邵繼彭 姜睿濤 楊志超 孫富行

海堤斷面類型及適應(yīng)性設(shè)計

邵繼彭 姜睿濤 楊志超 孫富行

在海堤工程設(shè)計時，應(yīng)全面掌握水文氣象、地形地質(zhì)等資料，確定海堤防潮標準和工程級別，選擇最有利的點位進行堤線布置，根據(jù)所處位置、水流波浪狀況、地形地質(zhì)條件、施工條件、工程管理運行要求等因素，進行堤型斷面優(yōu)化設(shè)計。

海堤設(shè)計 防潮標準 堤型優(yōu)化

1 海堤工程的防潮標準與級別

海堤工程的防潮標準按保護對象的類別和規(guī)模分為4個級別，重現(xiàn)期分別為10～20年一遇、20～50年一遇、50～100年一遇和大于等于100年一遇。海堤工程按防潮標準確定工程級別，防潮標準(重現(xiàn)期)小于等于20年一遇、20～30年一遇、30～50年一遇、50～100年一遇、大于等于100年一遇分別對應(yīng)5、4、3、2、1五個級別。

2 海堤工程設(shè)計所需的基本資料

2.1 地形地質(zhì)

根據(jù)不同設(shè)計階段，需實測工程區(qū)相應(yīng)比例尺的地形圖和斷面圖，并應(yīng)勘察掌握工程地質(zhì)及筑堤材料等資料。

2.2 水文氣象

2.2.1 潮位、潮流

潮位資料系列不宜少于20年，并應(yīng)調(diào)查歷史上曾出現(xiàn)的最高或最低潮(水)位值。如果缺乏長期連續(xù)潮(水)位資料，有不少于連續(xù)5年的年最高潮位資料時，設(shè)計高潮位可采用極值同步差比法。在河道入?？诜秶暮５坦こ?，應(yīng)將潮位與設(shè)計洪(潮)水位線進行比較，選取較高值作為設(shè)計潮位值。

2.2.2 風(fēng)況

風(fēng)速：應(yīng)采用標準風(fēng)速值，指地面的10 m高度處，逐時觀測的風(fēng)速時距為10 min的平均值。

風(fēng)向：以16個風(fēng)向方位圖即風(fēng)向玫瑰圖為基礎(chǔ)進行統(tǒng)計分析，計算出主風(fēng)向角及不同重現(xiàn)期的設(shè)計風(fēng)速。

2.2.3 波浪

工程位置附近應(yīng)有連續(xù)且不少于20年的資料，包括大風(fēng)影響在內(nèi)的波浪統(tǒng)計資料，來進行設(shè)計波高或周期的分析。如果只有短期波浪實測資料，且具備實測大波資料時，設(shè)計波浪可用全部觀測次數(shù)不分方向的某一累積頻率的波高計算。

2.3 其他

海堤工程設(shè)計應(yīng)充分了解海堤防護區(qū)和工程區(qū)的社會經(jīng)濟狀況，以利于合理確定海堤的規(guī)模及型式。同時還應(yīng)從較長期規(guī)劃中充分考慮地面沉降、海平面上升等因素的影響。

3 堤線布置

堤線走向宜選取對防浪有利方向，選擇避開玫瑰圖主風(fēng)向，避開強風(fēng)和波浪的正面沖擊，但應(yīng)服從河口導(dǎo)線或規(guī)劃岸線的要求。同時應(yīng)注意堤線布置與城區(qū)景觀、道路等結(jié)合，應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃布局，相互協(xié)調(diào)，堤線宜平滑順直，避免轉(zhuǎn)折過多。堤線布置首先利用已有海堤線和有利地形，選擇經(jīng)勘察工程地質(zhì)條件較好，灘面沉降穩(wěn)定的地基基礎(chǔ)。避開古河道、潮汐溝、沉塘、蝦塘等地段，還應(yīng)考慮已有工程情況，施工條件，防潮搶險的需要，甚至應(yīng)考慮生態(tài)景觀環(huán)境的限制，征地拆遷和文物保護的約束。

4 堤型選擇

堤型選擇可綜合考慮下列因素：所處位置重要性(級別等級)、地形地質(zhì)條件、筑堤材料及施工條件、水流及波浪情況、工程管理的要求、技術(shù)經(jīng)濟比較、重要功能區(qū)等。

(1)海堤防護區(qū)：保護范圍廣面積大、人口眾多、城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村分布密集、經(jīng)濟發(fā)達、工礦企業(yè)、交通道路等級規(guī)模大，生產(chǎn)總值總量大，有重要的開發(fā)區(qū)、科技園區(qū)等。在提高防潮級別工程等級的基礎(chǔ)上還應(yīng)在堤型的選擇上，綜合考慮安全性、堤身形式、堤頂高程、坡度和基礎(chǔ)防護。如圖1。

圖1 南港工業(yè)區(qū)海堤典型斷面型式

(2)海堤堤身填筑受環(huán)境限制較多，調(diào)線調(diào)位可能性和靈活性不大在狹小的范圍可選用陡墻式，例如渤海石油家屬院臨海側(cè)是河道，背海側(cè)是綠化帶、道路，留下的空間小，設(shè)計成如圖2；例如中心漁港段：迎海側(cè)是道路綠化帶，背海側(cè)是橋梁狹窄條件設(shè)計成如圖3。

