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上海海事大學(xué)港航海岸工程學(xué) 作者： 日期：上海海事大學(xué)200710613004第一章：海岸防護(hù)概論1. 海岸帶：海岸線（海洋與陸地的交界線稱為海岸線）兩側(cè)具有一定寬度的條形地帶稱為海岸帶。海岸帶包括潮上帶、潮間帶和潮下帶。位于高潮位之上的區(qū)域?yàn)槌鄙蠋?，位于高潮位和低潮位之間的區(qū)域稱為潮間帶，位于低潮位以下的區(qū)域?yàn)槌毕聨?。海岸帶的組成：后濱或后灘、前濱或?yàn)┟婧屯鉃I或?yàn)I面2. 海岸類型：根據(jù)海岸的形態(tài)、成因、物質(zhì)組成和發(fā)展階段等特征，分為基巖海岸、砂礫質(zhì)海岸、淤泥質(zhì)海岸、紅樹林海岸和珊瑚礁海岸。a) 基巖海岸：一般是陸地山脈或丘陵延伸與海面相交，經(jīng)過波浪作用形成的海岸。浙江、福建所占基巖海岸最長。（岸線曲折、灣岬相間；岸灘陡峭、灘沙狹窄；波浪作用為主，潮汐和風(fēng)暴潮作用比較顯著；基巖海岸具有水深較大、掩護(hù)良好、基巖牢固的特點(diǎn)。適合建港）b) 砂礫質(zhì)海岸：又稱堆積海岸，主要是平原的堆積物被搬運(yùn)到海岸邊，再經(jīng)波浪或風(fēng)的改造堆積形成。遼寧所占砂礫質(zhì)海岸最長。（岸線平順；岸坡較坦；波浪作用為主并常引起沿岸漂沙）c) 淤泥質(zhì)海岸：主要由江河攜帶入海的大量細(xì)顆粒泥沙，在波浪和潮流的作用下輸運(yùn)沉積形成。上海屬于此類海岸。（岸線平直、一般位于大河河口兩側(cè)；岸坡坦緩；組成泥沙顆粒很細(xì)并常含有機(jī)質(zhì)；潮流、波浪作用顯著，以潮流作用為主；潮灘沖淤變換頻繁。）d) 生物海岸：包括紅樹林海岸和珊瑚礁海岸。紅樹林海岸由紅樹植物與淤泥質(zhì)潮灘組合而成（有利防浪、消浪、保灘促淤的功能）；珊瑚礁海岸由熱帶造礁珊瑚蟲遺骸聚積而成。3. 海岸線變化的影響因素：海岸線是海與陸地交匯的界限，除因潮汐漲落在潮間帶范圍內(nèi)正常變化外，還受河流、波浪、氣候、生物等影響，使岸灘堆積或侵蝕，從而加劇了海岸線的推進(jìn)或后退的頻繁變化。4. 海岸線沖淤變化因素：分為長期作用和短期作用。長期作用：由于海平面上升或地面沉降引起岸線退蝕，以及河流改道是海岸的泥沙補(bǔ)給條件劇烈變化而出現(xiàn)海岸變遷。短期作用：主要指波浪、沿岸流、風(fēng)暴潮、河流豐枯變化、風(fēng)等自然因素以及人類活動(dòng)因素。5. 海岸侵蝕的原因：分為自然原因和認(rèn)為原因。自然原因1海平面的上升，岸灘剖面將逐漸調(diào)整以適應(yīng)較高的海平面，從而造成岸線的長期侵蝕2波浪對(duì)岸灘上部的沖刷，是泥沙向后濱方向運(yùn)移和沉積3風(fēng)力輸沙，大風(fēng)可吹動(dòng)岸灘上松散細(xì)顆粒沙造成侵蝕4沿岸輸沙，波浪斜向傳至岸灘而發(fā)生破波所形成的沿岸流造成沿岸輸沙。人為原因：1開采地下資源造成陸地和岸灘的下沉，岸灘剖面的調(diào)整將使岸線緩慢長期侵蝕2沿岸輸沙被攔截，如建造導(dǎo)堤或開挖航道，使得沿岸輸沙下游側(cè)岸灘侵蝕3海灘采砂，破壞近岸帶的泥沙供需平衡4天然海岸防護(hù)的變動(dòng)，如沿岸沙壩或淺灘的挖除，將增加作用于海灘的波能，從而造成侵蝕。第二章海岸防護(hù)工程6. 海堤：為防御風(fēng)暴潮水和波浪對(duì)防護(hù)區(qū)的危害而修筑的堤防工程，又叫海塘，防潮堤。7. 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：海堤能夠安全承受和防御的，并據(jù)以進(jìn)行設(shè)計(jì)的潮、浪組合標(biāo)準(zhǔn)。a) 設(shè)計(jì)潮位：采用年頻率統(tǒng)計(jì)的方法，推求不同重現(xiàn)期的高潮為作為設(shè)計(jì)高水位。