臨海段路基標高的計算

郭晶晶

(遼寧省公路勘測設計公司 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劃的基礎設施建設，促進規劃區的建設與發展，帶動沿海經濟旅游資源的開發，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

由于項目所經區域多為臨海路段，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，也是項目縱斷設計的依據。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，按不允許越浪設計。

2 臨海段路基標高的影響因素

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

ZP=hP+Y

式中：ZP—設計頻率的堤頂高程；

hP—設計頻率的高潮水位；

Y—堤頂超高值。

3 堤前波浪要素的確定

根據《堤防工程設計規范》附錄C式C.1.2-2

式中：V—設計風速；

最后根據《堤防工程設計規范》表C.1.6波長-周期、水深關系表中，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，即設計重現期相對應的高潮(水)位值。據《海堤工程設計規范》，設計重現期潮位采用頻率分析的方法確定，并具有不少于連續20年的最高潮(水)位資料。根據當地水文局提供的資料，歷年潮汐特征值統計表(1975～1994年)見表2。

表2 歷年潮汐特征值統計表(1975～1994年)

根據《海堤工程設計規范》要求，設計重現期潮位按照極值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n有關的系數，可按《海堤工程設計規范》附表A.0.2確定。

按上述公式計算，計算成果見表3。

表3 各種頻率下設計潮位

根據《海堤工程設計規范》要求，進行設計波高頻率分析，連續的資料年數不宜少于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。設計重現期宜采用與設計高潮(水)位相同的重現期。根據工程區附近葫蘆島海洋站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，各頻率設計波浪要素見表4。

表4 各種頻率下設計波浪要素

5 堤頂超高值Y的計算

由《堤防工程設計規范》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 設計波浪爬高R值計算

按《海港水文規范》8.2.3.1：不規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%(《海港水文規范》式8.2.3-7)

式中：RF—按設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計時取F=2%，按允許部分越浪設計時取F=13%)；

KF—換算系數；

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《海港水文規范》式8.2.3-3計算，如下式：

(R1)M按《海港水文規范》式8.2.3-4計算，如下式：

R(M)按《海港水文規范》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值有關的函數；

R(M)—爬高函數；

K1、K2、K3—系數，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《堤防工程設計規范》附錄C式C.1.2-2，如下式：

式中：V-設計風速；

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 設計風壅水高度e值計算

按照《堤防工程設計規范》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，可取K=3.6×10-6；

V—設計風速，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計算結果表

5.3 堤頂超高值

根據得到的波浪爬高、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計過程中，除了要考慮設計洪水位或設計高潮位、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。路基設計標高計算表見表9。

表9 路基設計標高計算表

7 結論

臨海段公路路基設計標高的確定是臨海段公路設計的重要依據，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。