工布一层，平台宽约 3.0～7.0 m。

一级平台与二级平台（消浪平台）间设1∶2.0护坡，护坡面层采用0.50 m厚埋石混凝土，护坡结构水平宽约1.8 m。

消浪平台采用0.40 m厚埋石混凝土，垫层为0.20 m厚袋装碎石及400 g/m2机织土工布一层，平台宽5.5 m。

新建下坡护面结构采用C35钢筋混凝土栅栏板，栅栏板坡比取1∶2.5，栅栏板厚0.35 m，栅栏板下方依次为0.10 m空隙、0.30 m厚灌砌块石、0.20 m厚袋装碎石及400 g/m2机织土工布一层，护坡宽约8.0 m。

以上护坡及平台土工布下方采用充泥管袋填筑堤身。

工程将在一级平台以上至堤顶防浪墙区间设置景观台地、铺装及草皮等以满足该段达标岸线的景观要求。

堤身陪厚后在现状岸线外侧约4.5 m处新建防浪墙，防浪墙采用L型挡墙，防浪墙顶高程取为8.70 m。

表1 深水波要素成果表（200 a一遇高潮位+12级风下限）

护坡结构外侧新建镇脚采用C30素混凝土，镇脚高1.00 m，宽1.00 m，镇脚顶标高2.50 m。镇脚前方抛石护脚，抛石护脚厚约1.50 m，抛石重量为 150～250 g，护脚宽 8.00 m，坡比 1∶2.0。

另外，景观布置该段岸线设置有6个出入口，口门宽6.0 m，高0.7 m，每个口门设置防汛横拉门。海塘达标断面见图5所示，波浪及爬高计算见表2所列。

4.4 栅栏板厚度计算

根据《海塘工程设计规范》第J.0.5条，计算栅栏板的厚度（m）可按下式确定：

经计算，栅栏板厚度为0.303 m，取0.35 m。

4.5 块石稳定重量计算

根据《海塘工程设计规范》波浪作用下单个预制混凝土异型块体、块石的稳定质量可按下式计算：

经计算，稳定块石重量不小于0.347 t，取0.5 t。

4.6 整体稳定计算

该工程海塘整体抗滑稳定采用《海塘工程设计规范》中瑞典圆弧滑动法进行分析计算，计算公式分为总应力法和有效应力法，计算工况分为正常运用情况及非常运用情况。

海塘内侧堤顶道路考虑检修车辆及特定活动时社会车辆通行，因此考虑车辆荷载，堤顶等效均布荷载取为10 kN/m2。

分别对各段海塘达标断面在各工况情况下的堤身整体稳定进行计算，详见图6～图11所示。经计算达标断面在各种工况条件下，堤身的整体稳定均能够满足规范要求，见表3所列。

图5 城市滨江段海塘达标加固断面图

表2 波浪爬高及堤顶高程计算结果汇总表

图6 背海坡整体稳定最不利滑弧面示意图（运行工况）

图7 临海坡整体稳定最不利滑弧面示意图（运行工况）

图8 城市滨江段背海坡整体稳定最不利滑弧面示意图（施工工况）

图9 临海坡整体稳定最不利滑弧面示意图（施工工况）

图10 背海坡整体稳定最不利滑弧面示意图（地震工况）

图11 临海坡整体稳定最不利滑弧面示意图（地震工况）

4.7 整体稳定计算

该工程渗流采用Slide有限元分析软件进行计算。根据计算结果各达标断面的最大渗流比降均能满足规范要求，见图12、图13所示及表4所列。

经计算该工程达标方案整体稳定性、渗流稳定性、栅栏板厚度、抛石单重均满足规范要求，兼做观景平台的海塘达标方案成立。

4.8 综合防灾说明

（1）在日常洪水位竖立警示标志，警示游客注意洪水陡涨危险；

表3 城市滨江段海塘整体抗滑稳定计算成果表

图12 堤身断面浸润线及渗透坡降图（背海侧）

图13 堤身断面浸润线及渗透坡降图（临海侧）

表4 城市滨江段海塘达标断面渗透稳定计算成果表

（2）在广场范围内建设广播系统，在暴雨等恶劣天气来临前，告知游客尽早撤离到安全的地方；

（3）在邻水区域设置救生设备；

（4）在各主要出入口位置竖立广场平面图并标示所在位置及逃生方向，为游客提供明确的疏散路线。

5 结语

本文介绍了利用海塘消浪平台兼作观景平台的设计方案，通过工程方案的计算，表明了该方案是可行的。

随着新一轮的城市总规颁布，上海市将对海塘进行达标，在有条件有需求的区域，可以考虑海塘消浪平台兼做观景平台，以满足人们亲水的需求。

海塘是沿海城市前沿的生命线，在赋予其新功能要求的前提下，管理部门需加强安全管理，尤其在汛期，确保人民生命财产的安全。