（設(shè)計(jì)波浪：在確定波浪對(duì)各種不同類型海岸工程建筑物的作用力時(shí)，定義的一個(gè)合理的代表意義的波浪要素）b) 設(shè)計(jì)波浪：設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)波浪的波列累積頻率標(biāo)準(zhǔn)。重現(xiàn)期指某一特定波列平均多少年出現(xiàn)一次，它代表波浪要素的長期統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。累積頻率指設(shè)計(jì)波浪要素在不規(guī)則波列中的出現(xiàn)頻率，它代表波浪要素的短期統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律。重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)反映海堤的使用年限和重要性，累積頻率標(biāo)準(zhǔn)反映波浪對(duì)不同類型海堤或不同部位作用的不同性質(zhì)。8. 設(shè)計(jì)高潮位的推算： 確定方法：年最高潮位頻率分析。選取每年最高潮位進(jìn)行累積頻率統(tǒng)計(jì)，得到年最高潮位的累積頻率分布曲線，可以得知不同累積頻率下的量值。a) 資料中有特大值時(shí)設(shè)計(jì)高潮位的推算方法：1）經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算方法2）考慮特高潮位后的統(tǒng)計(jì)參數(shù)的計(jì)算b) 資料短缺情況下設(shè)計(jì)高潮位的推算：通過“極值同步差比法”求高潮位。已知點(diǎn)和待定點(diǎn)之間滿足潮汐性質(zhì)相似地理位置臨近受河流徑流（包括汛期）的影響相似 受增減水影響相似。假定：兩地相同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)高潮位與多年平均海面的差值同兩地潮差的平均值成比例；兩地短期平均海面與多年平均海面的差值相同。9. 理論累積頻率曲線的選用，目的：擬合經(jīng)驗(yàn)累積頻率點(diǎn)，進(jìn)而達(dá)到外延的目的。通常采用皮爾遜-III型曲線10. 海堤斷面主要有斜坡式、陡墻式和混合式三種基本型式。a) 斜坡式：優(yōu)點(diǎn)：1）因迎水面坡度緩，則穩(wěn)定性好；堤前反射??；2）堤身底寬大，堤基應(yīng)力分布比較均勻，整體沉降變形較小，在海灘淤泥地基上筑堤較為有利，適合于軟土地基；3）在臨海坡坡面有充足的地方布設(shè)消浪設(shè)施，能消散部分波浪能量4）施工較簡易，可就地取材，對(duì)風(fēng)浪引起的堤身變形和局部破壞適應(yīng)性強(qiáng)，便于修復(fù)。缺點(diǎn)：1）堤身斷面大，堤身填筑材料需求較多，需工程量和占地面積較多，沉降差較大2）在一定的坡度范圍內(nèi)，迎水坡的波浪爬高較大，相應(yīng)堤身較高；3）在灘地高程較低情況下，由于施工時(shí)往往要求先堆土方，后做護(hù)坡，結(jié)果容易導(dǎo)致已堆筑的土方被沖失。b) 陡墻式：優(yōu)點(diǎn)： 1）斷面小、占地少，工程量相對(duì)較小；2）波浪爬高較通常斜坡堤小，堤頂高程略低；3）地基應(yīng)力較集中，沉降差較小 4）施工時(shí)采用“土石并舉，石頭占先”方式，這樣可減少土方被潮水沖失。缺點(diǎn)：1）堤基對(duì)地基土層承載力的要求高于斜坡式海堤，地基應(yīng)力比較集中，堤身沉陷比較大，局部地區(qū)需要進(jìn)行地積加固處理，增大工程投資。 