臨海段路基標高的計算

郭晶晶

(遼寧省公路勘測設(shè)計公司 沈陽市 110006)

1 項目概況

為了進一步加快遼寧省凌海市龍海馨港旅游總體規(guī)劃的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，促進規(guī)劃區(qū)的建設(shè)與發(fā)展，帶動沿海經(jīng)濟旅游資源的開發(fā)，凌海市政府提出修建濱河路入海口至張家段新建工程。

“凌海市濱河路入海口至張家段新建工程”起點位于濱河路大凌河入海口處，終點位于錦八支與濱海公路交叉處，路線全長26.385km(其中主線長16.163km，1號連接線長5.650km，2號連接線4.572km)。項目位置地理圖見圖1。

圖1 項目位置地理圖

由于項目所經(jīng)區(qū)域多為臨海路段，路基高度主要受潮水位控制，因此如何確定路基標高是臨海公路路基工程的主要難點，也是項目縱斷設(shè)計的依據(jù)。由于項目臨海段較多，這里僅以主線臨海段K0+000～K5+751為例，分三段進行計算說明，其中A1：K0+000～K1+700，A2：K1+700～K3+750，A3：K3+750～K5+571。設(shè)計防潮標準為50年一遇。海堤工程級別5級，按不允許越浪設(shè)計。

2 臨海段路基標高的影響因素

《堤防工程設(shè)計規(guī)范》及《海堤工程設(shè)計規(guī)范》分別給出了堤頂高程的計算公式，其中《堤防工程設(shè)計規(guī)范》提出堤頂高程應按設(shè)計洪水位或設(shè)計高潮位加堤頂超高值確定。計算公式如下：

ZP=hP+Y

式中：ZP—設(shè)計頻率的堤頂高程；

hP—設(shè)計頻率的高潮水位；

Y—堤頂超高值。

3 堤前波浪要素的確定

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄C式C.1.2-2

式中：V—設(shè)計風速；

最后根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》表C.1.6波長-周期、水深關(guān)系表中，查得本段對應周期、水深的波長。

表1 堤前波浪要素推算表

4 最高潮(水)位的確定

最高潮水位，即設(shè)計重現(xiàn)期相對應的高潮(水)位值。據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》，設(shè)計重現(xiàn)期潮位采用頻率分析的方法確定，并具有不少于連續(xù)20年的最高潮(水)位資料。根據(jù)當?shù)厮木痔峁┑馁Y料，歷年潮汐特征值統(tǒng)計表(1975～1994年)見表2。

表2 歷年潮汐特征值統(tǒng)計表(1975～1994年)

根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》要求，設(shè)計重現(xiàn)期潮位按照極值I型分布律進行頻率分析，計算公式如下：

S—潮位系列均方差；

hp—頻率為P的高潮位；

λpn—與頻率P及資料年數(shù)n有關(guān)的系數(shù)，可按《海堤工程設(shè)計規(guī)范》附表A.0.2確定。

按上述公式計算，計算成果見表3。

表3 各種頻率下設(shè)計潮位

根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》要求，進行設(shè)計波高頻率分析，連續(xù)的資料年數(shù)不宜少于20年。波高的頻率曲線，可采用皮爾遜-Ⅲ型或極值-Ⅰ分布曲線。設(shè)計重現(xiàn)期宜采用與設(shè)計高潮(水)位相同的重現(xiàn)期。根據(jù)工程區(qū)附近葫蘆島海洋站1975～1994年系列波浪資料，挑選各向年極值波高和年極值波高對應的平均周期，進行頻率分析，各頻率設(shè)計波浪要素見表4。

表4 各種頻率下設(shè)計波浪要素

5 堤頂超高值Y的計算

由《堤防工程設(shè)計規(guī)范》可知，堤頂超高值的計算公式如下：

Y=R+e+A

式中：Y—堤頂超高值；

R—波浪爬高；

e—設(shè)計風壅水高度；

A—安全加高值，其中，安全加高值按表5選取。

表5 堤頂安全加高值

5.1 設(shè)計波浪爬高R值計算

按《海港水文規(guī)范》8.2.3.1：不規(guī)則波在斜坡式建筑物上的波浪爬高按式8.2.3-7計算。

RF=KFR1%(《海港水文規(guī)范》式8.2.3-7)

