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海岸 防护 工程
海岸防护海岸防护 Shore Protection 第5章 海岸防护工程 Chapter 5 Shore Protection Engineering 5 海岸防护工程 5.1 概述 5.2 海堤和护岸 5.3 防波堤 5.4 丁坝 5.5 海滩养护 5.6 植物防护 5.7 砂质海岸防护方法的选择 5.1 概述 5.1.1 海岸防护工程的功能和基本设施 5.1.2 海岸侵蚀的原因 5.1.1 海岸防护工程的功能和基本设施 功能 保护沿海城镇、工业、农田、盐场和岸滩,防止风暴潮的泛滥淹没,抵御波浪与水流的侵蚀与淘刷。用于保护与划定沿海局部岸段的岸滩,形成土地资源的综合开发区,用于水产养殖、草滩牧放、种植经济作物、旅游疗养、自然保护区等。基本设施 海堤、护岸 防波堤 丁坝 海滩养护 植物防护 5.1.2 海岸侵蚀的原因 海平面上升 造成岸线长期的缓慢退蚀 近岸区内泥沙供量的变化 河流径流量的减少将造成泥沙供量的变小 风暴波浪 泥沙朝离岸方向搬运形成沙坝或浅滩,部分永远留在原地 大浪对岸滩上部的冲刷 大浪冲刷上部岸滩,泥沙向后滨方向运移和沉积 风力输沙 大风吹动松散细沙,造成岸滩侵蚀,海滩后侧形成风成沙丘 5.1.2 海岸侵蚀的原因 沿岸输沙 沿岸流的挟沙能力超过超过上游岸段的供沙量,岸滩将发生侵蚀-开采地下资源造成陆地下沉 油、气、水或煤等地下资源的开采造成陆地和岸滩的下沉,使岸线缓慢的长期蚀退 沿岸输沙被拦截 导堤修建和航道开挖等人类生产活动所引起 近岸区内供沙的减少 河流上修建闸坝可减少近岸区的供沙,造成海岸侵蚀 5.1.2 海岸侵蚀的原因 局部波能的增加 波浪经直立式建筑物反射后可对其前方海滩造成冲蚀 天然海岸防护的变动 沙坝和浅滩的挖除将增加波能侵蚀岸滩 海滩采砂 破坏泥沙供需平衡,造成进一步的侵蚀 5.2 海堤和护岸 5.2.1 海堤 5.2.2 护岸 5.2.1 海堤 定义 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。江苏长江以南和浙江一带也称为海塘 是围海工程的重要工程设施 防护标准 根据具体保护岸段的需求,综合地考虑工程规模与投资,保护岸段的重要性与实际经济效益来确定 浙江省海塘工程技术规定(浙江省水利厅,1999)海岸防护手册(美国)5.2.1 海堤 海塘工程等级 设计重现期(年)200以上 100 50 20 10 防护对象 城市 人口150万以上特别重要城市 人口50100万重要城市 人口1050万重要城市 人口1050万城镇 人口0.11万乡镇 农村 100万亩以上大片平原 5100万亩平原 15万亩 1万亩以下 工矿企业、基础设施 特大型 大型 中型 中型 小型 浙江海塘防护标准浙江海塘防护标准 5.2.1 海堤 工程的分级标准主要通过设计重现期来体现,主要是工程建筑物设计潮位、设计波高的重现期问题。现场长期实测潮位或波高资料每年的极值x 进行频率分析长期统计分布函数F(x)定义大于或等于极值x的重现期:T(x)=1/1-F(x)但是,但是,F(x)F(x)难以准确获得,实际设计高潮位与设计波高难以准确获得,实际设计高潮位与设计波高如何获得?如何获得?5.2.1 海堤 设计潮位 实测资料的频率分析一般需要20年以上的潮位极值资料 频率分析的分布线型,海岸地区采用Gumbel分布,河口地区采用Pearson-型分布 5年以上的短期观测资料,同邻近具有20年资料的测站进行相关分析 无法运用短期资料采用当地历史最高潮位为设计标准 没有实测资料的应设临时观测点,至少连续记录1个月的潮位资料,作为进行调和分析和潮位预报的初步依据 工程项目确定后还应进行长期潮位观测 5.2.1 海堤 设计波浪要素 实测资料的中、长期频率分析一般要求15年以上的资料 常采用年有效波高Hs的极值分布进行频率分析,分布模式多采用Pearson-型分布 