中交上海港湾工程设计研究院有限公司
摘要：本文根据某海域气象、水文资料，进行海堤结构的设计，最终通过业主需求、工程投资、施工速度、占用海域面积等方面考虑，确定合适的海堤设计方案。
关键词：海堤；堤顶高程；结构形式；方案比选
一、前言
海堤是围海工程的主体，是保护围区的最有利的屏障，也是海岸防护的主要工程措施。对于整个工程来说至关重要。本文就海堤结构设计进行研究，针对某海域进行的围填海工程的特点，确定断面结构、海堤堤顶高程、护面块体和护底块石设计，并结合业主需求、工程投资等情况，在两个对比方案中最终确定最经济合适的方案。
二、气象条件
2.1水文条件
2.1.1设计水位
设计高水位：1.27m （高潮累计频率10%）
设计低水位：-0.17m （低潮累计频率90%）
极端高水位：2.50m （五十年一遇高潮位）
极端低水位：-0.81m （五十年一遇低潮位）
2.1.2设计波浪要素
工程海域全年主要是混合浪，出现频率达到78%，其中以涌浪为主的混合浪出现的频率可达64.4%；其次为风浪，出现频率为21.4%；而全年纯涌浪出现频率仅0.6%。
工程海域的常浪向是SE，次常浪向为SSE。ESE、SE、SSE这三个方向的最大波高较为接近，是该海域的强浪向。次强浪向为S，最大波高2.6m。
根据工程区域进行波浪测点获取的波浪资料，海堤结构设计采用某测点处波向SE的波浪要素为主要计算依据。
2.2地质条件
2.2.1围填海区域地质条件
据现场钻孔揭露及附近地表工程地质调查表明，拟建场区未发现全新活动断裂及泥石流、崩塌、滑坡、地面沉降等不良地质作用；场区内分布有礁石等不利埋藏物，在采取相应的措施后，可以进行本工程建设。
2.2.2地基土性质及评价
表2 工程地质评价表
由此可见，本次勘察场地内虽存在工性能较差的软弱地层，如①3中砂混淤泥质土和② 黏土，但由于其埋藏较深且厚度相对较小，当海堤采用混合式结构或斜坡式结构时，其地基承载力和整体稳定性仍可以满足设计要求，可不进行特别的地基处理措施。
2.3设计荷载
设计荷载为：q=10kN/m2；
三、结构方案
3.1 海堤结构选型原则
海堤堤型断面主要有斜坡式、陡墙式和混合式三种型式，这三种基本断面各具特点，设计过程中出现的不均匀沉降、地基强度、波浪消能等都是需要注意的问题。
斜坡式海堤断面结构适用于堤身相对较低、地质条件较差的堤段。斜坡式的堤基与地基接触的面积大，地基应力较小，整体沉降变形相对较小，对地基土层承载力要求不高，适合软土地基。在临海侧，坡面有充足的地方供消浪设施的布置，堤身和护面结构的施工技术和维修都较为简单。斜坡式海堤的缺点在于：为了满足堤身的安全稳定，堤基的占地面积较大，对于堤身材料需求较高，波浪爬高值较大，导致堤身较高。在设计过程中，堤基的不均匀沉降变形，堤身土体与护面结构的整体结合强度，护面结构的整体稳定及抗波浪压力的能力都值得注意。
陡墙式海堤断面结构适用于地质条件较好、堤身相对较高的堤段。陡墙式断面海堤的堤基与地基接触面积小，堤基应力较集中，沉降差较小。波浪爬高值方面，陡墙式海堤小于斜坡式海堤。但是防护外墙和墙后回填料材料性质的不同，将导致与墙后填料的沉降差增大，波浪上壅回落时易产生墙脚淘刷，还要考虑相应的保护措施。在设计过程中，墙与墙后填料的稳定、不均匀沉降变形、波浪上壅回落所引起的墙角淘刷都值得注意。
混合式海堤断面结构适用于地质条件较差、堤身相对较高的堤段。混合式海堤的临海侧边坡属于变坡结构，是斜坡式与陡墙式的组合。在这样的混合式复式断面中，设置平台对削减波浪爬高、稳定堤基都有很好的效果。在设计过程中，平台面与后墙的转折处承受波浪冲击的能力、波浪对平台的淘刷都是需要注意的问题。
根据本工程地质条件情况，浅层是工程性质较好的粉细砂，地基承载力为250kPa，可直接做为海堤结构的持力层。考虑到围填海区域的风浪较大，堤身结构较高，因此本工程采用混合式和斜坡式两种海堤结构断面方案进行比选。
3.2 海堤结构方案
（1）混合式海堤结构方案、护面方案采用 8t扭王字块
