熊岳河入海口海防堤建筑物方案比選及海堤頂高程設計

朱 月

(遼寧省大伙房水庫管理局有限公司，遼寧 撫順 113000)

1 概 述

熊岳河口總體規劃方案控制面積3.5km2，功能分布為內海休閑景觀區、海濱服務區、水中濕地區、海防林景觀區、高檔居住區等。熊岳鎮政府依規劃提出大力發展旅游業，拉動第三產業的發展。要整合熊岳的“山、海、林、泉”資源，通過望海路、外環路與月亮湖、墩臺山公園、新海濱浴場、仙人島旅游度假區等景點連接起來，打造黃金旅游帶，發展大旅游，帶動大產業。

本工程位于熊岳河入海口至金沙灣海濱浴場及其附近海域，南鄰仙人島港區，北鄰山海廣場。東西約5.2km，南北約6.9km，北距鲅魚圈11km，南距仙人島3km。

2 工程總布置

根據總平面布置原則和自然條件，結合熊岳河河口可用岸線資源，考慮開發區未來岸線規劃及產業區所需陸域面積，平面布置按照不超過海域界址線為原則，考慮為以后建設預留等，熊岳河河口段的海堤總長度1900m，頂寬7.0m，柵欄厚度為450mm。底寬由斜坡段寬度與回填堤心石段寬度組成，其寬度隨原地面線變化而變化，海堤頂高程為7.0m。

3 主要建筑物型式

3.1 堤防結構型式選擇

堤防常見的構造類型有斜坡型、直立型和混合型[1-3]，按本工程地基特點，結合類似工程成功的經驗，經技術、經濟等綜合比較，堤防結構采用斜坡式結構。

斜坡式結構是最傳統和應用最廣泛的堤防結構型式，結合現場條件和材料來源，堤心采用塊石、開山石或充填砂性土袋等多種代用材料；護面結構可采用大塊石、干砌塊石、扭王字塊、柵欄板、人工塊體等。

斜坡堤式結構具有結構簡單、便于控制加荷速度、對軟土地基的適應能力強、使用過程中局部破壞后易于修復、便于和續建項目銜接、施工進度快等優點。

3.2 堤心材料比選

3.2.1 拋填開山石堤心(方案一)

拋填開山石作為傳統的斜坡堤堤心結構，同樣能夠適應軟土地基，結構的耐久性良好，在本地區附近石料資源較好、道路運輸條件較好，能夠完全保障材料供應。與充填砂性土袋堤心相比，穩定性更高，綜合造價較低，不受潮位限制，施工效率較高。

3.2.2 大型充砂袋堤心(方案二)

充填大型充砂袋堤心結構，適應地基變形的能力強，對于調整下部地基的不均勻沉降具有一定的優勢，由于層層袋布的抗拉作用，可有效增加堤體的抗滑力矩，對整體穩定性非常有利。作為近年來在筑堤工程中被廣泛采用的一種堤心材料，具有施工工藝成熟、施工速度快、工期短等優點。本工程附近砂源較少，單價較高。

3.2.3 方案比選

堤心材料方案比選表，見表1。

表1 堤心材料方案比選表

從表1可以看出，從工程造價、材料供應和施工效率等幾方面綜合比較，堤心材料采用拋填開山石方案具有更大的優勢，故本工程推薦以開山石作為本工程的堤心材料。

3.3 結構設計方案

3.3.1 方案一: 選擇柵欄板護坡的結構形式

海堤的最大寬度是7m,海拔7.0m,頂部和前沿設置砌體石頭墻。防浪墻墻頂高程為8.00m，寬度為0.5m，堤防芯石使用100-500kg石料，含泥量<10%，堤頂采用兩片500mm厚的石墊，在兩片石鋪山皮石墊層200mm，砂礫石100mm，海堤護面及護底如下：

迎水側：柵欄板組合護面, 40-60kg厚550mm的巨石鋪設在堤身保護面上，450mm厚的柵欄板鋪在塊石上，坡度為1∶2.0，坡腳由100-200kg拋填塊石防護[4]。

背水側：外坡設混合倒濾層厚度為≥400mm，坡度1∶2.0，混合倒濾層下鋪設二片石墊層厚度≥400mm，坡度1∶1.25。

3.3.2 方案二:選擇塊石護坡的結構形式，

海堤的最大寬度是7m,海拔7.0m,頂部和前沿設置砌體石頭墻。防浪墻墻頂高程為8.00m，寬度為0.5m，堤防芯石使用100 - 500kg石料，含泥量<10%，堤頂采用兩片500mm厚的石墊，在兩片石鋪山皮石墊層200mm，砂礫石100mm，海堤護面及護底如下：