圖2 渤海石油家屬院海堤典型斷面型式

圖3 大神堂碼頭懸臂墻式海堤典型斷面型式

(3)地質(zhì)條件的限制。海灘是多年淤積沉積后形成的，一般為軟土基礎(chǔ)，地基承載力較低，海堤基礎(chǔ)穩(wěn)定性是最重要的問題，在場地范圍允許條件下，一般設(shè)計為傾斜式或混合式，如圖4、5。

圖4 中心漁港段海堤典型斷面型式

地質(zhì)條件較好的地方可修建陡墻式海堤，如老海堤改擴建工程。如圖6。

圖5 IT產(chǎn)業(yè)園段海堤典型斷面型式

圖6 永定新河左堤新建外圍海堤典型斷面型式

(4)筑堤材料與施工條件。海堤土料宜選黏性土，壓實度應(yīng)大于0.9。天津濱海地區(qū)黏土料較少，成本較高，故可改變堤身堤型，如采用充填砂袋。

(5)水流及波浪特性。我國南海、東海、黃海、渤海海流風(fēng)浪均有不同特點，防潮標準和海堤堤型斷面也各有不同。地理位置及形狀也影響著風(fēng)暴潮發(fā)生及潮位高低發(fā)生頻率的變化。

如渤海灣似喇叭口，為淺海大陸架，當海水向渤海灣轉(zhuǎn)移時，不易向四周擴散，灣內(nèi)潮位急劇上升，易形成風(fēng)暴潮，退水時出口小，形成長時間的高潮位，故海堤工程級別應(yīng)相應(yīng)提高。2013年天津市政府批復(fù)的《天津市濱海新區(qū)防潮規(guī)劃(2011—2020年)》，海堤防潮標準提高到200年一遇，全線海堤工程級別為1級。

(6)工程管理的需要。在防風(fēng)防潮時，海堤堤頂路作為應(yīng)急搶險的道路，應(yīng)保證搶險物資、設(shè)備、機械、人員能夠順利到達現(xiàn)場。海堤斷面設(shè)計還應(yīng)考慮方便日常管理中的巡視檢查、維修養(yǎng)護等，堤頂高度不大于4.5 m時，宜在堤背海側(cè)選擇有利位置合理設(shè)置錯車平臺，寬度不小于6.5 m，長度不小于20 m。

(7)生態(tài)環(huán)境景觀的要求。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)的需要，以及人們對生態(tài)綠色的渴望和需求，生態(tài)綠色發(fā)展的概念已深入各個領(lǐng)域，轉(zhuǎn)變原始建設(shè)觀念，摒棄傳統(tǒng)的鋼筋、水泥、石頭等組成簡單的墻體構(gòu)筑物，建設(shè)與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)、適合植物生長、水系動物生存的綠色海堤、景觀海堤、生態(tài)海堤。如：生態(tài)城、海底公園、遺鷗公園和臨港經(jīng)濟區(qū)海堤。

5 海堤和岸灘防護

5.1 堤身防護

堤坡一般采用現(xiàn)澆混凝土、漿砌石、混凝土灌砌石、干砌塊面、混凝土砌塊、混凝土異體塊體和混凝土柵欄板等防護。對于允許越浪的海堤，堤頂面及背海側(cè)坡面應(yīng)根據(jù)不同的允許越浪量采取適當?shù)姆雷o措施。堤頂一般采用抗沖刷護面結(jié)構(gòu)，不應(yīng)用碎石、泥結(jié)石、瀝青混凝土作為護面材料。

不允許越浪的海堤，堤頂可用混凝土、瀝青、混凝土、碎石、泥結(jié)石等作為海堤護面材料。

5.2 岸灘防護及防浪措施

海水每天的潮漲潮落，形成的波浪水流對岸灘沖刷破壞和侵蝕，可在其防護范圍內(nèi)采用工程措施、植物措施或兩者相結(jié)合的防護措施。

工程措施一般有：(1)丁壩群和潛堤(離岸堤)減小波浪沖刷；(2)堤腳拋石、拋石籠、強制樁等護腳，常用護腳混凝土制品有扭工字塊、扭王字塊等；(3)坡面有柵欄板、混凝土連鎖板；(4)消浪平臺，僅限弧形防浪墻。

植物措施一般有：(1)防浪紅樹林，適合海邊生長種植，利于消浪；(2)從國外引進的“大米草”可種植在堤腳外側(cè)，特點有繁殖快、密度大、對海浪消能明顯，防浪效果好。

[1] GB/T 51015—2014 海堤工程設(shè)計規(guī)范 [S].

邵繼彭 男 高級工程師 天津市海堤管理處 天津 300456

姜睿濤 男 助理工程師 天津市海堤管理處 天津 300456

楊志超 男 助理工程師 天津市海堤管理處 天津 300456

孫富行 男 教授級高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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