2）因重力式防護(hù)外墻與墻后填料的材料性質(zhì)不同，容易引起墻與墻后填料的沉降差增大，產(chǎn)生不利的后果 3）由于臨海邊坡坡度陡直或直立，波浪作用力較大，波浪上壅回落宜產(chǎn)生墻角淘刷，需要有保護(hù)措施。4）防護(hù)墻損壞后維修比較困難。c) 混合式海堤斷面臨海邊坡為變坡比結(jié)構(gòu)。是斜坡式與陡墻式的結(jié)合型式。當(dāng)斷面組合得當(dāng)，兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。11. 海堤的基本斷面：12. 海堤的構(gòu)造內(nèi)容（斜坡式）13. 海堤的計(jì)算內(nèi)容; 設(shè)計(jì)潮位計(jì)算；設(shè)計(jì)波浪的計(jì)算；波浪爬高；越浪量的計(jì)算；護(hù)坡計(jì)算；海堤穩(wěn)定計(jì)算；海堤沉降計(jì)算。14. 建海堤時(shí)的地基處理：一般方法和選擇原則：對(duì)于淺埋的薄層軟土宜挖除；當(dāng)軟土厚度較大難以挖除或挖除不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用墊層法、土工織物鋪墊法、反壓法、排水井法、拋石擠淤法、爆炸置換法、水泥土攪拌法、振沖碎石樁法等，也可采用多種方法相結(jié)合。15. 護(hù)岸：在河口、海岸地區(qū)，對(duì)原有岸坡采取砌筑加固的工程措施。功能：防止波浪、水流的侵襲、淘刷；防止在土壓力、地下水滲透壓力作用下造成的崩塌。16. 護(hù)岸和海堤的異同：相同點(diǎn)：護(hù)岸與海堤都是為了防浪、擋潮保護(hù)陸上農(nóng)田、城鎮(zhèn)。不同點(diǎn)：護(hù)岸是對(duì)原有岸坡加以保護(hù)，防止岸坡在波浪水流作用下坍塌，維持岸線穩(wěn)定；海堤是在地表以上修建擋水建筑物，主要功能是防止暴潮、洪水的淹沒泛濫。17. 丁壩一般與岸線成丁字形相交，由壩頭、壩身、壩根三部分組成。壩頭伸向海、河中，壩根與堤岸連接，壩身向外延伸，將水流挑離岸邊，攔截沿岸漂沙，使之落淤。功能：1）丁壩自岸邊向外伸出，對(duì)斜向朝著岸坡推進(jìn)的波浪和順著岸邊的沿岸流都起了阻礙作用，減弱波浪和水流對(duì)岸邊的沖擊力。2）阻礙泥沙的沿岸運(yùn)動(dòng)，使泥沙落淤在兩丁壩之間，使灘地淤長，鞏固堤、岸。第三章：圍海工程18. 圍海工程：在沿海修筑海堤圍割部分海域的進(jìn)行圍海造地。在潮間帶灘涂上筑堤圍海，利用潮差將堤內(nèi)海水排出，使堤內(nèi)灘地得以開發(fā)利用。19. 圍海工程分類：按工程性質(zhì)分為：圍涂、堵港、連島、促淤、人工島等。按開發(fā)目的分為：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、港口及城市用地、養(yǎng)殖業(yè)、鹽業(yè)。按地形地貌分為：平直海岸圍海工程、河口海岸圍海工程、港灣圍海工程、海島圍海工程、人工島圍海工程。 20. 人工島圍海工程：在海中用土石等材料由人工建造的陸地。人工島工程包括島身填筑、護(hù)岸和島陸交通三部分。21. 圍海工程包括：海堤工程、堵口工程和軟基處理22. 堵口工程的內(nèi)容：堵口：選擇合適的時(shí)期，集中力量在龍口段將截流堤填筑出水面,封堵龍口,隔斷內(nèi)外海域，這項(xiàng)工作稱為堵口或合龍。閉氣：海堤堵口以后,仍有部分水流在堆石截流堤孔隙中流動(dòng)，即堆石滲流。為完全截?cái)嗟虄?nèi)外水流通道，要在截流堤的內(nèi)側(cè)或外側(cè)填筑防滲材料，形成海堤的防滲體，稱之為閉氣土體。修筑閉氣土體的工作稱為閉氣。23. 龍口：在圍海工程中，當(dāng)海堤修筑到最后階段，要預(yù)留一個(gè)或幾個(gè)口子作為潮流進(jìn)出的通道，這種口門稱為龍口。24. 堵口的順序與方法：堵口順序指龍口從起始口門開始，逐步壓縮至最后封堵口門的過程。