越浪海堤的斷面設計

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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   　　目前，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，可按下式計算：   （1）式中——對應設計頻率水位的堤頂高程（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   ——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 1 2 3 4 5 允許部分越浪A（m） 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 　　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   　　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)構設計的控制因素。海堤的越浪量是指1m   海堤型式和構造 允許越浪量(m3/s·m)   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 ≤0.02   ≤0.05   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，方法見文獻[1]   　　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，計算方法和計算公式比較單一且精度有限，難于適應復雜斷面結(jié)構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?！》€(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，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，平臺位設置于多年平均高潮位加50cm   　　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)構主要從整體性、抗沖刷、消浪等角度綜合考慮。該部分結(jié)構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。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。混凝土砌石，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，或發(fā)生淘刷時，仍有足夠的能力支承護面結(jié)構。   （2）堤頂   　　堤頂則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。為保證堤頂護面混凝土結(jié)構的平整度，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   　　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，按其造價高低排序，應為干砌石砂漿勾縫，預制混凝土板勾縫，漿砌石。雖然按部分允許越浪設計，但應按越浪量計算成果，使海水在堤頂匯集，通過排水溝排向前坡腳，創(chuàng)造條件使背水坡仍能采用生物措施保護，加鋪一定厚度的腐質(zhì)類土，一來可保證提高成活率，二來可為其繁植提供較豐富的營養(yǎng)積蓄地。背海側(cè)坡腳應設置矮擋墻，既可得保護堤腳，又使工程界限明確，增加美觀   2.5排水   　　排水主要解決翻越堤身表面的越浪水量及降雨量在堤表面的引排問題。堤身表面排水分為漫坡排水和匯水溝集水排放兩種形式。對背海側(cè)采用工程護坡的越浪海堤，采用漫坡排水一般即可滿足排水要求，只要在坡底設置匯水溝集水，統(tǒng)一匯入總排水系統(tǒng)。當采用堤頂匯集越浪水量，背海側(cè)仍采用生物措施保護護面方式時，一般堤身高度小于6m   2.6自然型海岸的恢復   　　所謂的自然型海岸，就是要保持、重現(xiàn)及創(chuàng)造海岸原有的多姿多彩的自然風情。越浪海堤的建設，臨海側(cè)、堤頂、背海側(cè)采用的工程措施使得海岸的自然環(huán)境受到嚴重的干擾，因此，要將工程措施與生態(tài)學有機的結(jié)合，根據(jù)海堤所處的不同位置，采取不同的生態(tài)恢復措施。   　　對直接臨海的堤，由于受海浪的頻繁拍擊，海岸生態(tài)建設的重點應放在堤前水域和背海側(cè)坡面，應在堤前水域種植紅樹林，營造防風、防浪的生態(tài)林。應在背海側(cè)坡面的干砌石、砼護面塊體等工程措施護面的表面覆蓋原位棄土，移植或種植草皮。   　　對堤前有灘地且不直接臨海的堤，除了應在堤前積極營造生態(tài)林外，對臨海側(cè)堤面，也應盡量采用滿足抗風浪要求的砌塊護面，并上覆土，促成植物快速生長。   3 結(jié)語   　　越浪海堤控制住了上述關鍵設計環(huán)節(jié)，其安全性基本可得到保障。此文結(jié)尾時值得一提的是:   　?。?）一般的越浪海堤均建在軟土地基之上，　施工時應嚴格控制施工速率，急于求成，不但增加填筑工程量，而且地基破壞的滑弧切割堤身，引起堤身縱向裂縫，削弱堤身總體性，附加斷面處理工程量。   　?。?）臨海面、堤頂、背海側(cè)面護面均應在堤頂沉降量小于8mm/