式中：RF—按設(shè)計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值(海堤按不允許越浪設(shè)計時取F=2%，按允許部分越浪設(shè)計時取F=13%)；

KF—換算系數(shù)；

R1%—累積頻率為1%爬高。

R1%按式8.2.3-6計算，如下：

R1%=K△KUR1H1%

R1=K1th(0.432M)+[(R1)M-K2]R(M)

M按《海港水文規(guī)范》式8.2.3-3計算，如下式：

(R1)M按《海港水文規(guī)范》式8.2.3-4計算，如下式：

R(M)按《海港水文規(guī)范》式8.2.3-5計算，如下式：

R(M)=1.09M3.32exp(-1.25M)

式中：(R1)m—相應于某一d/L時的爬高最大值；

M—與斜坡的m值有關(guān)的函數(shù)；

R(M)—爬高函數(shù)；

K1、K2、K3—系數(shù)，由表8.2.3-1查得分別為K1=1.24、K2=1.029、K3=4.98。

由《海港水文規(guī)范》式4.1.3-1得

式中：g—重力加速度，取9.81m/s2；

π—取3.1415926；

d—水域平均水深(m)。

由《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附錄C式C.1.2-2，如下式：

式中：V-設(shè)計風速；

由上述可得波浪爬高計算成果，如表6。

表6 波浪爬高計算成果表

5.2 設(shè)計風壅水高度e值計算

按照《堤防工程設(shè)計規(guī)范》附C.2式C.2.1計算風雍水高度e，如下：

式中：e—計算點的風壅水面高度(m)；

K—綜合摩阻系數(shù)，可取K=3.6×10-6；

V—設(shè)計風速，按計算波浪的風速確定；

F—由計算點逆風向量到對岸的距離(m)；

d—水域的平均水深(m)；

g—重力加速度(9.81m/s2)；

β—風向與垂直于堤軸線的法線的夾角(°)，當風向垂直于堤壩，風壅水面高度最高，所以取β=0。

表7 壅水高度e計算結(jié)果表

5.3 堤頂超高值

根據(jù)得到的波浪爬高、風壅水高度及安全加高值可知堤頂超高值，具體計算結(jié)果如表8，其中A值取0.5m，

表8 堤頂超高值計算表

6 路基頂中心標高確定

在臨海段公路路基標高的設(shè)計過程中，除了要考慮設(shè)計洪水位或設(shè)計高潮位、堤頂超高值，還需要考慮路拱橫坡的影響。路拱橫坡的計算公式如下：

△h=B/2×i

式中：B—路面寬度；

i—路面超高值，根據(jù)實際情況，路面和路肩的超高值可能不同。

本項目主線路基標準斷面分為三種形式，其中臨海段K0+000～K5+751段涉及兩種，斷面形式如下：

(1)K0+000～K2+800路基寬度為18m，路面寬度12m，路基標準橫斷面布置形式自左向右為1m綠化帶+2m人行道+2.5m硬路肩+2×3.5m車行道+2.5m硬路肩+2m人行道+1m綠化帶。

(2)K2+800～K5+751路基寬度為19.75m，路面寬度12m，路基標準橫斷面布置形式自左向右為0.75m土路肩+2.5m硬路肩+2×3.5m車行道+2.5m硬路肩+2m人行道+5m綠化帶。

對于本項目路基頂中心標高，則考慮路拱橫坡及超高影響增加值。路基設(shè)計標高計算表見表9。

表9 路基設(shè)計標高計算表

7 結(jié)論

臨海段公路路基設(shè)計標高的確定是臨海段公路設(shè)計的重要依據(jù)，也是保證道路施工后安全性的前提條件，以“凌海市濱河路入海口至張家段新建工程”項目為依托，給出了波浪爬高值、風壅水高度值、安全加高值及路拱橫坡值的詳細計算方法。