海堤斷面類型及適應(yīng)性設(shè)計(jì)

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(jì)

邵繼彭 姜睿濤 楊志超 孫富行

在海堤工程設(shè)計(jì)時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)和工程級(jí)別，選擇最有利的點(diǎn)位進(jìn)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(yùn)行要求等因素，進(jìn)行堤型斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)。

海堤設(shè)計(jì) 防潮標(biāo)準(zhǔn) 堤型優(yōu)化

1 海堤工程的防潮標(biāo)準(zhǔn)與級(jí)別

海堤工程的防潮標(biāo)準(zhǔn)按保護(hù)對(duì)象的類別和規(guī)模分為4個(gè)級(jí)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(biāo)準(zhǔn)確定工程級(jí)別，防潮標(biāo)準(zhǔn)(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(duì)應(yīng)5、4、3、2、1五個(gè)級(jí)別。

2 海堤工程設(shè)計(jì)所需的基本資料

2.1 地形地質(zhì)

根據(jù)不同設(shè)計(jì)階段，需實(shí)測(cè)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(zhǎng)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(shí)，設(shè)計(jì)高潮位可采用極值同步差比法。在河道入海口范圍的海堤工程，應(yīng)將潮位與設(shè)計(jì)洪(潮)水位線進(jìn)行比較，選取較高值作為設(shè)計(jì)潮位值。

2.2.2 風(fēng)況

風(fēng)速：應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速值，指地面的10 m高度處，逐時(shí)觀測(cè)的風(fēng)速時(shí)距為10 min的平均值。

風(fēng)向：以16個(gè)風(fēng)向方位圖即風(fēng)向玫瑰圖為基礎(chǔ)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算出主風(fēng)向角及不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)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(jì)資料，來進(jìn)行設(shè)計(jì)波高或周期的分析。如果只有短期波浪實(shí)測(cè)資料，且具備實(shí)測(cè)大波資料時(shí)，設(shè)計(jì)波浪可用全部觀測(cè)次數(shù)不分方向的某一累積頻率的波高計(jì)算。

2.3 其他

海堤工程設(shè)計(jì)應(yīng)充分了解海堤防護(hù)區(qū)和工程區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況，以利于合理確定海堤的規(guī)模及型式。同時(shí)還應(yīng)從較長(zhǎng)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(duì)防浪有利方向，選擇避開玫瑰圖主風(fēng)向，避開強(qiáng)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(shí)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(xiǎn)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(hù)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(jí)別等級(jí))、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(jì)比較、重要功能區(qū)等。

(1)海堤防護(hù)區(qū)：保護(hù)范圍廣面積大、人口眾多、城鎮(zhèn)鄉(xiāng)村分布密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、工礦企業(yè)、交通道路等級(jí)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(jí)別工程等級(jí)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(hù)。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(jì)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(jì)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(chǎng)地范圍允許條件下，一般設(shè)計(jì)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(kuò)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(shí)度應(yīng)大于0.9。天津?yàn)I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(diǎn)，防潮標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)海水向渤海灣轉(zhuǎn)移時(shí)，不易向四周擴(kuò)散，灣內(nèi)潮位急劇上升，易形成風(fēng)暴潮，退水時(shí)出口小，形成長(zhǎng)時(shí)間的高潮位，故海堤工程級(jí)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(biāo)準(zhǔn)提高到200年一遇，全線海堤工程級(jí)別為1級(jí)。

(6)工程管理的需要。在防風(fēng)防潮時(shí)，海堤堤頂路作為應(yīng)急搶險(xiǎn)的道路，應(yīng)保證搶險(xiǎn)物資、設(shè)備、機(jī)械、人員能夠順利到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。海堤斷面設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮方便日常管理中的巡視檢查、維修養(yǎng)護(hù)等，堤頂高度不大于4.5 m時(shí)，宜在堤背海側(cè)選擇有利位置合理設(shè)置錯(cuò)車平臺(tái)，寬度不小于6.5 m，長(zhǎng)度不小于20 m。

(7)生態(tài)環(huán)境景觀的要求。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，生態(tài)文明建設(shè)的需要，以及人們對(duì)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(gè)領(lǐng)域，轉(zhuǎn)變?cè)冀ㄔO(shè)觀念，摒棄傳統(tǒng)的鋼筋、水泥、石頭等組成簡(jiǎn)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(zhǎng)、水系動(dòng)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(jì)區(qū)海堤。

5 海堤和岸灘防護(hù)

5.1 堤身防護(hù)

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(hù)。對(duì)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(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。堤頂一般采用抗沖刷護(hù)面結(jié)構(gòu)，不應(yīng)用碎石、泥結(jié)石、瀝青混凝土作為護(hù)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(hù)面材料。

5.2 岸灘防護(hù)及防浪措施

海水每天的潮漲潮落，形成的波浪水流對(duì)岸灘沖刷破壞和侵蝕，可在其防護(hù)范圍內(nèi)采用工程措施、植物措施或兩者相結(jié)合的防護(hù)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(qiáng)制樁等護(hù)腳，常用護(hù)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(tái)，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(zhǎng)種植，利于消浪；(2)從國外引進(jìn)的“大米草”可種植在堤腳外側(cè)，特點(diǎn)有繁殖快、密度大、對(duì)海浪消能明顯，防浪效果好。

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

邵繼彭 男 高級(jí)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(jí)高級(jí)工程師 中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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