插砌條石加糙在海堤消浪設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

葉　丹

（福建省莆田市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，351100，莆田）

本文通過(guò)介紹福建省莆田市某海堤外坡強(qiáng)化加固3種設(shè)計(jì)方案，并加以比較，確定插砌條石加糙為該段海堤除險(xiǎn)加固方案。闡述了插砌條石加糙在海堤消浪設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用及優(yōu)越性。

一、某海堤工程概況

某海堤位于莆田市興化灣內(nèi)，加固長(zhǎng)度2.2 km，工程等級(jí)為3級(jí)，防潮標(biāo)準(zhǔn)30年一遇；海堤加固實(shí)施三面護(hù)砌，允許越浪設(shè)計(jì)；30年一遇高潮位為5.43 m。

①工程現(xiàn)狀。海堤堤頂高程即防浪墻頂大多在6.99 m左右，堤頂平均寬度2.4 m，堤頂及內(nèi)坡均無(wú)護(hù)砌，雜草叢生，內(nèi)坡坡度 1∶1～1∶2.3；外坡為帶平臺(tái)的復(fù)式斜坡，平臺(tái)高程4.43～4.59 m， 平臺(tái)以上邊坡坡度 1∶1.7～1∶2.5，平臺(tái)以下邊坡坡度 1∶3～1∶3.25。

②工程存在的主要問(wèn)題。現(xiàn)狀堤頂高程不能滿足防潮標(biāo)準(zhǔn)要求，堤頂寬度小，堤身單薄，且堤頂及內(nèi)坡均未護(hù)砌，預(yù)防越浪能力不強(qiáng)，達(dá)不到“沖而不決、漫而不潰”的設(shè)防要求。式加糙2種型式。上凸式加糙是采用條石插砌或混凝土消力墩來(lái)破碎波浪以達(dá)到消浪效果；下凹式加糙則是采用柵欄板下凹的空腔來(lái)增加坡面糙率以達(dá)到消浪效果。

初始設(shè)計(jì)方案有3種，分別是條石插砌加糙、柵欄板加糙、不加糙。

1.插砌條石加糙護(hù)面

海堤外坡平臺(tái)以上坡面采用丁砌條石護(hù)砌，厚度40 cm，加糙凸高25 cm（即垂直坡面凸起砌筑條石，凸起條石面積占總面積的25%），護(hù)坡下設(shè)碎石墊層，厚度20 cm，外坡坡比為1∶2.0。 斷面設(shè)計(jì)如圖 1。

對(duì)于插砌條石加糙護(hù)面的波浪爬高計(jì)算，可按《規(guī)范》中的E.0.11估算：

式中，RKP為插砌條石加糙護(hù)面的斜坡堤的波浪爬高，m；R為斜坡堤砌石護(hù)面平整時(shí)的波浪爬高，m；KR為插砌條石加糙護(hù)面對(duì)波浪爬高衰減影響的系數(shù)。該海堤外坡坡比m=2，根據(jù)《規(guī)范》取KR為0.70。

2.柵欄板加糙護(hù)面

某海堤外坡平臺(tái)以上坡面采用C25鋼筋混凝土柵欄板，厚度20 cm，柵欄板長(zhǎng)邊2 m，短邊1.6 m，護(hù)坡下采用塊石埋砌，厚度20 cm，護(hù)坡腳采用C25混凝土防護(hù)，寬厚分別為75 cm×75 cm，外坡坡比為 1∶2.0。 斷面設(shè)計(jì)如圖2。柵欄板加糙護(hù)面波浪爬高按下式計(jì)算：式中，RP為柵欄板加糙護(hù)面的斜坡堤的波浪爬高，m；K▽為糙滲系數(shù)，柵欄板加糙護(hù)面取0.49；Kv為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，由查《規(guī)范》中的表E.0.1—3確定，其中，v為風(fēng)速（m），g為重力加速度，d為堤前水深（m）；Kp為波浪爬