迎水側：護面層上塊石護坡厚度450mm塊石，坡腳采用100-200kg拋填塊石防護，背水側：外坡設混合倒濾層厚度≥400mm[6]，坡度1∶2.0，混合倒濾層下鋪設二片石墊層厚度≥400mm，坡度1∶1.25[5-6]。

3.3.3 結構方案比選

選擇的塊石護坡和柵欄板護坡兩種方案。根據地質勘察報告的分析，位于海堤強風向區域，波浪較大，潮汐、海浪對新陸域影響較嚴重，因此考慮到大塊石料無法滿足本工程需要的實際情況，采用柵欄板防護耐久性較好，不易損壞，大粒徑石料需求量較少。兩個結構方案的主要優缺點比較見表2。

表2 結構方案比較表

3.4 選定方案

經方案選擇綜合比較，最終選定方案一。

4 海堤頂高程設計

4.1 潮汐

本工程50a一遇設計水位為3.21m(黃海高程)。

本工程50a一遇設計水位為5.248m(鲅魚圈理論高程)。

4.2 波浪要素

建設工程設計波浪要素受SW方向波浪控制。本工程采用設計波浪要素數據如表3所示。

表3 波浪要素數據成果表

4.3 堤頂高程

K0+000-K1+900海防堤感潮段海堤頂部高度由海堤設計潮位加上海堤頂部超高確定，按下式計算：

ZP=hP+RF+A

(1)

式中：ZP為設計頻率下的頂部高程，m；hP為設計的高潮潮水位，m；RF為當海堤設計成不允許超浪時，由設計波計算的累積頻率F的波爬升值為F=2%，當設計成允許超浪時，F=13%， 該設計考慮允許越浪，m；A為根據《海堤工程設計規范》選擇超高為 0.4m[7]。

4.3.1 堤頂超高

1)風浪要素按莆田海堤試驗站公式計算：

(2)

2) 波長由以下公式計算：

(3)

經計算：L=10.58m

3)波浪爬高計算：

單坡斷面波浪爬高計算：

R=K△R4H

(4)

R1由海堤工程設計規范確定，公式如下：

(5)

式中：H為波高，m；L為波長，m；R1為波爬當K△= 1和H = 1 (m);(R1)m為對應某d/L最大爬升，m;M為與斜率m值有關的函數;R(M)為爬高函數。

經計算R=0.457m

由上述計算結果得出堤防超高：RF=0.457

4.3.2 堤頂高程

計算結果詳見表4。

表4 堤頂高程計算成果表

根據海堤工程設計規范，當堤頂對海設置穩定、堅固的防浪墻時，可計算堤頂到防浪墻頂的高度，但除防浪墻外，堤頂標高仍應高于設計高潮5H1%[8-10]。設計漲潮水位(P=2%)為3.21m，加5H1%后堤頂高程為3.78m，根據以上計算結果，選定的設計堤頂標高滿足規范要求。

當路堤與海堤組合時，除波墻外的路堤高度在保證海堤安全及路堤后波浪順利排出的前提下，仍應高于設計高潮(水)0.5m，設計堤防的選擇高度也滿足規范的要求。

本次熊岳河入海口段海堤K0+000-K1+900段結合工程的實際，堤頂高程確定為7.0m(鲅魚圈理論基面高程)；確定防浪墻設計堤頂高程為8.0m-7.5m。

4.4 越浪量計算

海堤越浪量計算按《海堤工程設計規范》斜坡堤頂有防浪墻時確定：

(6)

式中：q為單位時間內單寬海堤越浪水量，m3/s.m；Hc’為堤頂至靜水位高度(設計高潮位)，m；H為堤前平均波高，m；g為重力加速度(9.8m/s2)；B為經驗系數，可按規范查表確定取0.45-0.60；KA為護面結構影響系數，可按規范查表確定取0.49；TP為譜峰周期，TP=l.33T。

海防堤堤頂越浪量計算結果見表5。

表5 堤頂越浪量計算成果表

海防堤堤頂越浪量能滿足規范要求的允許越浪量，越過堤頂的海水可以從漿砌石防浪墻預留的排水孔排入海中，也不會對堤頂造成破壞。

5 結 語

本工程海防堤填筑及柵欄板護岸采用斜坡式結構。堤心材料采用拋填塊石，結構的耐久性良好，拋填塊石做為近年來在筑堤工程中被廣泛采用的一種堤心材料，具有造價低、施工工藝成熟、施工速度快、工期短等優點。護坡用圍欄板護坡結構設計與施工技術已經成熟，當地有經驗豐富的施工隊伍，能夠保證本工程的順利實施。