1、海岸工程学配套精品完整课件海岸工程学配套精品完整课件 海岸工程学海岸工程学 一.教材及参考书 海岸工程， 河海大学，2003 教材： 严恺主编海岸工程，海洋出版社，2002。 参考书： 二、教学要求 了解并海岸工程的一些概念. 能够独立设计防波堤、海堤等工程. 了解海岸工程研究的热点和难点. 内 容 第一章 绪论 第二章 海岸动力因素 第三章 波浪对海工建筑物的作用 第四章 海岸防护工程 第五章 防波堤 第六章 海堤及防波堤设计 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 海岸带概况 1.2 海岸线冲淤变化的影响因素 1. 3 我国海岸防护和围海工程现状 本章需要掌握内容本章需要掌握内容: : 1. 1
2、.了解我国海岸带情况了解我国海岸带情况 2.2.掌握海岸带冲淤影响因素掌握海岸带冲淤影响因素 3.3.了解我国海岸防护及围海工程现状了解我国海岸防护及围海工程现状 1.1 海岸带概况 一、海岸线、海岸带 海洋与陆地的交界线称为海岸 线。 中国海岸的基本情况：中国海岸的基本情况： 从辽宁的鸭绿江口到广西北仑河口，大陆海岸线总从辽宁的鸭绿江口到广西北仑河口，大陆海岸线总 长长18000km，岛屿岸线长是，岛屿岸线长是14000km。 纵跨温带、亚热带和热带三个气候带。纵跨温带、亚热带和热带三个气候带。 2） 海岸线向陆地延伸10km左右；向海扩展到10-15m等深线。 潮上带：位于高潮位之上的区域
3、为潮上带（38%） 潮间带：位于高潮位和低潮位之间的区域称为潮间带（7%） 潮下带：位于低潮位以下的区域为潮下带（55%）。 2、海岸带（coastal zone） 1）海洋与陆地相接的地带,是自然界水圈、岩 石圈、大气圈和生物圈四个圈层相互作用最频繁、最活跃之处， 具有独特的兼有海、陆两种不同属性的环境特征。 3）潮上带潮上带、潮间带潮间带和潮下带潮下带 图1 海滩剖面图 二、海岸类型 根据海岸的形态、成因、物质组成和发展阶段等特征分： 1 、基岩海岸（rocky coast） 一般是陆地山脉或丘陵延伸与海面相交，经过波浪作 用形成的海岸。 1 、基岩海岸 我国有5000多km,占了总海岸线
4、的1/4,我国的山东 半岛、辽东半岛及杭州湾以南的浙、闽、台、粤、 桂、琼等省，基岩海岸广为分布。 1.岸线曲折,岬湾相间, 侵蚀和堆积交错变化 2.岸坡陡峭,岸滩甚窄,地形横向变化显著 3.海动力因素以波浪为主,在不同高度上海蚀形态发育. 基基 岩岩 海海 岸岸 2、砂砾质海岸（砂质海岸和砾质海岸）（sand coast） 2、砂砾质海岸 砾质海带，我国主要分布辽东半岛、山东半岛、台湾、 广东、广西及海南都有这种海岸分布。 砂质海带，我国主要分布青岛、海南、广东、台湾等地 区。 1、岸线平直，岸滩较基岩段宽，岸坡比较缓； 2、堆积地貌发育，常伴有岸坝和离岸坝构成的 沙坝构成泻湖形态； 这类海
5、岸是发展、的良好场所。 3、以波浪为主要动力因素，泥沙有沿岸运动和 横向运动。 砂砂 砾砾 质质 海海 岸岸 3 、淤泥质海岸（muddy coast） 主要由江河携带入海的大量细颗粒泥沙，在波浪和潮流的作用下输 运沉积形成。 河北与天津（渤海湾）、山东（黄河三角洲、莱州湾）、江 苏（废黄河三角洲、南黄海辐射沙洲）、上海（长江口、杭州湾）、浙江 （杭州湾、钱塘江口）、福建（闽江口以北）、广东（韩江三角洲、珠江 三角洲）。 岸坡坦缓；组成泥沙颗粒很细并常含有机质； 潮流、波浪作用显著，以潮流作用为主；潮滩冲淤变换频繁。 这类海岸的岸滩涂资源丰富，有利于发展、 用于开发农业或畜牧业等其他产业。 岸
6、线平直、一般位于大河河口两侧； 3 、淤泥质海岸（muddy coast） 4 、 主要分布在福建，台湾的基隆淡水和台北，主要分布在福建，台湾的基隆淡水和台北， 两广两广 红树科目的植物在淤泥质海岸很好繁殖； 红树林有利于防浪、消浪、保滩促淤。 4 、 海南诸岛、台湾、澎湖列岛和两广海南诸岛、台湾、澎湖列岛和两广 珊珊 瑚瑚 礁礁 海海 岸岸 三、我国海岸带环境特征 海岸线的形态变化以及海岸带地貌的演变是海陆海岸线的形态变化以及海岸带地貌的演变是海陆 二者动力作用的结果，所以强烈的太平洋风浪和潮汐二者动力作用的结果，所以强烈的太平洋风浪和潮汐 多边的大陆海岸物质组成和构造陆地的地理纬度多边的大