波浪资料更短缺,有采用短期资料的月极值或日极值进行频率分析,将结果换算到长期分布(外延问题)工程前期研究工作应设临时观测点,至少获得1年的波浪资料,作为统计分析的依据 资料短缺,常采用风场资料推算的方法,假设风场与波浪场的重现期一致 波列的波高累积频率分布P(H)5.2.1 海堤 海塘形式 部位 计算内容 波高累积频率 直立式 防浪墙、强身、闸门、闸墙 强度和稳定度 1%基床、护底块石 稳定性 5%斜坡式 防浪墙、闸门、闸墙 强度和稳定度 1%护坡块石及块体 稳定性 13%护底块石 稳定性 13%浙江海塘设计标准浙江海塘设计标准 5.2.1 海堤 结构型式 平面布置上应使海堤堤线平顺,尽可能避开强风、波浪和水流的正面袭击,必要时堤线可布置成折线或弧线 断面结构型式与水深、海岸动力因素、地基特性、建筑材料来源和施工条件有关 斜坡堤、陡墙堤、混成堤 5.2.1 海堤 斜坡堤斜坡堤 最常用的断面型式,主要为梯形断面 外坡比内坡平坦 坡度1/m坦于1:1,坡角45 外坡 改成折坡,下陡上缓:节省土方,消减波浪作用 平均高水位处加设平台(地基较软,波浪较强):削减波浪能量,降低地基荷载,方便施工和管理 堤身 一般用当地土料填筑或吹填 外坡需采用人工护面,护面常用块石、混凝土块等结构型式,护面下设置碎石垫层(反滤层),防止堤身砂石被吸出 内坡用草坡防护 5.2.1 海堤 斜坡堤面断面型式斜坡堤面断面型式 5.2.1 海堤 优点 消浪性能较好 对地基沉陷变形适应性强 施工简便 缺点 断面大,施工土方量和占地面积较大 5.2.1 海堤 陡墙堤陡墙堤 以往采用较多的传统断面型式 外坡 用块石修筑成陡墙或直墙,墙后堆填砂或砂土 内坡 与斜坡堤相同 墙体 用混凝土方块砌筑或用沉箱建造 海堤坡脚 抛石、抛混凝土块或修筑块石棱体:防止水流、波浪淘刷堤脚 软土地基 软基加固处理 5.2.1 海堤 陡墙堤断面型式陡墙堤断面型式 5.2.1 海堤 优点 占地面积小 工程量较小 缺点 墙身地基应力集中,沉陷量大 堤身受到波压力较大 墙前波浪底流速大,易造成墙脚被淘刷而破坏且维护难度大 5.2.1 海堤 混合堤混合堤 取长补短,发挥斜坡堤和陡墙的优点,采用兼有两种断面型式的混成堤 外坡 Case 1:下陡上斜,陡墙前增设镇压层(防止墙前地基被被挤壅高和波浪淘刷)Case 2:下为较陡斜坡,上为陡墙 内坡 相似 适用情形 堤前水深较大的岸段 5.2.1 海堤 混成堤断面型式混成堤断面型式 5.2.1 海堤 稳定分析 结构的稳定分析与验算(按技术规范要求)胸墙、斜坡、陡墙、坡脚 地基沉降 预估沉降引起的工程量增加和施工时堤顶超高值 ms为沉降系数,浙江海塘规范取1.31.6 hi为分层厚度(m)ei为相应土层的孔隙比,e1i和e2i分别为平均自重应力pi和pi+zi作用下压缩稳定时的孔隙比,zi为相应土层平均附加应力 局部土坡和整体地基的稳定分析 条分法 5.2.1 海堤 软基处理 软粘土或淤泥层压缩性高、透水率差、承载力低 常用措施:压载平台(镇压层加固):从坡脚向外铺设土石压载层,改善地基应力分布,防止地基滑动 排水沙井:对基础打钢管或喷射高压水灌砂(钢管抽出)砂井群,有利于地基排水固结和提高强度 塑料排水板:用插板机插入软土地基上部预压荷载作用下软土地基中孔隙水由塑料排水板排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中,由其他地方排出,加速软基固结 5.2.1 海堤 塑料排水板施工过程塑料排水板施工过程 5.2.1 海堤 5.2.2 护岸 定义 在河口、海岸地区,对原有岸坡采取砌筑加固的工程措施,用以防止波浪、水流的侵袭、淘刷,和在土压力、地下水渗透压力作用下造成的岸坡崩塌。