堵口方法有平堵、立堵和平立堵相結(jié)合三種。a) 平堵：定義：從龍口底部開始逐步抬高截流堤頂（口門底檻）高程的方法稱為平堵。優(yōu)點(diǎn)：拋投工作面長，可均勻逐層抬高底檻，水力條件較好，最大流速值較小，易于堵口；當(dāng)?shù)讬懜叱坛^某一高程后，由于流速逐漸減小，繼續(xù)抬高幾乎沒有任何困難。缺點(diǎn)：若用船拋，由于受到水流的影響，只能在平潮前后流速小時(shí)進(jìn)行，有效工作時(shí)間少，效率低，對(duì)工程進(jìn)度有影響。b) 立堵：定義：從龍口兩側(cè)或一側(cè)堤頭進(jìn)占，壓縮口門的方法稱為立堵。優(yōu)點(diǎn)：可以從堤頭陸拋進(jìn)占，不受潮水影響，有效工作時(shí)間長且效率較高，成本低。缺點(diǎn)：立堵時(shí)水流集中，尤其當(dāng)口門壓縮至形成窄而深時(shí)，龍口水力條件嚴(yán)重惡化，堵口困難加大；同時(shí)這種水流還會(huì)加劇對(duì)口門基床和兩側(cè)堤頭的沖刷。由于立堵的這些缺點(diǎn)，我國除少數(shù)巖基的圍海工程（如浙江漩門港一期工程）外，一般不采用純立堵法堵口。c) 平立堵結(jié)合：定義：在堵口過程中，在不同階段分別采用立堵和平堵的方法稱為平立堵結(jié)合。它是我國圍海堵口工程中采用最多的堵口方法。特點(diǎn)：可以合理地選擇堵口順序和方法，利用平堵和立堵各自的優(yōu)點(diǎn)而避開它們的缺點(diǎn)，揚(yáng)長避短，使堵口過程中，既能獲得較好的龍口水力條件和地基穩(wěn)定條件，又能發(fā)揮陸上施工力量，利用陸拋提高效率，加快進(jìn)度，降低成本。25. 龍口水力計(jì)算：龍口水力條件隨著潮型和口門尺寸的變化而變化。通過龍口水力計(jì)算可掌握堵口過程中內(nèi)港水位H、上下游水位差Z、堰頂流速v、單寬流量q等水力要素的變化規(guī)律，為確定龍口尺寸、選擇堵口程序、進(jìn)行龍口防護(hù)和截流堤設(shè)計(jì)提供依據(jù)。計(jì)算的步驟：選擇堵口設(shè)計(jì)潮位與設(shè)計(jì)潮型；推算內(nèi)港水位過程線；計(jì)算Zt、vt、qt、pt曲線。原理：利用水量平衡原理，由外潮位過程線推算內(nèi)港水位過程線，進(jìn)一步推算漲落潮工程中口門各水力要素的數(shù)值。26. 轉(zhuǎn)化口門線的概念和特征：將水力要素最大值等值線圖中各等值線的節(jié)點(diǎn)相連，所得之曲線稱為轉(zhuǎn)化口門線。此線表示一個(gè)圍海工程堵口過程中口門尺寸（口門寬度、底檻高程）與水力要素最大最大值的關(guān)系。27. 計(jì)算內(nèi)港水位過程線：28. 截流堤是在堵口段用來截?cái)喑绷鞯膽甑?9. 堆石截流堤水力穩(wěn)定斷面：在平堵過程中截流堤的水下部分是溢流的，由于塊石和龍口水利條件的不同，其水力穩(wěn)定斷面有兩種形式，密集斷面和擴(kuò)展斷面。密集斷面：當(dāng)拋投的石塊足夠大，其極限穩(wěn)定流速大于龍口實(shí)際流速，而且隨著龍口流速的增大，拋投的塊石也隨著增大，塊石是穩(wěn)定的，這樣拋投所形成的斷面基本形式呈梯形，稱密集斷面。擴(kuò)展斷面：當(dāng)塊石的極限穩(wěn)定流速小于龍口流速，水流把塊石推動(dòng)滾落到斜坡上，這時(shí)塊石依靠擴(kuò)展截留潛堤斷面，延緩下游邊坡，小號(hào)水流能量才能穩(wěn)定，這時(shí)的斷面為擴(kuò)展斷面。30. 不同地基上的截流堤斷面形式：a) 軟基上的斷面型式：采用主堤和子堤相結(jié)合的截流堤斷面。主堤：溢流的，采用擴(kuò)展斷面；堵口方式以平堵為主，堤頂高程一般在小潮高潮或中潮位附近。子堤：建在主堤上，是最后合龍截流堤。不溢流，采用密集斷面。b) 基巖或砂基上的斷面型式：采用密集斷面。