插砌条石加糙在海堤消浪设计中的应用

2018-04-09叶丹

中国水利 2018年6期

关键词：条石护面堤顶

叶　丹

（福建省莆田市水利水电勘测设计院有限公司，351100，莆田）

本文通过介绍福建省莆田市某海堤外坡强化加固3种设计方案，并加以比较，确定插砌条石加糙为该段海堤除险加固方案。阐述了插砌条石加糙在海堤消浪设计中的具体应用及优越性。

一、某海堤工程概况

某海堤位于莆田市兴化湾内，加固长度2.2 km，工程等级为3级，防潮标准30年一遇；海堤加固实施三面护砌，允许越浪设计；30年一遇高潮位为5.43 m。

①工程现状。海堤堤顶高程即防浪墙顶大多在6.99 m左右，堤顶平均宽度2.4 m，堤顶及内坡均无护砌，杂草丛生，内坡坡度 1∶1～1∶2.3；外坡为带平台的复式斜坡，平台高程4.43～4.59 m，平台以上边坡坡度 1∶1.7～1∶2.5，平台以下边坡坡度 1∶3～1∶3.25。

②工程存在的主要问题。现状堤顶高程不能满足防潮标准要求，堤顶宽度小，堤身单薄，且堤顶及内坡均未护砌，预防越浪能力不强，达不到“冲而不决、漫而不溃”的设防要求。式加糙2种型式。上凸式加糙是采用条石插砌或混凝土消力墩来破碎波浪以达到消浪效果；下凹式加糙则是采用栅栏板下凹的空腔来增加坡面糙率以达到消浪效果。

初始设计方案有3种，分别是条石插砌加糙、栅栏板加糙、不加糙。

1.插砌条石加糙护面

海堤外坡平台以上坡面采用丁砌条石护砌，厚度40 cm，加糙凸高25 cm（即垂直坡面凸起砌筑条石，凸起条石面积占总面积的25%），护坡下设碎石垫层，厚度20 cm，外坡坡比为1∶2.0。断面设计如图 1。

对于插砌条石加糙护面的波浪爬高计算，可按《规范》中的E.0.11估算：

式中，RKP为插砌条石加糙护面的斜坡堤的波浪爬高，m；R为斜坡堤砌石护面平整时的波浪爬高，m；KR为插砌条石加糙护面对波浪爬高衰减影响的系数。该海堤外坡坡比m=2，根据《规范》取KR为0.70。

2.栅栏板加糙护面

某海堤外坡平台以上坡面采用C25钢筋混凝土栅栏板，厚度20 cm，栅栏板长边2 m，短边1.6 m，护坡下采用块石埋砌，厚度20 cm，护坡脚采用C25混凝土防护，宽厚分别为75 cm×75 cm，外坡坡比为 1∶2.0。断面设计如图2。栅栏板加糙护面波浪爬高按下式计算：式中，RP为栅栏板加糙护面的斜坡堤的波浪爬高，m；K▽为糙渗系数，栅栏板加糙护面取0.49；Kv为经验系数，由查《规范》中的表E.0.1—3确定，其中，v为风速（m），g为重力加速度，d为堤前水深（m）；Kp为波浪爬

二、外坡加固设计方案

根据《海堤工程设计规范》（SL 435—2008）（以下简称《规范》）可知，斜坡加糙有利于波浪的破碎及减小波浪爬高。

图1　海堤外坡插砌条石加糙断面（单位：mm，其中高程、水位为m）

斜坡加糙有上凸式加糙和下凹高累积频率换算系数；为堤前波浪的平均波高，m；L为堤前波浪的波长，m；m为斜坡坡率。

斜坡堤采用栅栏板护面时，平面尺寸宜采用长方形，其长边与短边的比值可取1.25，具体按下式计算：

当斜坡堤的坡度系数m=1.5～2.5时，栅栏板厚度按规范式（J.0.5—8）计算：

图2海堤外坡栅栏板加糙断面（单位：mm，其中高程、水位为m）

图3　海堤外坡不加糙断面（单位：mm，其中高程、水位为m）

式中，t为护面层厚度，m；γb为栅栏板重度取24 KN/m3；γ为海水重度，取10 KN/m3；d为堤前水深，m；H取有效波高H13%。

经计算，栅栏板设计a0=2 m,b0=1.6 m，t=0.3 m。

3.不加糙护面

外坡平台以上坡面采用丁砌条石护砌，厚度50 cm，护坡下设碎石垫层，厚度20 cm，外坡坡比为1∶2。断面设计如图3。

4.方案比较及选择

3种设计方案相关计算成果及工程造价、征地情况见表1、表2。其中，海堤堤顶高程=设计高潮位+累积率（P=13%）波浪爬高+安全超高。波浪爬高R采用莆田试验站公式，可根据《规范》中E.0.1条确定（本文不具体列出）。

计算可知，插砌条石加糙护面的波浪爬高比不加糙平整护面减小了0.88 m，大大降低了设计堤顶高程，一方面减轻了结构本身的负担，对海堤堤身稳定更加有利；另一方面减少了约26%的工程投资及约44%的征地面积，达到了经济、安全的效果。而栅栏板加糙护面波浪爬高比插砌条石加糙减小了0.84 m，但栅栏板加糙单米造价比插砌条石加糙增加了约48%。

莆田地区具有丰富的石料资源，可就地取材，从经济、安全综合来看，采用插砌条石加糙是比较合理的。