越浪海堤的斷面設計

1、越浪海堤的斷面設計 摘要：本文介紹了越浪海堤斷面設計的基本，提出了解決了堤身斷面設計過程中越浪量、堤頂高程、堤身強度、排水及恢復型海岸等設計的方法。關健詞：海堤 越浪量 斷面設計 護面強度 排水 自然型海岸1概述我國有總長3.2萬公里的海岸線，其中大陸海岸線1.8萬公里，島嶼海岸線1.4萬公里，隨著沿海地區(qū)的快速，臺風暴潮造成的損失越來越大，已建海堤大部分已很難適應當前防潮、洪的要求。由于缺乏反映海堤自身特點和要求的國家標準，海堤工程設計、施工和管理難以做到安全適用、技術先進、經(jīng)濟合理、管理規(guī)范的要求。筆者近年為配合廣東省“十項民心工程”的實施，編撰廣東省地方標準廣東省海堤工程設計導則（試行）

2、db44/t182-2004，期間，對現(xiàn)有海堤作了一些調(diào)研，并根據(jù)已有的設計工作經(jīng)驗，針對越浪海堤的斷面設計，在此提出粗淺看法。，海堤的設計以是否允許越浪劃分為兩大類，即不允許越浪和允許部分越浪。大部分的海堤建在軟土地基上，若都按不允許越浪標準設計，則對堤頂高程和斷面尺寸的要求較高，投資大，往往不經(jīng)濟合理，允許部分越浪的海堤的合理設計就成了設計者要認真考慮的問題。越浪海堤的斷面設計主要解決越浪量、堤頂高程、堤身斷面、護面強度及排水及恢復自然型海岸等方面的問題。2 設計步驟2.1堤頂高程堤頂高程是確定堤身斷面規(guī)模的關鍵設計參數(shù)。堤頂高程的確定要考慮海堤沉降量，可按下式：（1）式中對應設計頻率水位

3、的堤頂高程（m）；與設計頻率相應的高潮位（m）；按設計波浪計算的累積頻率為f%的波浪爬高值（m）；由于按允許部分越浪設計，取%；安全超高值（m），按表2規(guī)定值選取。表2 堤頂安全加高值海堤工程等級 12345允許部分越浪a（m）0.50.40.40.30.3堤頂高程有兩層含義，一是指防浪墻頂面，二是指堤身斷面頂面，當?shù)添斉R海側(cè)設有防浪墻、且防浪墻穩(wěn)定、堅固時，堤頂高程可算至防浪墻頂面。但堤身斷面頂面的高程仍應高出設計高潮（水）位0.5以上，且不得低于設計高潮（水）位0.5m。如何處理好堤頂高程與允許部分越浪的關系，設計時應以堤頂高程的要求初步確定某一高程，越浪量大于允許越浪量要求時，堤頂高程應

4、重新確定，一般是加高堤頂或通過對堤頂、背海側(cè)坡面加強防沖保護等方法來提高海堤允許越浪量。當海堤堤前波浪較大，通過前兩種方法均難以滿足要求時，也可采用人工消浪措施減小海堤堤前波浪，控制越浪量。沿海城市的沿海（江）堤防一般都有景觀要求，為滿足城市的總體規(guī)劃要求，對堤路結(jié)合海堤堤頂高程的要求予以適當放寬，但須計算越浪水量，并根據(jù)水量設置完備的排水系統(tǒng)，與城市排水系統(tǒng)接駁，以保證越浪量及時排泄。在考慮預留沉降量后，設計圖上的堤頂高程應為考慮堤身固結(jié)、堤基附加沉降量后的工后堤頂高程，故設計者應在圖紙的說明部分明示計算沉降量及施工時要求的預留沉降高程。2.2 越浪量大部分的海堤的損毀均由于超標準潮浪的越浪

5、水體作用，允許部分越浪的海堤其越浪量成為海堤斷面結(jié)構(gòu)設計的控制因素。海堤的越浪量是指1m單位寬度海堤上每秒鐘波浪翻越海堤的水量，其單位為（m3/s.m）。當海堤越浪超過一定數(shù)量時，將導致堤身破壞，目前國內(nèi)外對海堤允許越浪量的確定和越浪量計算方法的成果均建立在模型試驗的基礎上，越浪量允許值見表1 。表1幾種常見護面結(jié)構(gòu)型式海堤的允許越浪量海堤型式和構(gòu)造 允許越浪量(m3/sm)有后坡（海堤）堤頂為混凝土或漿砌塊石護面，內(nèi)坡為生長良好的草地堤頂為混凝土或漿砌塊石護面，內(nèi)坡為墊層完好的干砌塊石護面0.020.05無后坡（護岸）堤頂有鋪砌0.09濱海城市堤路結(jié)合海堤堤頂為鋼筋混凝土路面，內(nèi)坡為墊層完好