基巖上的截流堤只需考慮堤身穩(wěn)定；砂基上的截流堤要考慮堤身穩(wěn)定和堤下沖刷，做好護(hù)底。31. 圍海造地的存在的主要問題：(1) 圍海使?jié)竦孛娣e銳減。 (2) 圍海影響了行洪和航行安全。(3) 圍海導(dǎo)致海灣和河口納污能力減弱，環(huán)境質(zhì)量降低。圍海造地可導(dǎo)致潮差變小，潮汐沖刷能力降低, 港灣內(nèi)納潮減少，海水自凈能力減弱， 加大赤潮發(fā)生的頻率和強(qiáng)度。(4) 圍海導(dǎo)致海岸侵蝕和海底沖刷與淤積。由于岸線、海底形態(tài)的改變，影響了自然條件下的潮流場與泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律，有些情況下會(huì)在局部造成持續(xù)的侵蝕或淤積，破壞海岸與海底的自然平衡狀態(tài)，使得生物多樣性和生態(tài)環(huán)境發(fā)生重大改變。(5) 海洋自然性狀改變, 海洋災(zāi)害潛在威脅加大。圍海會(huì)造成天然海灣的消失、河口束狹、岸線趨于平直等。第四章：海岸防護(hù)工程破壞情況1. 海堤破壞情況分類（按程度不同）：1、海堤決口，海水倒灌，影響堤內(nèi)。2、海堤嚴(yán)重破壞。表現(xiàn)為塊石護(hù)坡連片破壞或堤身土方大部分被沖掉，海堤瀕臨決口邊緣。3、海堤外坡局部破壞。有的塊石護(hù)坡部分被破壞，有的堤腳被淘刷。2. 海堤破壞原因：1、臺(tái)風(fēng)浪。諸動(dòng)力因素中臺(tái)風(fēng)浪是海堤破壞的主要因素，海堤的破壞主要是由于臺(tái)風(fēng)浪對(duì)海堤進(jìn)行打擊，而海堤材料（護(hù)坡塊石、堤身土等）的抗沖穩(wěn)定性不夠造成的。2、護(hù)坡質(zhì)量差。護(hù)坡質(zhì)量差是堤坡風(fēng)浪沖刷破壞的主要原因。3、土堤施工質(zhì)量差、不密實(shí)。土堤施工質(zhì)量差、不密實(shí)是海堤被沖刷和穿孔漏水的主要原因。4、海堤斷面型式。海堤斷面型式與波浪對(duì)海堤的作用情況有關(guān)，因此也影響到海堤的破壞情況。如直立式海堤易被風(fēng)浪破壞而倒塌，斜坡式海堤破壞較少。一般堤坡越平坦，波浪對(duì)堤坡作用就越緩和，因此破壞也越小。5、海堤堤頂高程偏低。6、海堤堤前淺灘的侵蝕情況和保灘促淤措施及其效果。第五章：防波堤工程1. 防波堤：對(duì)于建造在開敞海岸、海灣或島嶼的港口，為防御波浪對(duì)海港的侵蝕而建造的用于掩護(hù)水域的一種結(jié)構(gòu)物。2. 防波堤的分類：a) 按平面形式分：突堤：防波堤的一端與岸相連時(shí)稱為突堤。島式堤：防波堤的兩端均不與岸相連時(shí)稱為島式防波堤。b) 按結(jié)構(gòu)型式分：重型防波堤（斜坡式、直立式、混合式）輕型防波堤（透空式、浮式、壓氣式、水力式）3. 斜坡式防波堤：主要由塊石三體材料填筑而成。波浪在斜坡面上發(fā)生破碎，從而消散能量，堤前反射波高較小。水深增加，堤身體積會(huì)有較多的增長，因而適用于水深較淺。對(duì)地基的不均勻沉降不敏感，可適用于較軟弱的地基條件；也適應(yīng)海底面很不平整的巖石地基。斜坡堤遭到較嚴(yán)重的破壞，其殘留斷面還能起到相當(dāng)?shù)姆览俗饔?，修?fù)也比較容易。4. 直立式防波堤：堤斷面主要由上部結(jié)構(gòu)、墻身和基床三部分構(gòu)成。具有直立或接近直立的墻面，根據(jù)墻前的水深，入射波在墻面上產(chǎn)生完全反射或部分反射；內(nèi)墻面對(duì)港內(nèi)波的反射將對(duì)港內(nèi)泊穩(wěn)條件產(chǎn)生不利影響。5. 直立堤有重力式和樁式兩種類型：重力式由拋石基床、墻身和上部結(jié)構(gòu)組成，對(duì)地基的不均勻沉降較為敏感，要求地基條件好；建造直立堤，需要大型專門的施工設(shè)備，施工技術(shù)也比較復(fù)雜