从恩平市洪海堤中谈海堤堤顶高程计算的几点体会

摘要:最近几十年，随着沿海地区人口的增长、生活水平的提高及城市化和工业化的进程，基础设施与财产的价值不断增加，许多国家制定了新的计划与措施来解决和协调沿海地区防洪与地区发展的问题。海堤工程是我国沿海地区防风暴潮体系中的重要而有效的工程措施。我国于2009年颁布了《海堤工程设计规范》。

文章介绍海堤堤顶高程计算的不同点等。

关键词：允许越浪 削波 越浪量

1、工程概况

恩平市洪海堤位于广东省恩平市南部的洪镇横洲海右岸及横洲海支流同胜河两岸，横洲海为南北走向，向南汇入镇海湾而入南海。东面与台山市那扶镇、南面与台山市北陡镇、西南与阳东县新洲镇接壤，属沿海丘陵、低山区。恩平市洪海堤为19世纪末20世纪初由当地居民围垦造田而建，经历年加高培厚而形成，该海堤由龙塘和横板围、新潮围、旗坑围、洪和大寨围、冲坑围、那花围、蓝田围共7段堤围以及堤围上的穿堤建筑物组成。

2、堤顶高程计算

2.1公式区别此处只分析龙塘和横板围的计算。根据《海堤工程设计规范》的规定，海堤堤顶高程应根据设计高潮(水)位、波浪爬高加安全加高值确定，计算公式如下：

式中：设计频率的堤顶高程，m；

设计频率的高潮（水）位，m；

按设计波浪计算的累计频率为F的波浪爬高值，m，按不允许越浪设计时取F=2%，按允许部分越浪设计时取F=13%，

安全加高值，m。

本工程堤防级别为4级，设计洪（潮）水标准为20年一遇。根据本工程特点，堤防顶高程分别计算允许越浪和不允许越浪两种情况，允许越浪时安全加高值0.3m，波浪爬高采用累计频率13%；不允许越浪时安全加高值0.6m，波浪爬高采用累计频率2%。

筑堤时安全加高值如果按不允许越浪计算，堤高加大，使得堤身稳定要求的堤身体积加大，基础处理量也加大。近年来施工的海堤大部分是按照允许越浪设计的。从工程造价方面及结合各方面的意见，本工程是按照允许越浪设计的。这也是江堤和海堤的区别。江堤一般是按不允许越浪设计的。

《堤防工程设计规范》中，堤顶高程应按设计洪水位或设计高潮位加堤顶超高确定，即：

Y=R+e+A

式中，Y―堤顶超高(m)，

R―设计波浪爬高(m)，

e―设计风壅增水高度(m)，

A―安全超高(m)，

对比海堤及江堤堤顶高程计算公式，海堤堤顶高程计算中无设计风壅增水高度e这项。

在进行波浪爬高计算时，海堤风速是采用标准风速。标准风速是指离地面10m高度处、逐时观察的风速时距为10min的平均值，当风速样本为非标准风速时，应对样本风速进行换算。河堤设计波浪的计算风速可采用历年汛期最大风速平均值的1.5倍。

在风直接作用下，单一坡度的斜坡式海堤不规则波的爬高可按下列规定确定：本条所列公式适用于下列条件：

波浪正向作用；

斜坡坡度1：m，m为1~5；

堤脚前水深d=(1.5~5.0)H；

堤前底坡i≤1/50。

正向不规则波的爬高可按下式计算：

R1%=KKVR1H1%

式中R1%--累计频率为1%的爬高，m；

H1%--累积频率为1%的波高,m；

K―与斜坡护面结构型式有关的糙渗系列；

KV―与风速V有关的系数；

R1---K=1,H=1m时的爬高，由下面式子确定，计算时波坦取为L/H1%；

其中L―平均波周期对应的波长。

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

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

式中，H―波高；

L―波长；

(R1)m―相应于某一d/L时的爬高最大值，m；

M―与斜坡的m值有关的函数；

R(M)―爬高函数；

R1、K同上；

不规则波的不同累积频率波高HF与平均波高H之比值HF/H可查表确定。在确定堤前波高时，计算出不同累积率波高HF与破碎波波高进行比较，然后取数值小者。

对于其他累积频率的爬高RF可用累积频率为1％的爬高R1%乘以换算系数KF确定。

对于江堤，在风的直接作用下，正向来波在单一斜波上的波浪爬高可按下列方式确定：

当m=1.5~5.0时，可按下式计算：

式中，Rp累积频率为p的波浪爬高(m)；

KΔ――斜波的糙率及渗透性系数；

KV经验系数；

KP爬高累积频率换算系数；

m斜波波率；

两者对比，海堤波浪爬高与江堤波浪爬高计算公式有很大的区别，海堤波浪爬高计算较江堤波浪爬高计算复杂。

2.2波高削波考虑

堤前海岸种植防护林可达到御风消浪、护堤护岸、护滩促淤的作用，并可美化海岸、降低污染、创造良好的近海环境，发挥生态意义的功能。

对比海堤江堤堤顶高程计算，海堤可考虑堤前防浪林及加糙砌条石护面的削波作用，这也是海堤区别江堤的重要不同地方。对于堤前植有防浪林的波浪爬高，削波后的堤脚前波高可进行折减，再计算波浪爬高值。规范提供的削波系数计算公式，可供一般海堤设计时参考；但是本公式是基于室内试验成果得到的，有一定的局限性。

在本工程计算时，削波系数K>1，按削波后的堤脚前波高按公式Hf=(1-K)H计算，其中Hf―经林带削波后的波高,m;H―林带削波前的波高，m;经林带削波后的波高Hf为负值数值，这是明显不合理的。考虑到风暴潮期间，堤前防浪林本身易被损折，因此工程设计应留有余地。本次初步设计在堤前护坡厚度计算和堤后护坡型式选取上参照其他工程经验考虑防浪林带消波作用，最大消波系数控制不超过30%。

根据表1计算结果，堤顶高程均能满足《海堤工程设计规范》的规定，不计入防浪墙的堤顶面高程仍高出设计高潮(水)位0.5H1%以上，且不低于设计高潮(水)位0.5m。

2.3越浪量分析计算

海堤堤顶超高另一区别江堤的是：海堤堤顶高程确定有两种基本方法，一是控制波浪爬高，二是控制平均越浪量来分析计算。两者互为复核。对于一种特定的堤身断面、护面形式，可以对应一定的波浪爬高，要控制堤顶高程，必须在一定的技术经济条件下，选择适当的结构和护面。一旦确定按允许越浪设计，复核越浪量是必须的设计计算程序。而江堤一般是按不允许越浪设计的，不存在越浪量计算的问题。计算结果见表2。本工程堤岸迎水坡选泽采用浆砌石护砌型式。

由表5-4中计算结果可见，本工程正面临海堤段计算有少量越浪量，但越浪量均小于0.02m3/(s.m)，满足规范要求，按规范规定，堤防的堤顶面应采用混凝土或浆砌石护面，堤防背水坡可采用生长良好的草地坡面。

3.结语

海堤堤顶高程计算与江堤堤顶高程计算有明显的不同点，以上列举了海堤堤顶高程计算主要的几个特点，可为广大工程设计人员在海堤设计中提供借鉴作用。

参考文献

[1]《海堤工程设计规范》SL435-2008

[2]《堤防工程设计规范》GB50286-98

[3]《海堤工程设计规范》宣贯辅导教材

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文