7、陆海岸物质组成和构造陆地的地理纬度 差异以及长期频繁的人类活动是影响海岸带自然环境差异以及长期频繁的人类活动是影响海岸带自然环境 的重要因素的重要因素. . 我国海岸带的环境特征我国海岸带的环境特征: : 1 1、灾害性天气频繁、灾害性天气频繁 2 2、大陆与海洋作用强烈、大陆与海洋作用强烈 3 3、人类活动影响显著、人类活动影响显著 灾害性天气 灾害性天气包括,等.主要是前两者. :是冷空气过境,其温度降低10度以上. :在热带海洋上的一种强烈的气旋性风暴. :日降雨大雨50mm.(我国分布不均匀) 和种类(最大风速大雨8m/s) 设计海岸工程时特别关注的因素: 1.寒潮的破坏性 北方海岸工
8、程所特别关注的 2.台风的破坏性-风暴潮 台台 风风 的的 破破 坏坏 性性 台风的破坏性台风的破坏性 2 2、大陆与海洋作用强烈、大陆与海洋作用强烈 海岸建筑物许重点考虑的因素海岸建筑物许重点考虑的因素: : 1 1）陆相作用因素）陆相作用因素: :泥沙泥沙 我国主要河系年平均径流量为我国主要河系年平均径流量为1.61.6亿方亿方, ,泥沙泥沙17.517.5亿方亿方,6,6亿溶亿溶 解物解物. . 2 2）海相作用因素）海相作用因素: :潮汐、风浪和涌浪、海啸潮汐、风浪和涌浪、海啸 3 3）其他因素：气候、海域地形、入海河流等）其他因素：气候、海域地形、入海河流等 黄河口 3、人类活动影响
9、显著 人类活动对上游流域的影响：径流和入人类活动对上游流域的影响：径流和入 海泥沙海泥沙 实例：实例： 黄河黄河 长江长江 海岸工程对海岸带的影响海岸工程对海岸带的影响 建港、丁坝、挡潮闸、围垦建港、丁坝、挡潮闸、围垦 实例：钱塘江、长江口深水航道整治、实例：钱塘江、长江口深水航道整治、 大小洋山等等大小洋山等等 上海国际航运中心 上海国际航运中心 四、海岸带资源 B B、物质资源、物质资源 淡水资源、海水资源、海洋生物资源、植物淡水资源、海水资源、海洋生物资源、植物 资源、矿石资源、海洋能资源资源、矿石资源、海洋能资源 A A、空间资源、空间资源 海域海域用于建设港口：深水深用，浅水用于建设
10、港口：深水深用，浅水 浅用浅用 土地土地 C C、环境资源、环境资源 旅游资源、自然保护区旅游资源、自然保护区 青岛第一海青岛第一海 水浴场水浴场 第二节 海岸线冲淤变化的影响因素 海岸工程建筑物设计必须特别关注的几个因素海岸工程建筑物设计必须特别关注的几个因素 海平面上升影响或地面沉降引起 岸线蚀退。 波浪、沿岸流、潮流、人类活动 等 起因：温室气体过度排放 现状：mm/y， 未来危害：年升cm以上，预测今后 年海平面上升至cm. 危害：原来海平面以上的陆地受冲刷而消失有 些地方海平面上升引起的冲刷要比直接淹没的陆地数 量大的多将引起低地排水困难，陆地容易形成 内涝，咸水沿江河上溯能力增强，
11、土地盐碱化，河床 抬高，影响航运 危害实例：荷兰、上海等将受淹没 海平面上升将成为我们海岸水利工程技术人员和其他 相关研究人员重要研究内容 二、波浪作用以及沿岸流 泥沙运动方式：横向和沿岸 导致海岸变化形式： 横向运动引起的岸滩剖面变化一般表现为泥沙在离 岸区和岸边之间来回往复搬运，岸线也是在平均岸 线之间周期性摆动 研究的难点：波、流相互作用下的泥沙运动 机理 一般需要通过物理模型一般需要通过物理模型 目前数学模型有困难目前数学模型有困难 三、潮流作用 潮流动力对于淤泥质平缓海岸起了重要的 作用，其可以引起大规模的泥沙水平搬运， 特别是在波浪掀沙情况下所谓波浪淘沙， 潮流输沙 实例：江苏苏北
12、海岸的动力环境就是这 中其潮差打米，流速达米s 四、人类活动影响海岸侵蚀 人类工程活动对沿岸的波浪水流和泥沙运移将产生不 同程度的影响，导致岸滩剖面改变岸线调整或者岸滩 冲淤平衡 在有沿岸泥沙运动的海岸修建丁坝或干扰海岸的冲淤积 黄骅港 围海会显著改变当地的海域流场，若规划不当，很容易破 坏当地附近的岸滩平衡，原来的地貌形态和底质分布发生 改变，还可能使局部生态环境恶化导致某些水产资源的 衰退甚至灭绝 实例：胶洲湾年内围垦多平方公里，是湾内实例：胶洲湾年内围垦多平方公里，是湾内 纳潮量减少导致青岛港口淤积，航道发生萎缩和西移纳潮量减少导致青岛港口淤积，航道发生萎缩和西移 无序开采海岸带资源将导