海堤与护岸的异同 相同点 功能相似 不同点 海堤防止海水淹没 护岸防止岸坡坍塌 结构型式 斜坡式护岸 护面结构与斜坡堤相似 陡墙式(包括直墙式)岸壁 滨海城镇或兼有系泊船只需要的岸段 5.2.2 护岸 受力状况 均受波浪、水流作用 均受来自岸内侧地下水渗透压力的作用 采取排水措施:护坡和岸壁后填筑排水滤层;护面和岸壁上布设排水口 内侧面填土采用砂质土 陡墙式壁岸受壁后土压力作用 5.2.2 护岸 护岸结构断面护岸结构断面 5.3 防波堤 5.3.1 防波堤的功能和分类 5.3.2 防波堤的轴线布置 5.3.3 防波堤(岛堤)的堤后淤积 5.3.1 防波堤的功能和分类 功能 防御波浪、冰棱的袭击,保证港内水域的平稳 阻拦泥沙,减少港内淤积,保证港内水深 堤的内侧可兼作码头,或安放系锚设备,供船舶停靠,节省投资 5.3.1 防波堤的功能和分类 5.3.1 防波堤的功能和分类 分类 按平面布置 突堤:一端与岸连接,另一端伸向海中,组成港口的口门 岛堤:两端均不与岸相连,位于离岸一定距离的水域中,设有堤根,只有堤头和堤身 5.3.1 防波堤的功能和分类 按断面结构分类 斜波堤斜波堤 一般由堤心石,护面,护底组成 优点 消浪功能好,波浪大部分不反射 对地基承载要求不高,损坏后易修复 施工容易,一般不需大型起重设备,便于就地取材 缺点 护面块石易被波浪冲走,需经常维修,增加后期费用 堤两侧不能直接作系靠船舶的码头之用 适用范围 水深不大,2028,地基承载能力有限的情况 若作直立式:地基承载力不够 若作斜坡式:材料用量太大 缺点 确定斜坡顶标高,要经济、技术比较 论证方案稳定性,需作模型试验,增加设计费用,延长设计时间 5.3.1 防波堤的功能和分类 直立堤直立堤-高底床高底床 5.3.1 防波堤的功能和分类 特殊形式的防波堤特殊形式的防波堤 理论和试验研究表明,波浪能量大部分集中在水体表面,在表面23倍波高范围内集中了9098的能量,因此产生了适应波能这一特殊形式的防波堤 透空防波堤透空防波堤 优点 比较经济,施工也容易 缺点 不能阻止泥沙进入,不能减少水流对港内水域的干扰 适用条件 水深较大,波浪小,无防砂要求的水库港,湖泊港等 5.3.1 防波堤的功能和分类 透空式透空式 箱式箱式 5.3.1 防波堤的功能和分类 浮式防波堤浮式防波堤 由有一定吃水的浮涵或浮排和锚系组成 优点 不受水深、地质条件限制;易拆除,易修建,较经济 缺点 锚链设备复杂,可靠性差,易走锚,不能阻止泥沙进入港内,不能减少水流对港内水域的影响 适用条件 波陡大,水位变幅大的渔港或作临时防护 5.3.1 防波堤的功能和分类 浮式浮式 5.3.1 防波堤的功能和分类 喷气式、喷水式防波堤喷气式、喷水式防波堤 原理 使波长变短,波陡变大,直到波浪破碎,消耗波能 优点 施工简单,基建投资少,安装,拆迁方便 缺点 动力消耗大,运输费用高 适用范围 围堰施工,打捞沉船及临时的装卸作业 5.3.1 防波堤的功能和分类 喷气式喷气式 喷水式喷水式 5.3.2 防波堤的轴线布置 防波堤布置的主要内容 平面布置 口门布置 轴线布置 往往需要通过模型试验来确定 5.3.2 防波堤的轴线布置 布置原则 防波堤轴线布置形成的港内水域应是扩散形的,波浪进入口门内能迅速扩散到较大的波峰线上,使波高降低。防波堤的纵轴线一般应向港内拐折,120180,尽量避免向港外拐折成凹角(因为在凹角处会波能集中,波高增大),若必须向外拐,如为保护船舶进出口门时避免受横向波浪影响,在主堤段外端接一辅助翼端,且两段堤轴线的外夹角 角不宜小于150,且最好用圆弧连接。轴线与波向线要斜交成 6080,以减少波浪力,增加安全储备。堤高应沿纵轴线按水深、地质、波浪条件分段设计(堤头、堤身、堤根)。5.3.2 防波堤的轴线布置 5.3.2 防波堤的轴线布置 堤头 环境特点 一般位于深水区且离岸最远 三面环水,受三个方向的波浪作用,受力复杂且堤前水底的水流冲刷也最强烈 型式 斜坡式堤头斜坡式堤头 一般为1530m长;对水深较大的斜坡堤,堤头段长度应适当加长 斜坡式堤头处,波浪容易越过堤头形成破碎水流冲击堤坡上的护面块体,并向外推,受力比堤身大。因此堤头段内外侧的护面块石或人工块体的重量必须加大,或放缓堤头内外侧的坡度。5.3.2 防波堤的轴线布置 防波堤平面

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