上海海事大学 海岸工程学 第3.2章海堤2(海堤构造)

海岸工程学2012年2月李俊花四、海堤断面型式斜坡式陡墙式混合式海堤海堤断面型式按海堤临水面外形特点来区分,海堤可以分为砂土不透水粘土地下水位总应力有效应力中和应力低透水粘土砂土砂土（不饱和）砂土粘土（半透水）总应力有效应力中和应力总应力有效应力中和应力毛细张力力斜坡式海堤断面图这是最常用的断面型式，主要为梯形断面。护面（外坡）防浪墙堤身内坡海测1、斜坡式海堤1.斜坡式B.护坡种类-----干砌块石或条石、浆砌块石、抛石、混凝土预制板、现浇筑整体混凝土、沥青混凝土、人工块体、水泥土和草皮护坡。C.特点-----迎水面坡度缓慢、稳定性好、堤前反射小；堤身宽度大，地基应力引起的堤身变形适应性强，便于修复。D.缺点------波浪爬高大；在滩地高程比较低的情况下，由于施工时候往往要求先堆土方、后做护坡，容易导致土方流失。所以常应用在小潮高潮位以上的高滩围垦海堤工程A.形式-----坡度小于45度,堤身以土料填筑为主,迎水面设护坡.防浪墙：设置位置：设于堤顶外侧与边坡顶部相接砌筑结构：干砌石勾缝，浆砌石，混凝土防浪墙作用：节省工程量，减轻堤身对地基的荷载，防止或减小越浪斜坡式海堤分类：单坡指坡度自上而下只有一种；折坡指坡面有一折点，折点的上、下为两种不同的坡度；复坡是在坡面的某一高程上设置平台，构成复式斜坡。复坡的平台高程一般在高潮位附近。有利的方面包括：堤身稳定、对坡面上的波浪爬高有比较大的影响注意点：平台转弯角度出的波能集中处要加强防护措施。复坡式海堤断面图2、陡墙式海堤2.陡墙式B.优点-----断面小，土方量少；施工中以石方掩护土方，减少土方流失，适用于小潮低潮位附近、滩面高程比较低的围堤工程；爬高小。C.缺点-----地基应力集中，地基要求高。(一般在基床上）；波浪反射大，以立波为主，时常引起底流速增大易产生堤角冲刷；堤前有破波，波浪力作用强烈，对堤身破坏性大；破坏以后难修复。A.形式-----坡度大于45度,迎水面采用块石和条石.后方以土料填筑为主，分布于浙江舟山为主。3、混合式海堤混合式海堤的迎水面由陡墙及斜坡混合组成。混合式B.特点-----前两种海堤兼有。A.形式-----迎水面由陡墙和斜坡组成，2种主要形式（1）迎水面上部斜坡，下部陡墙，陡墙顶在平均高潮位附近。（2）迎水面下部斜坡式抛石棱体，上部陡墙，棱体顶在平均高潮位附近。砂土不透水粘土地下水位总应力有效应力中和应力低透水粘土砂土砂土（不饱和）砂土粘土（半透水）总应力有效应力中和应力总应力有效应力中和应力毛细张力力海堤断面型式确定应考虑的因素（1）海堤型式的确定应根据水文地质、材料来源、施工条件等具体情况综合考虑，进行方案比较，选定经济、合理的结构型式。（2）一般情况下地质条件较差、堤身相对较高的堤段，海堤断面宜选择斜坡式；地基条件较好、滩涂面较高的堤段，或者有软弱土层存在，但经地基加固处理后在经济上合理的堤段，海堤断面宜选择陡墙式；地质条件较差、水深大、受风浪影响较大的堤段，海堤断面宜选择混合式。五、海堤基本断面的确定1堤顶高程2堤顶宽度3堤身边坡1堤顶高程定义：堤顶高程是指海堤沉降稳定后的高程。对于设有防浪墙的海堤，堤顶高程则是防浪墙顶面的高程，但防浪墙必须稳定、坚固。方法：堤顶高程有潮位和波浪的重现期和波列累积频率确定，具体确定方法：堤顶高程具体确定方法PpFZhRApmpZ设计频率为的堤顶高程（）;pmph设计频率为的高潮位（）;2%13%FRF按设计波浪计算的累积频率为的波浪爬高值（m）；不允许越浪时取F=，允许部分越浪时F=；A安全加高值（m）注：堤顶高程需高出设计高潮位1.5~2m。堤顶安全加高值堤身顶面高程的确定堤身顶面高层有两层含义：一是指防浪墙顶面；二是指堤身断面顶面（不计防浪墙）。