熊岳河入海口海防堤建筑物方案比选及海堤顶高程设计

朱 月

(辽宁省大伙房水库管理局有限公司，辽宁 抚顺 113000)

1 概 述

熊岳河口总体规划方案控制面积3.5km2，功能分布为内海休闲景观区、海滨服务区、水中湿地区、海防林景观区、高档居住区等。熊岳镇政府依规划提出大力发展旅游业，拉动第三产业的发展。要整合熊岳的“山、海、林、泉”资源，通过望海路、外环路与月亮湖、墩台山公园、新海滨浴场、仙人岛旅游度假区等景点连接起来，打造黄金旅游带，发展大旅游，带动大产业。

本工程位于熊岳河入海口至金沙湾海滨浴场及其附近海域，南邻仙人岛港区，北邻山海广场。东西约5.2km，南北约6.9km，北距鲅鱼圈11km，南距仙人岛3km。

2 工程总布置

根据总平面布置原则和自然条件，结合熊岳河河口可用岸线资源，考虑开发区未来岸线规划及产业区所需陆域面积，平面布置按照不超过海域界址线为原则，考虑为以后建设预留等，熊岳河河口段的海堤总长度1900m，顶宽7.0m，栅栏厚度为450mm。底宽由斜坡段宽度与回填堤心石段宽度组成，其宽度随原地面线变化而变化，海堤顶高程为7.0m。

3 主要建筑物型式

3.1 堤防结构型式选择

堤防常见的构造类型有斜坡型、直立型和混合型[1-3]，按本工程地基特点，结合类似工程成功的经验，经技术、经济等综合比较，堤防结构采用斜坡式结构。

斜坡式结构是最传统和应用最广泛的堤防结构型式，结合现场条件和材料来源，堤心采用块石、开山石或充填砂性土袋等多种代用材料；护面结构可采用大块石、干砌块石、扭王字块、栅栏板、人工块体等。

斜坡堤式结构具有结构简单、便于控制加荷速度、对软土地基的适应能力强、使用过程中局部破坏后易于修复、便于和续建项目衔接、施工进度快等优点。

3.2 堤心材料比选

3.2.1 抛填开山石堤心(方案一)

抛填开山石作为传统的斜坡堤堤心结构，同样能够适应软土地基，结构的耐久性良好，在本地区附近石料资源较好、道路运输条件较好，能够完全保障材料供应。与充填砂性土袋堤心相比，稳定性更高，综合造价较低，不受潮位限制，施工效率较高。

3.2.2 大型充砂袋堤心(方案二)

充填大型充砂袋堤心结构，适应地基变形的能力强，对于调整下部地基的不均匀沉降具有一定的优势，由于层层袋布的抗拉作用，可有效增加堤体的抗滑力矩，对整体稳定性非常有利。作为近年来在筑堤工程中被广泛采用的一种堤心材料，具有施工工艺成熟、施工速度快、工期短等优点。本工程附近砂源较少，单价较高。

3.2.3 方案比选

堤心材料方案比选表，见表1。

表1 堤心材料方案比选表

从表1可以看出，从工程造价、材料供应和施工效率等几方面综合比较，堤心材料采用抛填开山石方案具有更大的优势，故本工程推荐以开山石作为本工程的堤心材料。

3.3 结构设计方案

3.3.1 方案一: 选择栅栏板护坡的结构形式

海堤的最大宽度是7m,海拔7.0m,顶部和前沿设置砌体石头墙。防浪墙墙顶高程为8.00m，宽度为0.5m，堤防芯石使用100-500kg石料，含泥量<10%，堤顶采用两片500mm厚的石垫，在两片石铺山皮石垫层200mm，砂砾石100mm，海堤护面及护底如下：

迎水侧：栅栏板组合护面, 40-60kg厚550mm的巨石铺设在堤身保护面上，450mm厚的栅栏板铺在块石上，坡度为1∶2.0，坡脚由100-200kg抛填块石防护[4]。

背水侧：外坡设混合倒滤层厚度为≥400mm，坡度1∶2.0，混合倒滤层下铺设二片石垫层厚度≥400mm，坡度1∶1.25。

3.3.2 方案二:选择块石护坡的结构形式，

海堤的最大宽度是7m,海拔7.0m,顶部和前沿设置砌体石头墙。防浪墙墙顶高程为8.00m，宽度为0.5m，堤防芯石使用100 - 500kg石料，含泥量<10%，堤顶采用两片500mm厚的石垫，在两片石铺山皮石垫层200mm，砂砾石100mm，海堤护面及护底如下：