二、外坡加固設(shè)計(jì)方案

根據(jù) 《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 435—2008）（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》）可知，斜坡加糙有利于波浪的破碎及減小波浪爬高。

圖1　海堤外坡插砌條石加糙斷面（單位：mm，其中高程、水位為m）

斜坡加糙有上凸式加糙和下凹高累積頻率換算系數(shù)；為堤前波浪的平均波高，m；L為堤前波浪的波長(zhǎng)，m；m為斜坡坡率。

斜坡堤采用柵欄板護(hù)面時(shí)，平面尺寸宜采用長(zhǎng)方形，其長(zhǎng)邊與短邊的比值可取1.25，具體按下式計(jì)算：

當(dāng)斜坡堤的坡度系數(shù)m=1.5～2.5時(shí)，柵欄板厚度按規(guī)范式（J.0.5—8）計(jì)算：

圖2海堤外坡柵欄板加糙斷面（單位：mm，其中高程、水位為m）

圖3　海堤外坡不加糙斷面（單位：mm，其中高程、水位為m）

式中，t為護(hù)面層厚度，m；γb為柵欄板重度取24 KN/m3；γ為海水重度，取10 KN/m3；d為堤前水深，m；H取有效波高H13%。

經(jīng)計(jì)算，柵欄板設(shè)計(jì)a0=2 m,b0=1.6 m，t=0.3 m。

3.不加糙護(hù)面

外坡平臺(tái)以上坡面采用丁砌條石護(hù)砌，厚度50 cm，護(hù)坡下設(shè)碎石墊層，厚度20 cm，外坡坡比為1∶2。斷面設(shè)計(jì)如圖3。

4.方案比較及選擇

3種設(shè)計(jì)方案相關(guān)計(jì)算成果及工程造價(jià)、征地情況見(jiàn)表1、表2。其中，海堤堤頂高程=設(shè)計(jì)高潮位+累積率 （P=13%）波浪爬高+安全超高。波浪爬高R采用莆田試驗(yàn)站公式，可根據(jù)《規(guī)范》中E.0.1條確定（本文不具體列出）。

計(jì)算可知，插砌條石加糙護(hù)面的波浪爬高比不加糙平整護(hù)面減小了0.88 m，大大降低了設(shè)計(jì)堤頂高程，一方面減輕了結(jié)構(gòu)本身的負(fù)擔(dān)，對(duì)海堤堤身穩(wěn)定更加有利；另一方面減少了約26%的工程投資及約44%的征地面積，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)、安全的效果。而柵欄板加糙護(hù)面波浪爬高比插砌條石加糙減小了0.84 m，但柵欄板加糙單米造價(jià)比插砌條石加糙增加了約48%。

莆田地區(qū)具有豐富的石料資源，可就地取材，從經(jīng)濟(jì)、安全綜合來(lái)看，采用插砌條石加糙是比較合理的。

表1　堤頂高程計(jì)算值對(duì)比　（單位：m）

表2　單米造價(jià)及征地面積對(duì)比表

三、結(jié) 論

（1）采用插砌條石加糙的某海堤外坡加固工程，成功應(yīng)對(duì)了近年多次臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮的災(zāi)害考驗(yàn)，特別是在應(yīng)對(duì)杜鵑、尼伯特等超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害中，海堤外坡受破壞程度明顯比不加糙平整護(hù)坡小，消浪效果得到充分肯定，可為類似工程設(shè)計(jì)提供借鑒。

（2）在確保安全的前提下，采取加糙消浪措施護(hù)面能降低波浪爬高，從而有效降低堤頂高程，還可減少波浪對(duì)堤身結(jié)構(gòu)的破壞。

（3）海堤強(qiáng)化加固設(shè)計(jì)中，要提高安全性必須從如何消除波浪沖擊力來(lái)考慮。外坡面加糙作為目前廣泛運(yùn)用的措施，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計(jì)中優(yōu)先考慮?！?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1]郭果林.海堤加固中的鋼筋混凝土柵欄板消浪機(jī)理及應(yīng)用[J].水利科技，2007(4).