13、致海岸动力的改 变，影响整体海岸的演变。 案例：采沙、采珊瑚礁 1. 3 我国海岸防护和围海工程现状 保护海岸线免遭波浪，水流的侵蚀和防止 风暴潮对滨海地区的袭击。 具体工程包括：海堤、护岸和保滩促淤等工程。具体工程包括：海堤、护岸和保滩促淤等工程。 、海堤、海堤 在浙江也叫海塘，比较著名的钱塘江海塘。在浙江也叫海塘，比较著名的钱塘江海塘。 工程实例：一期北导堤工程设计 在北导堤堤身设计中，采用了大型土工布充砂袋堤 心、模袋砼压顶等创新结构。这种结构运用在长江口 地区尚属首创。 护底软体排成套施工工艺护底软体排成套施工工艺 、保滩促淤工程、保滩促淤工程 防止岸滩被波浪、水流淘刷、促使泥沙在防止
14、岸滩被波浪、水流淘刷、促使泥沙在 海堤前滩面上落淤、达到保滩有保堤的目的。（保堤海堤前滩面上落淤、达到保滩有保堤的目的。（保堤 必先保滩）必先保滩） 具体工程措施：丁坝、顺坝以及植物保滩等具体工程措施：丁坝、顺坝以及植物保滩等 保滩护岸促淤工程实例子：保滩护岸促淤工程实例子： 6 19921992年，位于外高桥长江口南岸边滩的上海船舶油污水处理厂吹填造地工年，位于外高桥长江口南岸边滩的上海船舶油污水处理厂吹填造地工 程，首次采用了大型编织袋充填砂筑堤的技术，经实践表明，相比于抛石堤它在程，首次采用了大型编织袋充填砂筑堤的技术，经实践表明，相比于抛石堤它在 造价、进度上均有较大优势。由此，土工织
15、物开始被大量用于长江口堤坝工程中，造价、进度上均有较大优势。由此，土工织物开始被大量用于长江口堤坝工程中， 抛石软体排护底取代了传统的抛石柴排护底，大型充填袋装砂筑堤取代了抛石堤，抛石软体排护底取代了传统的抛石柴排护底，大型充填袋装砂筑堤取代了抛石堤， 堤身结构的反滤及防渗材料也逐渐由土工织物所取代，土工织物得到了大量应用，堤身结构的反滤及防渗材料也逐渐由土工织物所取代，土工织物得到了大量应用， 积累了宝贵的设计经验。积累了宝贵的设计经验。 丁坝护滩丁坝护滩 大米草促淤护滩大米草促淤护滩 海岸工程学海岸工程学 2012年年2月月 李俊花李俊花 第二章第二章 海岸动力因素海岸动力因素 波浪(wa
16、ve) 潮汐(tide) 2.1 波浪 2-1 波浪要素 2-1 Basic Parts of a Wave wave base = 1/2 wavelength 波基面 wavelength crest trough 不同水深的波浪不同水深的波浪 运动运动 波长的意义波长的意义 波浪破碎波浪破碎 碎碎/激浪带激浪带 破浪带破浪带 冲浪带冲浪带 波浪侵蚀波浪侵蚀 海蚀洞 海蚀穹/拱 海蚀柱 工程上常用的波高包括： H %F H 10 1 H 3 1 H 在确定波浪对各种不同类型海岸工程建筑 物的作用力时，定义的一个合理的代表意义的波浪要素。 设计波浪的波浪要素中最重要的是波高。 实际海面上不规
17、则 波列所出现的概率F对应的波高。例如1000个波浪，按 波高依次排列，其中第10个（累积概率为1%）波高，则 称为累积概率1%波高，并记为H1%, 余类推。 波群或观测的全部波浪中，按波高大小 的顺序，就相当于总数的1/10的大波及对应其波高的周 期，进行平均得到的波浪，并以H1/10和T1/10表示。(所有 的波高由大到小排列，取前面的十分之一来做平均的波 高) 波群或全部观测记录中，按波 高大小顺序，就相当于总数的1/10的大波及对应其波高 的周期，进行平均得到的波浪，称为有效波，并以H1/3 或Hs和T1/3或Ts表示。 1/104% HH 1/313% HH 2.2 潮汐 海水在天体
18、引潮力的作用下所产生的周期性运 动。习惯上将海水铅直向涨落称潮汐，而海水在平方向的流 动称潮流。 潮汐要素示意图 ：潮汐升降的一个周期中，海面升至最高时称为高潮； ：海面降至最低时称为低潮。 相邻高潮与低潮的水位高度差称为潮差。 不同的潮汐类型不同的潮汐类型 半日潮半日潮 日潮日潮混合潮混合潮 设计潮位是指港口水工建筑物在正常使用条 件下的潮位（水位）。 海岸工程中的设计潮位包括： 、；和。 1）设计潮位的标准 设计高水位应采用高潮累积频率10的潮位，简称高潮 10%；设计低水位应采用低潮累积率90的潮位，简称低 潮90%。 2）资料年限 应有多年或至少完整一年逐日每小时的实测潮位资料。 3）
19、设计潮位的推算方法 设计潮位的推算采用绘制高潮或低潮累积频率曲线。 高潮或低潮累积频率统计步骤： 1、从潮位资料中摘取各次的高潮或低潮位值，统 计其在不同潮位极内的出现次数，潮位级的划分采 用10cm为一级； 2、由高至低逐级进行累积出现次数的统计； 3、各潮位级的累积频率为年或多年的高潮或低潮 总潮次除各潮位级相应的累积出现次数。 4、在方格纸上以纵坐标表示潮位，以横坐标表示 累积频率，将各累积频率值点于相应潮位级下限处， 连绘成高潮或低潮累积频率曲线，然后在曲线上摘 取高潮10%或低潮90%的潮位值。 高潮和低潮累积频率曲线 高潮或低潮的累积频率曲线高潮或低潮的累积频率曲线： 根据规范规定
