CN102286957B

CN102286957B - 环境亲水型复合式海堤

Info

Publication number: CN102286957B
Application number: CN2011102616423A
Authority: CN
Inventors: 陈达; 陈蒙龙; 宋晓阳; 范可; 许立稳; 陈大可
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: CN102286957A

Abstract

本发明公开了一种环境亲水型复合式海堤，设置在前滩和后滩之间，包括基床以及在基床上隆起的坡体，所述坡体的外表面从前滩到后滩之间顺序覆盖迎水坡面、堤身以及背水坡面，所述堤身呈空箱结构设置，且堤身采用透明材质制成；该堤身由圆弧形迎水面、弧形堤顶以及斜坡背水面顺序连接而成；所述堤顶的临海侧设置弧形消音防浪墙。因此，本发明具有良好的防潮、防浪、防侵蚀作用，还能起到很好地固滩、护岸效果，而且堤身宽度较小，结构型式简单、稳定，地基应力小，能有效减小地基沉降，容易满足地基承载力要求。

Description

环境亲水型复合式海堤

技术领域

本发明涉及一种环境亲水型复合式海堤，是基于自然环境要求和景观要求而设计的一种新型海堤断面，适用于自然条件、地质条件较差的沿海城市海堤段，半圆体的外形在海域中有较好的景观效果，创造了一个集海岸工程、景观、休闲、娱乐为一体的场所，成为城市亲水性的景观和标志，符合现代化城市建设的要求。

背景技术

新时期的海堤已不单纯是保护海岸的基础设施,而是与城市发展、经济发展、文化发展和环境治理有机地融合在一起，成为人民群众切身利益的坚实保障。而目前常见的海堤的结构断面型式主要有：

1.斜坡式：优点是具有较好的消浪性能，应力分布均匀，对地基要求较低，稳定性好；缺点是断面大，占地多，爬高大堤顶高程较高，造价高。

2.陡墙式：优点是波浪爬高较斜坡式小，堤顶高程略低，工程量小；缺点是堤基应力较集中，沉降较大。对地基要求较高，砌石结构要求高，维修难。

3．混合式：它是将斜坡式与陡墙式进行合理组合应用，兼有斜坡式和陡墙式的优点。

但是，以上三种常见海堤仅仅只能满足最基本的挡浪、防浪要求，它们的亲水性及环境和谐性都不能满足现在城市建设的需求。随着人们生活水平的提高以及城市的发展，海堤工程设计对环境亲水的概念和重要性也越来越看重。所以新型海堤设计除了要考虑防潮、防浪、防侵蚀功能的要求外,还要与城市建设、环境整治、人文休闲、交通物流相结合,即实现水安全、水环境、水景观、水文化、水经济“五位一体”。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种环境亲水型复合式海堤，与现有海堤相比，本环境亲水型复合式海堤不但具有良好的防潮、防浪、防侵蚀作用，还能起到很好地固滩、护岸效果，而且堤身宽度较小，结构型式简单、稳定，地基应力小，能有效减小地基沉降，容易满足地基承载力要求。此外，海堤建设与城市建设有机结合,创造了一个集海岸工程、景观、休闲、娱乐为一体的现代化建筑。在保障防潮、防浪安全的前提下,美化了城市的周边环境,充分发挥了海堤的基础功能和景观功能，具有良好的综合价值。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种环境亲水型复合式海堤，设置在前滩和后滩之间，包括基床以及在基床上隆起的坡体，所述坡体的外表面从前滩到后滩之间顺序覆盖迎水坡面、堤身以及背水坡面，所述堤身呈空箱结构设置，且堤身采用透明材质制成；该堤身由圆弧形迎水面、弧形堤顶以及斜坡背水面顺序连接而成；所述堤顶的临海侧设置弧形消音防浪墙。

所述迎水坡面包括上凸式圆弧迎水护坡面以及下凹式圆弧护坡面；所述上凸式圆弧迎水护坡面的底端与前滩之间设置扭工字块护堤，而上凸式圆弧迎水护坡面与下凹式圆弧护坡面通过一级消浪平台相连接，下凹式圆弧护坡面与圆弧形迎水面通过二级消浪平台连接。

所述下凹式圆弧护坡面为采用混泥土浇注而成的网格结构，且网格结构内栽种有耐盐植被。

所述背水坡面包括背水斜坡护面以及设置在斜坡背水面以及背水斜坡护面之间的背水平台，且斜坡背水面靠近背水平台的端部设置弧形挑浪体；该背水平台上设置水池，且水池通过输水管道与前滩连接，同时水池和前滩之间的输水管道上安装有水处理装置。

所述堤身采用钢化玻璃制作而成，且斜坡背水面为双层钢化玻璃组成的中空结构，同时该双层钢化玻璃组成的中空结构的上层设置有透水孔。

所述背水平台上设置休闲区。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、本发明所述的堤身呈空箱结构设置，能够有效地降低地基附加应力，减少地基的总沉降量及调整不均匀沉降量；同时本发明将堤身采用透明材质制成，可以使得乘客在堤身与坡体之间所形成的腔体内进行海浪的观察，适用于旅游观光和娱乐；

2、海堤的弧形堤顶临海侧设置弧形消音防浪墙，该弧形消音防浪墙埋入堤顶一定深度，并与堤身连成一个整体，堤顶呈圆弧形，具有一定的弧度，能够使堤顶上面的水有效地、快捷地从堤顶流下，防止水流聚集在堤顶；