堤身断面顶面高程应高出设计高潮位0.5;且不得低于设计高潮位0.5m.1%H堤身预留沉降量海堤竣工后还会发生固结沉降，为保证设计高程，在设计时需预留沉降量。沉降量包括堤身沉降量和堤基沉降量，一般压实较好的海堤，根据经验沉降量可为堤高的3%～5%，一般在筑堤竣工验收后5～10年沉降基本完成。对于堤身较高、建筑在软基之上、无法压实或压实较差的土堤，沉降过程较长且沉降量较大，对这些条件下的海堤要计算沉降量。2、堤顶宽度定义：除去防浪墙后的净宽度。考虑因素：自身稳定、地基稳定、防浪防渗要求、施工和防汛抢险要求。堤顶宽度一般不小于3～4米，重要的围垦工程4～6米。一般双向交通堤顶公路的堤顶宽度可定为8米。杭州湾戚家墩至金山嘴一段海堤，因与沪杭公路结合，顶宽达20米以上。堤顶宽度的取值可参照下表:一般尺寸：淤泥质海岸也可取6～8米。重要海岸可以再增加。如上海石化总厂海堤，堤顶宽度达到10米左右。对于兼作公路的按公路标准设计。3堤身边坡考虑因素：断面型式、护坡类型及材料、堤身材料、波浪作用情况、地基条件及施工条件海堤内外边坡的初步确定海堤护坡类型外坡坡比内坡坡比斜坡式海堤干砌块石护坡1:2~1:3:水上（粘性土）:1.5~1:3.0（砂性土）1：3.0~1：5.0:水下海泥惨沙1：5~1：10山土/砂壤土1：5~1：7浆砌块石混凝土护坡1:2~1:2.5抛石护坡不小于1:1.5人工块石护坡1:1.25~1:2.0陡墙（防护墙）1:0.2~1:0.7混合式参照块石护坡和陡墙确定堤身边坡确定过程:首先根据海堤内外边坡的材料初步确定海堤的坡面,然后进行稳定和风浪爬高实验,以确定合理的海堤边坡.在进行内边坡坡度设计时候,对于干砌块石护坡、浆砌块石混凝土护坡等,其边坡可以参考外坡并适当加陡.无护面的土堤：粘土1：2~1：3砂质海堤1：5~1：15江苏如东地区为1~25：1~35一对矛盾：减小坡度（1：1.5~1：2.0），增加了波浪爬高；放缓坡度，增加工程量。六、海堤的构造1堤顶及防浪墙2护坡3护坡垫层4护坡基脚5防护墙1堤顶及防浪墙堤顶：要结合实际分成几种情况（1）有公路要求情况下，要结合公路设计要求（2）无公路要求，需要考虑雨水和浪花的冲刷，需要有防护措施。（包括三合土、碎石盖面保护、混凝土板）（3）堤顶护面向内坡侧倾斜，坡度为2%~4%，在内坡及内坡平台上设置排水系统。（1）位置：一般安置在堤顶外侧，特殊情况下在内侧。防浪墙：（2）构成：由块石、条石干砌或浆砌、预制混凝土块。（3）主要经验尺寸：高度0.8~1.2m,底宽是0.8~1.2m，顶宽是0.6~1.0，引水面为直立或弧形，背水面坡度：1：0.2~1：0.5入土深度不小于0.3m护坡的主要作用：保护堤身填土免受风浪、潮流的冲刷，同时防止雨水的侵蚀.2护坡护坡基本要求：A在波浪潮流作用下，护坡能够稳定安全，因此要有足够的重量和厚度B护坡下设置反滤层或者过度层防止因堤内渗流而流失堤土C要有足够的保护范围D因就地取材、施工简单、便于维修、造价经济护坡种类A块石（抛石，干砌和浆砌）B混凝土块体C沥青混凝土D人工块体E水泥土、草皮等常用护坡方法的设计：A干砌块石，浆砌块石干砌块石优点:柔性好,能适应堤身变形,对于堤身土流失形成局部掏空能即时发现。干砌块石缺点:整体稳定性差,抗御风浪和潮流能力差,渗流和波浪作用下堤身易流失堤土.浆砌块石优点:整体稳定性好,抗御风浪和潮流能力强浆砌块石缺点:柔性差,局部沉降回引起护面塌陷而破坏,同时护面空隙小,波浪爬高也相应增加.单个块石重量的初步确定，浆砌块石设计变形缝和排水孔的要求，混凝土标号要求。单个块石重量的初步确定:(1)单块体重量参考海堤设计部分(2)同时满足最小厚度不小于30~40cm浆砌块石设计变形缝和排水孔的要求:(1)变形缝间距10~15cm(2)排水孔终横间距2~3m混凝土标号要求:(1)一般用10号混凝土砂浆砌筑,15号水泥砂浆勾缝,块石间砌缝宽度2~3cm(2)混凝土灌砌石护面,在块石间缝灌100号小粒径混凝土,同时块石间砌缝宽度不小于混凝土骨料最大颗粒的2~3倍.