從恩平市洪滘海堤中談海堤堤頂高程計算的幾點體會

摘要:最近幾十年，隨著沿海地區人口的增長、生活水平的提高及城市化和工業化的進程，基礎設施與財產的價值不斷增加，許多國家制定了新的計劃與措施來解決和協調沿海地區防洪與地區發展的問題。海堤工程是我國沿海地區防風暴潮體系中的重要而有效的工程措施。我國于2009年頒布了《海堤工程設計規范》。

文章介紹海堤堤頂高程計算的不同點等。

關鍵詞：允許越浪 削波 越浪量

1、工程概況

恩平市洪滘海堤位于廣東省恩平市南部的洪滘鎮橫洲海右岸及橫洲海支流同勝河兩岸，橫洲海為南北走向，向南匯入鎮海灣而入南海。東面與臺山市那扶鎮、南面與臺山市北陡鎮、西南與陽東縣新洲鎮接壤，屬沿海丘陵、低山區。恩平市洪滘海堤為19世紀末20世紀初由當地居民圍墾造田而建，經歷年加高培厚而形成，該海堤由龍塘和橫板圍、新潮圍、旗坑圍、洪滘和大寨圍、沖坑圍、那花圍、藍田圍共7段堤圍以及堤圍上的穿堤建筑物組成。

2、堤頂高程計算

2.1公式區別此處只分析龍塘和橫板圍的計算。根據《海堤工程設計規范》的規定，海堤堤頂高程應根據設計高潮(水)位、波浪爬高加安全加高值確定，計算公式如下：

式中：設計頻率的堤頂高程，m；

設計頻率的高潮（水）位，m；

按設計波浪計算的累計頻率為F的波浪爬高值，m，按不允許越浪設計時取F=2%，按允許部分越浪設計時取F=13%，

安全加高值，m。

本工程堤防級別為4級，設計洪（潮）水標準為20年一遇。根據本工程特點，堤防頂高程分別計算允許越浪和不允許越浪兩種情況，允許越浪時安全加高值0.3m，波浪爬高采用累計頻率13%；不允許越浪時安全加高值0.6m，波浪爬高采用累計頻率2%。

筑堤時安全加高值如果按不允許越浪計算，堤高加大，使得堤身穩定要求的堤身體積加大，基礎處理量也加大。近年來施工的海堤大部分是按照允許越浪設計的。從工程造價方面及結合各方面的意見，本工程是按照允許越浪設計的。這也是江堤和海堤的區別。江堤一般是按不允許越浪設計的。

《堤防工程設計規范》中，堤頂高程應按設計洪水位或設計高潮位加堤頂超高確定，即：

Y=R+e+A

式中，Y—堤頂超高(m)，

R—設計波浪爬高(m)，

e—設計風壅增水高度(m)，

A—安全超高(m)，

對比海堤及江堤堤頂高程計算公式，海堤堤頂高程計算中無設計風壅增水高度e這項。

在進行波浪爬高計算時，海堤風速是采用標準風速。標準風速是指離地面10m高度處、逐時觀察的風速時距為10min的平均值，當風速樣本為非標準風速時，應對樣本風速進行換算。河堤設計波浪的計算風速可采用歷年汛期最大風速平均值的1.5倍。

在風直接作用下，單一坡度的斜坡式海堤不規則波的爬高可按下列規定確定：本條所列公式適用于下列條件：

波浪正向作用；

斜坡坡度1：m，m為1~5；

堤腳前水深d=(1.5~5.0)H；

堤前底坡i≤1/50。

正向不規則波的爬高可按下式計算：

R1%=K△KVR1H1%

式中R1%--累計頻率為1%的爬高，m；

H1%--累積頻率為1%的波高，m；

K△—與斜坡護面結構型式有關的糙滲系列；

KV—與風速V有關的系數；

R1---K△=1，H=1m時的爬高，由下面式子確定，計算時波坦取為L/H1%；

其中L—平均波周期對應的波長。

R1=1.24th(0.432M)+((R1)m-1.029)R(M)