海堤堤顶高程按Ⅱ级防潮标准、部分允许越浪确定，主体结构为混合式，上部结构直立，下部结构斜坡，堤顶高程取8.0m，后方高程为6.8m，满足两者高差≤1.2m的景观设计要求。结合园区规划并控制回填方量的目的，海堤顶宽设为8.3m，采用1：1.5的斜坡与吹填场地相接。
其中，取用明基床结构作为直立式结构的底部基础，在泥面上抛填块石（10～100kg）至-5.0m，其上安放钢筋混凝土矩形沉箱，沉箱的底宽为8.4m，高8.5m，设前、后趾且趾宽均为0.5m，沉箱沿堤轴线长度方向宽7.5m。预制沉箱壁厚为0.5m，共4个格舱，格舱内回填中粗砂。沉箱上部设现浇钢筋混凝土防浪墙至8.0m。海堤墙身及胸墙后方分别回填抛石棱体、二片石垫层、混合碎石倒滤层和两层400g/m2非织造土工布，倒滤层后为后方陆域吹填。
下部斜坡式结构的护面使用一层厚1.97m、坡度为1：1.5的8t扭王字块体。扭王字块体顶标高为-1.83m，宽度为5.0m，下方抛埋500~800kg块石垫层厚1.2m。护底采用抛填块石（800~1000kg），宽度为3.0m，护底块石下层设置0.5m厚的二片石垫层。
图1：南侧海堤断面示意图（方案一）
（2）斜坡式海堤结构方案、护面方案采用10t扭王字块
海堤堤顶高程按Ⅱ级防潮标准和部分允许越浪的要求确定，堤顶高程为9.0m，后方陆域回填顶高程为7.8m，满足两者高差需≤1.2m的景观设计要求。结合园区的规划方案与控制回填方量的目标，海堤顶宽设为12.5m，采用1：1.5的斜坡与吹填场地相接。
斜坡式海堤堤顶设置现浇混凝土挡浪墙，其底部设置素混凝土垫层厚0.1m，堤心石采用开山石（10～100kg）。海堤迎水坡采用二级边坡，坡比为1：1.5，平台高程为-0.5m。护面采取由外至内依次安放10t扭王字块体一层（厚2.13m），垫层块石（600～1000kg）一层，厚1.3m；护底块石采用厚度为2.13m的块石（800～1000kg），护底长度为3m，下设0.5m
厚二片石垫层。海堤背水坡坡比为1：1.5，其后为后方陆域吹填。
图2：南侧海堤断面示意图（方案二）
四、方案比选
4.1方案造价
由于断面结构的不同，对海堤造价会发生很大的影响，最终影响到业主的投资费用，因此方案比选过程中造价是主要考虑因素之一。
海堤每延米投资估算对比：混合式海堤结构、护面采用8t扭王字块：每延米造价15.53万元；斜坡式海底结构、护面采用10t扭王字块：每延米造价19万元。
4.2结构比选
本项目海堤结构方案考虑了混合式和斜坡式两种断面结构，此两种结构均为成熟、可靠的结构形式，其优缺点如下：
以上两种护岸结构型式均是技术可行的，各有优缺点，从本工程实际情况、业主需求、工程投资、施工速度、占用海域面积和结构耐久性等方面考虑，相对来说混合式海堤的优点更为突出。因此海堤结构推荐采用工程造价相对较省、占用海域面积较小、结构整体较为美观的“混合式海堤结构”方案。
五、结论
每个围填海工程都有其各自的特点，笔者结合本项目工程的实际情况，从结构形式、工程投资、施工难度、占用海域面积等角度对海底结构方案进行了对比分析，在此基础上选取了最为合理的结构方案，不仅有利于工程陆域面积的利用，节省海洋资源，同时也为业主节省了投资。由于围填海工程的特点，在建设过程中，设计方案还应充分考虑自身建设与相关规划、相邻工程的协调。另外由于泥沙和波浪对与海堤设计的影响不可忽略，后续工程中应重视围堤区域的监测工作和相应的物模验证工作，对于滩面冲刷严重区域应及时采取抛填块石等措施保证结构的安全稳定。
参考文献：
[1]《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）
[2]《海堤工程设计规范》（SL 435-2008）
[3]《防波堤设计与施工规范》（JTS 154-1-2011）
[4]《港口与航道水文规范》（JTS 145-2015）
[5]《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）
论文作者:费晓璐,宗婧慧
论文发表刊物:《基层建设》2018年第5期
论文发表时间:2018/5/21
标签：海堤论文; 结构论文; 斜坡论文; 断面论文; 工程论文; 方案论文; 波浪论文; 《基层建设》2018年第5期论文;