注意:C10号混凝土含义是轴心抗压强度为5.0MpaC20号混凝土含义是轴心抗压强度为10.0MpaB.混凝土板类型:预制和现浇现浇＿＿＿＿需要考虑变形尺寸:5m*5m～20m*20m厚度：15~40cm块体连接：沥青混凝土预制平面形态:正方形和长方形尺寸:0.5m*0.5、1.0*1.0m厚度：15~20cm块体连接：搭接式、舌榫式，其中舌榫式要好于搭接式。D.水泥土护坡早期应用在公路，土石坝建设上，主要考虑到当地无石料．实例：秦淮新河的护坡主要技术考虑：水泥含量的控制７％～１５％．C.人工块体类型:四角空心方块、栅栏板上海周边的海堤、舟山北部岛屿栏栅板护面3护坡垫层A、反滤层作用:防止堤身土的在波浪渗流作用下流失，并且做护面基础。基本经验:粒径3~5cm的碎石作为粘土填筑的土堤层材料,厚度不小于20~30cm.自然级配的石渣作为过渡层,石渣片长度小于15cm,厚度不小于50cm;对于砂性土的堤身,过滤层厚度应当适当增加到60~80cm由2或3层无粘性材料组成,粒径从堤内向堤外逐渐增大.国内:表示反滤层不能太粗表示反滤层不能太细5~48515dD51515dDB非粘性土堤的反滤层设计美国:在抛石护坡与堤身之间设置反滤层在最大波高1.２m,D85反滤层材料=2.5~3.8cm,最大波高3.0m,且1.2m时候,D85反滤层材料=3.８~5.0cm,规律：波高大,反滤层粒径比较粗,厚度大.问题:D15的意义：颗粒分布曲线的百分数，是小于某粒径的重量百分比。D15反滤层材料粒径d85被保护层粒径单层设置(美国):在最大波高1.２m,最小厚度为15cm在最大波高＞1.２m,且＜２.4m最小厚度为23cm在最大波高＞2.4m,且＜3.7m最小厚度为30cm前苏联:不均匀系数层间系数12~51560DD105050dD俄罗斯:对于本层内的材料:不均匀系数当波高大于2m时候,层间系数要求反滤层不能太粗12~51560DD8~51560DD105050dD垫层材料要求:含粘土颗粒(0.005mm)30%以上,塑性指标=7,含水量大于塑限的粘性土壤,最底垫层的不均匀系数201060DDC粘性土堤的反滤层设计反滤层颗粒组成:总体而言粘性填料颗粒要求细,不均匀系数大.粘土与反滤层接触面允许剥蚀时,填料颗粒的粒径=6~8mm;粘土与反滤层接触面不能有剥蚀时,填料颗粒的粒径=2~3mm;D土工布材料的应用见土工材料规范p9/p45是很好的材料,目前很多工程采用,可以省20~30cm的砂砾过度层.要注意防止破坏.因此在护面与土工布直接用细砂覆盖，厚度15~20cm。和孔径选择不过要注意：计算稳定时候,除了沿圆弧滑动验证外，还需要沿土工布的抗滑稳定验算。4护坡基脚主要作用:支撑护坡体,防止其沿堤坡面发生滑坡,同时保护坡脚,免受波浪作用下可能出现的强烈冲刷.三种基本结构型式:A、埋入式;B、抛石棱体;C、桩石基脚对于滩面比较高,护脚可以采用”埋入式”,相反情况,可以采用抛石棱体\或者用柴排压石护滩,适当提高护坡高程。桩石基脚5防护墙（陡墙式海堤）防护墙体的设计:作用:主要承受波浪和水流的冲刷,保护墙后的堤身填土,起到海堤护面的作用,同时有时承受来自堤身的土压力，维持堤身土体的稳定.•防护墙底宽一般不小于1/2墙高，顶宽0.8~1.2cm;•坡度1:0.3~1:0.5,•内部用干砌块石,外部用干砌条石,面层的条石尺寸一般20*25*65~30*30*80cm;•防护墙的顶部同防浪墙连接成整体,墙底下应设砂垫层,墙后与填土间设置碎石或石渣过渡层,厚度为0.6~1.0m.七、海堤设计2护坡计算1波浪在堤坡上爬高计算3防护墙稳定计算4防浪胸墙稳定计算5海堤抗滑稳定计算6地基沉降计算7软土地基加固8海堤防渗和堵漏