20、，当设计上采用这类曲线时，常取根据规范规定，当设计上采用这类曲线时，常取 用高潮累积频率为用高潮累积频率为1010所对应的潮位作为设计高所对应的潮位作为设计高 水位，低潮累积频率为水位，低潮累积频率为9090所对应的所对应的潮位作为设潮位作为设 计低水位。计低水位。 l）极端潮位的标准 我国海港水文规范中规定，采用年频率统计的方法 推求50年一遇的高、低潮位作为极端水位。 2）资料年限 为了确定极端高、低水位，在应用频率分析方法进行 统计分析时，要求应具有不少于20年的年最高、最低潮位 实测资料，并须调查历史上出现的特殊水位。 3）极端水位的推算方法 海岸工程学海岸工程学 2012年年2月月
21、李俊花李俊花 海 堤（ Sea dyke） 第三章 海岸防护工程 3.1 海 堤（ Sea dyke） ：在河口、海岸地区，为了防止大潮的高潮和 风暴潮的泛滥及其伴随风浪的侵袭造成土地淹没， 在沿岸原有地面上修筑的一种专门用来挡水的建筑 物。 斜坡式海堤 直立式海堤 表4.2.3.1.1防护对象与海堤工程防潮（洪）标准 p 13级海堤工程的设计潮位，按的方法统 计计算； p 4级和5级海堤工程的设计潮位，可根据海堤所在 位置，由临近潮位测站设计潮位结果内插确定； p 位于河口区的海堤工程，应将潮位频率分析计算 结果与设计潮位水面线分析计算结果进行比较，选 取较高值作为设计潮位值； 我国规范规定
22、设计重现期的高潮位值采用 的方法确定。应具有不少于连续 20年的年最高潮位资料，并应调查历史上 出现的特高潮位值。 波浪的设计标准包括： 1）设计波浪的重现期：指的是某一特定波列的波浪平均 多少年出现一次，代表波浪要素的长期（几十年或上百 年）统计分布规律。 2）设计波高的波列累积率：指的是某一波要素在实际海 面上不规则波列中的出现概率，它代表波要素短期（几 十分钟）的统计分布规律。 1）设计波浪的重现期； 2）设计波列的累积频率。 设计波浪的重现期宜采用与设计高潮位相同的重现期。 对于直立式、斜坡式海堤护面的强度和稳定性计算，设计 波高（ ）的波列累积率按下表采用： %F H 海港水文规范海
23、港水文规范的规定的规定 根据海港水文规范中规定： 在进行、和 建筑物的和计算时，设计波浪的重现 期应采用年。 等非重要建筑物，破坏后不致造成重 大损失者，其设计波浪的重现期可采用年。 对于的建筑物，如海上灯塔等，当实测 波高大于重现期为50年的同一波列累积频率的波 高时，可适当提高标准，必要时可按实测波高计 算。 ：大于或等于某一潮位的潮水在较长 时期内重复出现的平均时间间隔，常以多少年一遇表 达。 如：潮位h50的重现期为50年。 含义是指：在很长一段时间内出现大于或等于潮 位h50潮水的平均时间间隔为50年。 大于或等于某一潮位出现的频率。 而在海堤使用年限内可能遭遇而在海堤使用年限内可能
24、遭遇 解： P=1/T=1/50=0.02 n i i h n h 1 1 2 1 2 )( 1 hh n S n i i Shh p %100 1 n m P 1 11 () n Ni i N hhh Nn 222 1 11 ()( ) n Ni i N Shhh Nn Shh p 1 100% 1 P N %100 1 n m P yyy xxx hAR hAR yyy xxx hAR hAR y yyxx x R hAhA R H m i iiH n N H 1 1 H Hi H H i n f N i H H *100% i i n F N H H / i H f H 2 exp 4
25、i H F H 1/2 1 ln 4 F H FH 即 2 1 exp 4(1 2 H d i H F HH d 1 2 4(1) 1 2 ln H d F H H d FH 即 1 10 H %100 1 n m P 1 1 n i i HH n 2 1 1 () 1 n i i HH n 2 1 (1) 1 n i i V k C nH 3 1 3 (1) (3) n i i s v k C nC D D、PIIIPIII曲线的累积频率函数和分布函数：曲线的累积频率函数和分布函数： 其中其中 计算累积频率计算累积频率 0 ()1 0 ()() ( ) i x a i x P xxxaedx