6、的漿砌塊石護面0.09以上述值作為堤身越浪量的控制上限，通過越浪量計算，方法見1第8章，可以令堤身的越浪量滿足設計要求。當越浪量超出允許值時，可采取改變斷面布置、調(diào)整護面結(jié)構(gòu)措施削減波浪或增強護面的抗沖強度。對防護級別較高的1、2級海堤或有重要防護對象的海堤應結(jié)合模型試驗確定允許越浪量，同時驗證堤頂和內(nèi)坡護面的防沖穩(wěn)定性。當?shù)添敒榛炷粱驖{砌石護面、內(nèi)坡為墊層完好且有效的干砌石護面時，除按設計重現(xiàn)期波浪條件計算越浪量外，還應提高一級波浪設計重現(xiàn)期校核越浪量，在校核條件下允許越浪量可放寬至0.07(m3/sm)。目前海堤允許越浪量和越浪量計算方法均建立在簡單單坡和陡墻模型試驗的基礎上，計算方法和

7、計算公式比較單一且精度有限，難于適應復雜斷面結(jié)構(gòu)型式海堤的越浪量計算。從安全和經(jīng)濟的角度考慮，對重要海堤結(jié)合模型試驗確定越浪量是必要的。2.3 堤身斷面斷面設計時，先參照已建類似工程初擬斷面形式，根據(jù)波浪要素及海堤等級，確定堤頂高程，經(jīng)過穩(wěn)定計算，反復調(diào)整尺寸，最終確定合理的斷面。斷面調(diào)整的大前提是，降低堤頂高程，控制穩(wěn)定，應從以下兩各方面著手：（1）斷面內(nèi)部調(diào)整內(nèi)部調(diào)整包括調(diào)整邊坡、調(diào)整護面、調(diào)整高程。穩(wěn)定不能滿足時，放緩邊坡是比較奏效的措施；調(diào)整護面結(jié)構(gòu)，可以不改變斷面形狀而僅改變堤身護面，利用不同護面的糙率，削減波浪爬高，降低堤頂高程。（2）斷面形式調(diào)整可對堤身設置消浪平臺，平臺位設置于

8、多年平均高潮位加50cm超高處，可以減少波浪爬高，且有利于斷面的穩(wěn)定性。堤前有灘涂的應采用非工程措施，種植紅樹林，既可減少波浪爬高，又能固灘保堤護岸。堤前水深較大時，可考慮堤前設置潛堤的工程措施來減少波浪爬高。2.4 護面強度護面主要指的是臨海側(cè)面、堤頂、背海側(cè)面護面的強度。（1）臨海面臨海側(cè)直接經(jīng)受波浪作用，護面結(jié)構(gòu)主要從整體性、抗沖刷、消浪等角度綜合考慮。該部分結(jié)構(gòu)上部應能夠承受波浪的打擊、上吸。下部應能承受波浪的反復掏刷。因此要求護面結(jié)構(gòu)強度要高，穩(wěn)定性要滿足要求，護面底要做好反濾，同時坡面要留足排水孔，漿砌或混凝土砌石護坡具有較好的整體性，外表美觀，抗波浪能力較強，返修率低，管理方便。

9、但適應變形能力差，當岸坡發(fā)生不均勻沉陷時，砌縫容易出現(xiàn)裂縫。應在堤身土體充分固結(jié)，基礎沉降已基本完成，且土坡基本穩(wěn)定后的堤段經(jīng)穩(wěn)定厚度計算，確定護面厚度?；炷疗鍪?，雖造價稍高于漿砌石，但砌筑質(zhì)量要優(yōu)于漿砌石?；炷磷o面下的砂心堤段，在波浪破碎時，自波峰拋出的水流的沖擊，對板產(chǎn)生周期性動力荷載，引起護面下砂土的運動。當波浪爬升和自斜坡上下落時，護面構(gòu)件上的壓力交換也引起運動。在波浪作用下，混凝土面板即使止水做得夠好，也避免不了板下部填料的移動，這種移動最終導致板底脫空，波浪作用時擊碎板面。對淤泥質(zhì)堤基，堤身土體充分固結(jié)后，當迎潮面封閉時，可不留排水孔。護腳要有足夠的支承力，要能防止底腳被淘刷，

10、或發(fā)生淘刷時，仍有足夠的能力支承護面結(jié)構(gòu)。（2）堤頂?shù)添攧t由于要滿足越浪的強度要求，護面的強度要求同迎潮面，由于堤頂一般兼作防汛公路，根據(jù)這一特點，護面一般采用混凝土結(jié)構(gòu)。為保證堤頂護面混凝土結(jié)構(gòu)的平整度，要求堤身填土的沉降、固結(jié)量已基本完成，此時的堤頂護面結(jié)構(gòu)不再留沉降縫，而只留伸縮縫，路面設計的術語為脹縫，縮縫。脹縫一般設在堤軸線平面曲線曲率變化的起止部位，直線段較長時，可每200m設一條，縫間通過可以伸縮的拉力桿（鋼筋）連接?？s縫一般46m設置一條，采取誘導切割方式，在護面上切割深35cm，寬38mm的假縫形式，當護面板收縮時，將沿此最薄弱斷面有規(guī)則地自行斷裂?？p間填灌瀝青類材料。（3）背海側(cè)面爬上海堤臨海側(cè)坡的浪花，越過防浪墻，直接與堤頂或后坡碰撞，因此流速哀減迅速，故背海側(cè)坡的防護主要以能承受垂直于坡面的沖擊力為主，無波浪的回流水流的拖拽力，因此護面設置原則應為透水、消能。在保證良好的反濾墊層的基礎上，按其造價高低