迎水侧：护面层上块石护坡厚度450mm块石，坡脚采用100-200kg抛填块石防护，背水侧：外坡设混合倒滤层厚度≥400mm[6]，坡度1∶2.0，混合倒滤层下铺设二片石垫层厚度≥400mm，坡度1∶1.25[5-6]。

3.3.3 结构方案比选

选择的块石护坡和栅栏板护坡两种方案。根据地质勘察报告的分析，位于海堤强风向区域，波浪较大，潮汐、海浪对新陆域影响较严重，因此考虑到大块石料无法满足本工程需要的实际情况，采用栅栏板防护耐久性较好，不易损坏，大粒径石料需求量较少。两个结构方案的主要优缺点比较见表2。

表2 结构方案比较表

3.4 选定方案

经方案选择综合比较，最终选定方案一。

4 海堤顶高程设计

4.1 潮汐

本工程50a一遇设计水位为3.21m(黄海高程)。

本工程50a一遇设计水位为5.248m(鲅鱼圈理论高程)。

4.2 波浪要素

建设工程设计波浪要素受SW方向波浪控制。本工程采用设计波浪要素数据如表3所示。

表3 波浪要素数据成果表

4.3 堤顶高程

K0+000-K1+900海防堤感潮段海堤顶部高度由海堤设计潮位加上海堤顶部超高确定，按下式计算：

ZP=hP+RF+A

(1)

式中：ZP为设计频率下的顶部高程，m；hP为设计的高潮潮水位，m；RF为当海堤设计成不允许超浪时，由设计波计算的累积频率F的波爬升值为F=2%，当设计成允许超浪时，F=13%， 该设计考虑允许越浪，m；A为根据《海堤工程设计规范》选择超高为 0.4m[7]。

4.3.1 堤顶超高

1)风浪要素按莆田海堤试验站公式计算：

(2)

2) 波长由以下公式计算：

(3)

经计算：L=10.58m

3)波浪爬高计算：

单坡断面波浪爬高计算：

R=K△R4H

(4)

R1由海堤工程设计规范确定，公式如下：

(5)

式中：H为波高，m；L为波长，m；R1为波爬当K△= 1和H = 1 (m);(R1)m为对应某d/L最大爬升，m;M为与斜率m值有关的函数;R(M)为爬高函数。

经计算R=0.457m

由上述计算结果得出堤防超高：RF=0.457

4.3.2 堤顶高程

计算结果详见表4。

表4 堤顶高程计算成果表

根据海堤工程设计规范，当堤顶对海设置稳定、坚固的防浪墙时，可计算堤顶到防浪墙顶的高度，但除防浪墙外，堤顶标高仍应高于设计高潮5H1%[8-10]。设计涨潮水位(P=2%)为3.21m，加5H1%后堤顶高程为3.78m，根据以上计算结果，选定的设计堤顶标高满足规范要求。

当路堤与海堤组合时，除波墙外的路堤高度在保证海堤安全及路堤后波浪顺利排出的前提下，仍应高于设计高潮(水)0.5m，设计堤防的选择高度也满足规范的要求。

本次熊岳河入海口段海堤K0+000-K1+900段结合工程的实际，堤顶高程确定为7.0m(鲅鱼圈理论基面高程)；确定防浪墙设计堤顶高程为8.0m-7.5m。

4.4 越浪量计算

海堤越浪量计算按《海堤工程设计规范》斜坡堤顶有防浪墙时确定：

(6)

式中：q为单位时间内单宽海堤越浪水量，m3/s.m；Hc’为堤顶至静水位高度(设计高潮位)，m；H为堤前平均波高，m；g为重力加速度(9.8m/s2)；B为经验系数，可按规范查表确定取0.45-0.60；KA为护面结构影响系数，可按规范查表确定取0.49；TP为谱峰周期，TP=l.33T。

海防堤堤顶越浪量计算结果见表5。

表5 堤顶越浪量计算成果表

海防堤堤顶越浪量能满足规范要求的允许越浪量，越过堤顶的海水可以从浆砌石防浪墙预留的排水孔排入海中，也不会对堤顶造成破坏。

5 结 语

本工程海防堤填筑及栅栏板护岸采用斜坡式结构。堤心材料采用抛填块石，结构的耐久性良好，抛填块石做为近年来在筑堤工程中被广泛采用的一种堤心材料，具有造价低、施工工艺成熟、施工速度快、工期短等优点。护坡用围栏板护坡结构设计与施工技术已经成熟，当地有经验丰富的施工队伍，能够保证本工程的顺利实施。