26、 1 0 2 0 24 ( ),(1) x V ss C xe dxX CC pp Hk H E E、绘制波高累积频率图、绘制波高累积频率图 海岸工程学海岸工程学 2012年年2月月 李俊花李俊花 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按海堤临水面外形特点来区分, ,海堤可以分为海堤可以分为 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。 ） 海测 1、斜坡式海堤 干砌块石或条石、浆砌块石、抛石、混干砌块石或条石、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
27、坡。泥土和草皮护坡。 迎水面坡度缓慢、稳定性好、堤前反射小；堤迎水面坡度缓慢、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。身宽度大，地基应力引起的堤身变形适应性强，便于修复。 波浪爬高大；在滩地高程比较低的情况下，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失。所以常应用在小潮高潮位以上的高滩围垦海堤工程 坡度小于坡度小于4545度度, ,堤身以土料填筑为主堤身以土料填筑为主, ,迎水面设护坡迎水面设护坡.
28、. 设于堤顶外侧与边坡顶部相接 干砌石勾缝，浆砌石，混凝土 节省工程量，减轻堤身对地基的荷载， 防止或减小越浪 指坡度自上而下只有一种； 指坡面有一折点，折点的上、下为两种不同的坡度； 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。 注意点：注意点： 复坡式海堤断面图 2 2、陡墙式海堤、陡墙式海堤 2.2.陡墙式陡墙式 断面小，土方量少；施工中以石方掩护断面小，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。面高程比较低的围堤工程；爬高小。 地基应力集中，地基
29、要求高。地基应力集中，地基要求高。( (一般在基一般在基 床上）；波浪反射大，以立波为主，时常引起底流速床上）；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。，对堤身破坏性大；破坏以后难修复。 坡度大于坡度大于4545度度, , 迎水面采用块石和条石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。后方以土料填筑为主，分布于浙江舟山为主。 混合式海堤的迎水面由及混合组成。 前两种海堤兼有。前两种海堤兼有。 迎水面由陡墙和斜坡组成，迎水面由陡墙和斜坡组成，2
30、 2种主要形式种主要形式 （1 1）迎水面上部斜坡，下部陡墙，陡墙）迎水面上部斜坡，下部陡墙，陡墙 顶在平均高潮位附近。顶在平均高潮位附近。 （2 2）迎水面下部斜坡式抛石棱体，上部陡墙）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。，棱体顶在平均高潮位附近。 （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；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；
31、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混合式。 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。 PpF ZhRA pm p Z 设计频率为 的堤顶高程（ ）; pm p h 设计频率为 的高潮位（ ）; 2%13% F RF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） 堤顶高程需高出设计高潮位1.52m。 堤顶安全加高值 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