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

式中，H—波高；

L—波長；

(R1)m—相應于某一d/L時的爬高最大值，m；

M—與斜坡的m值有關的函數；

R(M)—爬高函數；

R1、K△同上；

不規則波的不同累積頻率波高HF與平均波高H之比值HF/H可查表確定。在確定堤前波高時，計算出不同累積率波高HF與破碎波波高進行比較，然后取數值小者。

對于其他累積頻率的爬高RF可用累積頻率為1％的爬高R1%乘以換算系數KF確定。

對于江堤，在風的直接作用下，正向來波在單一斜波上的波浪爬高可按下列方式確定：

當m=1.5~5.0時，可按下式計算：

式中，Rp――累積頻率為p的波浪爬高(m)；

KΔ——斜波的糙率及滲透性系數；

KV――經驗系數；

KP――爬高累積頻率換算系數；

m――斜波波率；

兩者對比，海堤波浪爬高與江堤波浪爬高計算公式有很大的區別，海堤波浪爬高計算較江堤波浪爬高計算復雜。

2.2波高削波考慮

堤前海岸種植防護林可達到御風消浪、護堤護岸、護灘促淤的作用，并可美化海岸、降低污染、創造良好的近海環境，發揮生態意義的功能。

對比海堤江堤堤頂高程計算，海堤可考慮堤前防浪林及加糙砌條石護面的削波作用，這也是海堤區別江堤的重要不同地方。對于堤前植有防浪林的波浪爬高，削波后的堤腳前波高可進行折減，再計算波浪爬高值。規范提供的削波系數計算公式，可供一般海堤設計時參考；但是本公式是基于室內試驗成果得到的，有一定的局限性。

在本工程計算時，削波系數K>1，按削波后的堤腳前波高按公式Hf=(1-K)H計算，其中Hf—經林帶削波后的波高，m;H—林帶削波前的波高，m;經林帶削波后的波高Hf為負值數值，這是明顯不合理的。考慮到風暴潮期間，堤前防浪林本身易被損折，因此工程設計應留有余地。本次初步設計在堤前護坡厚度計算和堤后護坡型式選取上參照其他工程經驗考慮防浪林帶消波作用，最大消波系數控制不超過30%。

根據表1計算結果，堤頂高程均能滿足《海堤工程設計規范》的規定，不計入防浪墻的堤頂面高程仍高出設計高潮(水)位0.5H1%以上，且不低于設計高潮(水)位0.5m。

2.3越浪量分析計算

海堤堤頂超高另一區別江堤的是：海堤堤頂高程確定有兩種基本方法，一是控制波浪爬高，二是控制平均越浪量來分析計算。兩者互為復核。對于一種特定的堤身斷面、護面形式，可以對應一定的波浪爬高，要控制堤頂高程，必須在一定的技術經濟條件下，選擇適當的結構和護面。一旦確定按允許越浪設計，復核越浪量是必須的設計計算程序。而江堤一般是按不允許越浪設計的，不存在越浪量計算的問題。計算結果見表2。本工程堤岸迎水坡選澤采用漿砌石護砌型式。

由表5-4中計算結果可見，本工程正面臨海堤段計算有少量越浪量，但越浪量均小于0.02m3/(s.m)，滿足規范要求，按規范規定，堤防的堤頂面應采用混凝土或漿砌石護面，堤防背水坡可采用生長良好的草地坡面。

3.結語

海堤堤頂高程計算與江堤堤頂高程計算有明顯的不同點，以上列舉了海堤堤頂高程計算主要的幾個特點，可為廣大工程設計人員在海堤設計中提供借鑒作用。

參考文獻

[1]《海堤工程設計規范》SL435-2008

[2]《堤防工程設計規范》GB50286-98

[3]《海堤工程設計規范》宣貫輔導教材

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文