32、高出设计高潮位0.5 ;且不得低 于设计高潮位0.5m. 1% H 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510 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。 除去防浪墙后的净宽度。除去防浪墙后的净宽度。 堤顶宽度一般不小于34米，重要的围垦工程46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
33、。 堤顶宽度的取值可参照下表: 淤泥质海岸也可取68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。 海堤护坡类型海堤护坡类型外坡坡比外坡坡比内坡坡比内坡坡比 斜斜 坡坡 式式 海海 堤堤 干砌块石护坡干砌块石护坡1:21:31:21:3: :水上水上 （粘性土）（粘性土）:1.51:3.0:1.51:3.0 （砂性土）（砂性土）1 1：3.013.01：5.05.0 : :水下海泥惨沙水下海泥惨沙1 1：5151：1010 山土山土/ /砂壤土砂壤土 1 1：5151：7 7 浆砌块石混凝浆砌块石混凝 土护坡土护坡 1:21:2.51:
34、21:2.5 抛石护坡抛石护坡不小于不小于1:1.51:1.5 人工块石护坡人工块石护坡1:1.251:2.1:1.251:2. 0 0 陡墙（防护墙）陡墙（防护墙）1:0.21:0.71:0.21:0.7 混合式混合式参照块石护参照块石护 坡和陡墙确坡和陡墙确 定定 堤顶：堤顶： 要结合实际分成几种情况要结合实际分成几种情况 （1 1）有公路要求情况下，要结合公路设计要求）有公路要求情况下，要结合公路设计要求 （2 2）无公路要求，需要考虑雨水和浪花的冲刷，）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、需要有防护措施。（包括三合土、碎石盖面保护、 混凝
35、土板）混凝土板） （3 3）堤顶护面向内坡侧倾斜，坡度为）堤顶护面向内坡侧倾斜，坡度为2%4%2%4%，在，在 内坡及内坡平台上设置排水系统。内坡及内坡平台上设置排水系统。 （1 1）：一般安置在堤顶外侧，特殊情：一般安置在堤顶外侧，特殊情 况下在内侧。况下在内侧。 （2 2）：由块石、条石干砌或浆砌、预：由块石、条石干砌或浆砌、预 制混凝土块。制混凝土块。 （3 3）： 高度高度0.81.2m,0.81.2m,底宽底宽是是0.81.2m0.81.2m，顶宽顶宽是是 0.61.00.61.0，引水面为直立或弧形，引水面为直立或弧形，背水面坡背水面坡 度度：1 1：0.210.21：0.50.5
36、 入土深度入土深度不小于不小于0.3m0.3m 栏栅板护面 A A、反滤层作用、反滤层作用: :防止堤身土的在波浪渗流作用下流失，并且做护防止堤身土的在波浪渗流作用下流失，并且做护 面基础。面基础。 54 85 15 d D 5 15 15 d D 125 15 60 D D 10 50 50 d D 125 15 60 D D 85 15 60 D D 10 50 50 d D 20 10 60 D D 海岸工程学海岸工程学 2012年年2月月 李俊花李俊花 波浪爬高示意图 是指波浪沿建筑物上爬的高度，自静水位起算， 向上为正。 )25. 1exp(09. 1)( ) d/L4sh d/L4
37、 1 ( 2 th 2 )( ) 2 (th)( 1 )()()432. 0th( 32. 3 3 1 2/12/1 2111 1 MMMR L dK R L d M L m M MRKRMKR HRKR m m R波浪爬高，从静水位算起，向上为正； H波高； K糙渗系数； R1K=1、H=1m时波浪爬高； 式中： 式中： 在风直接作用下，单一坡度的斜坡式 海堤正向不规则波的爬高 K K 是糙率系数是糙率系数 1 R )25. 1exp(09. 1)( ) d/L4sh d/L4 1 ( 2 th 2 )( ) 2 (th)( 1 )()()432. 0th( 32. 3 3 1 2/12/1
38、 2111 1 MMMR L dK R L d M L m M MRKRMKR HRKR m m 是是 =1,H=1m=1,H=1m时候波浪爬高或降深时候波浪爬高或降深, ,与斜与斜 坡数坡数m m有关有关 )()()432. 0tanh( 2111 MRKRMKR m 2 1 2 1 ) 2 (tanh)( 1 L d H L m M ) ) 4 sinh( 4 1 ( 2 tanh( 2 )( 3 1 L d L d L dK R m m R )( 1 M )(MR )25. 1exp(09. 1)( 32. 3 MMMRu )69. 2exp(8 . 7)42. 0exp(350. 0)
39、( 02. 2954. 1 MMMMMRd C C 复式断面爬高计算（堤防规范）复式断面爬高计算（堤防规范） 对于带有平台的复坡，可以先确定断面的对于带有平台的复坡，可以先确定断面的 折算坡度，然后按照折算坡度的单坡近视折算坡度，然后按照折算坡度的单坡近视 计算其爬坡。计算其爬坡。 应用在平台在静水位附近。堤坡断面均为斜应用在平台在静水位附近。堤坡断面均为斜 坡，对于上下断面中含陡墙的不适用。坡，对于上下断面中含陡墙的不适用。 上述计算公式的使用范围是上述计算公式的使用范围是: : m(m(上上)=14)=14 m(m(下下)=1.53)=1.53 D Dw w/L=-0.0670.67/L=
40、-0.0670.67 B/L=0.25B/L=0.25 D D 堤前有压载时的爬高计算堤前有压载时的爬高计算 计算步骤计算步骤: : 先计算无压载条件下的爬高先计算无压载条件下的爬高; ; 将所得爬高值乘以压载修正系数将所得爬高值乘以压载修正系数; ; 当当d dw w/H=1.5,M=1.5/H=1.5,M=1.5时候时候, ,还要考虑还要考虑dwdw的影响的影响. . 计算公式多，但是不系统，不完善，有 一定的适用范围，对带平台的斜坡，平 台下为陡墙的研究比较少，不能满足实 际工程需要。常常需要通过物理模型试 验确定爬高。 问问 题：题： 指海堤受到大的风浪袭击时，因浪高超过 堤顶高程导致
41、部分水体越过堤顶进入内坡的现象。通常用 越浪量作为计量、评价和控制参数。 p 指1m单位宽度海堤上每秒钟波浪翻越海堤的 水量。其单位为 3 /ms m p （ 1、斜坡顶无胸墙时，越浪量的计算 1.72 2 2 1 31 31 3 1.5 2.8ln 2 p c A p gT m HHd qAKth THHHm : ; c pp A q HH H TTT A K 3 13% 式中单宽平均越浪量（m / m s ）; 波高，采用 波顶在静水面以上的高度（）； 谱峰周期（），可取1.2 经验系数； 护面结构影响系数 c H 1:m d 顶部无胸墙的斜坡式建筑物 经验系数A、B 护面结构影响系数 2
42、、斜坡顶有胸墙时，越浪量的计算 13 2 2 2 1 131313 0.3 0.07exp 0.52.8ln 22 c H H p A p gT m bHd qBKth HTHHm B经验系数，查表确定 顶部有胸墙的斜坡式建筑物 p 允许越浪量根据海堤表面防护情况按规范中表6.6.2取 （一）防潮标准：（一）防潮标准：采用百年一遇作为计算防潮标准 （二）海堤型式：海堤型式：斜坡式，岸顶高程4.5m，陡墙式混凝土防 浪墙。迎海侧护面为栅栏板护面，坡度比1：2，底部干砌 石，碎石垫层，抛石基层，堤顶钢筋混凝土护面，宽9m。 （三）堤顶高程复核和越浪量（三）堤顶高程复核和越浪量复核复核 百年一遇高潮
43、位hP=3.10m 风速VZ=34.5m/s 风区长度D=1333m 安全超高A=0.5m，允许越浪 堤前水深d=hP-h滩=3.1-（-0.2）=3.3m 波高累积频率F%=1% 现状堤顶高程Ha=4.5m 现状防浪墙高程H=5.4m ：ZP=hP+RF+A 由当地风场要素推算波浪要素 波浪要素计算波浪要素计算( (由已知的风速V 、风区长度F 和水深d , 确定稳定状态的风浪要素平均波高H 和平均波周期T) mLsTmH V Hg V Tg Vgdth Vgd th V gd th V Hg 2 . 17,4 . 3,587 . 0 9 .13 )/(7 . 013 . 0 )/(0018
44、. 0 )(7 . 013. 0 5 . 0 2 7 . 02 45 . 0 2 7 . 0 22 特征波： sTTmHHmHH P 522. 433. 1,939. 06 . 1,309. 123. 2 3/1%1 1%11% RK K R H 栅栏板护坡糙渗系数K取0.49 风速系数KV根据V/C查表取1.28 计算出栅栏板护坡的波浪爬高： 采用正向不规则波的爬高计算公式 允许越浪时，允许越浪时，堤顶高程：ZP=hP+RF+A=3.1+1.8+0.5=5.4 m 根据护面情况，允许越浪量为根据护面情况，允许越浪量为0.050.05 3 /ms m 22 2 1 0.3 0.07exp 0.
45、52.8ln 22 c H H p A p gT m bHd qBKth HTHHm B为经验系数=0.45，KA为护面结构影响系数=0.5 计算越浪量为： 53 1.6037 10/qms m 防浪墙顶高程勉强满足要求。 计算越浪量允许越浪量，满足允许越浪量要求。 2 1 1.3() md m hK H KK m (1)(1)港口工程技术规范港口工程技术规范法法（海港水文规范（海港水文规范P73 P73 8.2.98.2.9） 坡度坡度m: 1.53m: 1.53 堤前相对水深堤前相对水深d/H: 1.54d/H: 1.54 波坦波坦L/H: 1025L/H: 1025 海港水文规范还提供了
46、斜坡式建筑物的干海港水文规范还提供了斜坡式建筑物的干 砌条石护面的厚度公式。砌条石护面的厚度公式。 计算波高取值：计算波高取值： 当当 ，H H取取H H4%,4%, 当当 H H取取H H13%13%. . 125. 0/Ld 125. 0/Ld 使用范围使用范围: :1.5=m=0.125, H4%, 0.125 H13% 裴什金法也可以用在浆砌块石厚度，不过裴什金法也可以用在浆砌块石厚度，不过 浆砌块石厚度计算时浆砌块石厚度计算时,H,H均取均取H H13%. 13%. 3 1 b HL tK Hm cotm (3)(3)海堤工程设计规范海堤工程设计规范法（法（P113P113） 2 1
47、 0.7440.4760.157 b md tH mAH (3)(3)海堤工程设计规范海堤工程设计规范法（法（P113P113） 1 3 0.1 b Q tnC 层数：层数：2323层层 先计算稳定块体重量，再计算厚度，便于图先计算稳定块体重量，再计算厚度，便于图 纸上标明厚度纸上标明厚度 2 3 0.1 1 b NAnCP Q 颗粒物料中，颗粒与颗粒间的空隙体积与 整个颗粒物料层体积之比。 （1 1）单个块石或人工块体稳定重量计算）单个块石或人工块体稳定重量计算 B B 稳定重量计算稳定重量计算 表示静水面上下一个波高范围内，容许被表示静水面上下一个波高范围内，容许被 波浪打击移动和滚落的块
48、体个数所占的百分比波浪打击移动和滚落的块体个数所占的百分比 公式适合应用于不越浪的情况公式适合应用于不越浪的情况. . 经过分选的块石、异形块体经过分选的块石、异形块体 在破波区域的块石重量应当适量加重在破波区域的块石重量应当适量加重, ,可以可以 比计算的重量增加比计算的重量增加10%25%,10%25%,另外在堤头的另外在堤头的 块体重量也要增加块体重量也要增加. . 护面垫层块石的重量可取护面块石稳定重护面垫层块石的重量可取护面块石稳定重 量的量的1/201/201/10 1/10 B B 稳定重量计算稳定重量计算 max 4 H u Ld sh gL 护底块石的稳定重量，可根据堤前最大
49、波浪底流速确定护底块石的稳定重量，可根据堤前最大波浪底流速确定 与最大波浪底流速为与最大波浪底流速为2m/s、3m/s、4m/s和和5m/s相应的相应的 护底块石重量为护底块石重量为60kg、150kg、400kg和和800kg。 B B 稳定重量计算稳定重量计算 1、斜坡堤前最大波浪底流速（、斜坡堤前最大波浪底流速（近破波） max 4 H u Ld sh gL 使用范围：使用范围：斜坡坡度斜坡坡度m=25m=25 斜坡坡度系数斜坡坡度系数m=1.5m=1.52.52.5时时 , ,栅栏板的厚栅栏板的厚 度按下式计算：度按下式计算： d_d_堤前水深堤前水深 H m Hd h b 27. 0
50、 /13. 061. 0 235. 0 稳定计算内容：稳定计算内容： A A 墙身抗倾复稳定性计算墙身抗倾复稳定性计算 B B 墙身整体沿墙底面或墙身沿各水平缝的抗滑墙身整体沿墙底面或墙身沿各水平缝的抗滑 稳定性计算稳定性计算 C C 施工期间，防护墙稳定性施工期间，防护墙稳定性 D D 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定 E E 地基稳定计算地基稳定计算 计算工况 抗倾稳定安全系数 抗滑稳定安全系数 稳定计算内容：胸墙的抗滑、抗倾稳定计算 防浪墙稳定计算工况及临海侧水位 计算各种工况下的荷载 自重、设计潮位时的波浪压力、土压力 地震荷载以及其它出现机会较少的