3、扭工字块孔隙大,透水性强,消能效果好，能使波浪在不同角度充分破碎,削弱堤前波浪反射，降低波浪爬高从而降低堤顶高程,使结构的断面更经济，同时还能使块体嵌合紧密,增强结构稳定性。一级消浪平台通过位于其前方的上凸式圆弧迎水护坡面和其后的下凹式圆弧网格护坡面平滑连接。上凸式圆弧迎水护坡面和消浪平台起到消能作用，能够有效地降低波高，对提高堤身断面的稳定也有利；

4、利用凹弧的挑浪作用、凸弧和平台的消能作用，能够有效地降低波浪的爬高及堤顶越浪量，这比一般常见的海堤断面更具防潮、防浪的效果，在同样的设计条件下，它能够更有效地以较低的堤顶高程满足相同条件下的设计要求；

5、斜坡背水面为双层钢化玻璃组成的中空结构，同时该双层钢化玻璃组成的中空结构的上层设置有透水孔，能使从堤顶上流下的水通过两层钢化玻璃间的空间流入背水平台上的戏水池中；

6、本发明所述的海堤比一般的斜坡式防波堤占据的土地面积少，结构型式简单、稳定，地基应力小，有效减小地基沉降。背水平台上设置戏水池和休闲区，水池水由前滩水经处理直接供给，水池前设置弧形挑浪体挑浪消能，休闲区可用于安装休闲椅和遮阳棚（钢架结构）供休闲之用。

附图说明

图1为本发明的横剖面的结构示意图；

图2为本发明下凹式圆弧迎水护坡面的斜视结构示意图；

图1及图2中标号解释：0、前滩，1、扭工之块护堤，2、上凸式圆弧迎水护坡面，3、一级消浪平台，4、下凹式圆弧护坡面（设置护坡网格），5、二级消浪平台，6、圆弧形迎水面，7、弧形堤顶，8、弧形消音防浪墙，9、背水斜坡面，10、弧形挑浪体，11、戏水池，12、休闲区，13、背水斜坡护面，14、后滩，15、基床，16、背水平台，17、水处理装置。

具体实施方式

现结合附图与具体实施方式对该环境亲水型海堤结构进一步详细描述：

海堤位于前滩和后滩之间，主要分为3个部分：（1）迎水坡面及消浪平台，（2）钢化玻璃异形体结构，（3）背水坡面和平台。在迎水坡面及消浪平台这一部分中，本发明采用的是科学、实用、美观的设计思想，突出与环境的完美融合。在实施的过程中，本发明将相互交错在一起的扭工字块结构置于上凸式圆弧迎水护坡面前的滩底，形成扭工字块护坡。一级消浪平台通过与上凸式圆弧迎水护坡面上边缘和下边缘的无缝连接形成一级消浪平台，可减少波浪飞溅,平台上的紊动波流能消耗大部分波浪能量,有效地减少波浪爬高,同时对提高堤身断面的稳定也有利。当平台位于静水位附近、平台宽度为1～2倍设计波高时,波浪爬高较单坡时可减少15% ～25%。因此,消浪平台高程一般设在设计高潮位附近或略低于设计高潮位,平台宽度一般不小于3m,过窄消浪效果不理想,但过宽也不经济。为了增强平台的消浪效果,还可在平台边沿设消力坎或消力墩,或在平台上埋消浪石。下凹式圆弧网格护坡面上边缘采用与一级消浪平台相同的技术手段与二级消浪平台相连接，而此下凹式圆弧网格护坡面又增设网格，网格内可以种植些耐盐的植被，如一些小灌木，不仅可以有效地破碎波浪达到消浪的效果，而且这些植被的根部抓牢土壤，增加海堤的稳固性，达到生物消浪的目的，与此同时，也使环境和谐这一因素融入到了海堤的设计，环境协调性好，增加了观赏性；圆弧形迎水面、弧形堤顶、弧形消音防浪墙以及背水斜坡面这四部分组成了钢化玻璃异形体结构。这一结构采用特制的钢化玻璃组成，具有极高的强度与韧性，内部采用中空不透水设计，人们可以在其内部进行游览观光，感受大海的澎湃和海浪冲击的震撼。人们可以走进海堤这一建筑结构，与大海更加亲密的接触，促进了环境亲水型海堤的发展。堤顶的弧形设计能够使海水较快、有效地排出，防止水流聚集。对于背水平台的设计建造，主要考虑的是空间的利用。钢化玻璃斜坡背水面与堤顶相连接，钢化玻璃背水斜坡面的下端与背水平台相连接，其上设置透水孔，具有很好的消浪效果，抵御强烈越浪冲刷，越堤的水流能够临时蓄存和适时排走。圆弧形迎水面、堤顶与消音防浪墙以及钢化玻璃背水斜坡面这四部分组成的钢化玻璃异形体中空结构，减少了海堤土地面积的利用，使空间得到了极大的富余；戏水池前设置弧形挑浪体，将水流挑入水池，以防水流对下方堤体冲刷。背水平台上设有戏水池⑾和休闲区。戏水池中水来源于前滩来水和越过堤顶的海水。在休闲区设置钢架遮阳伞和座椅作消遣之用。背水斜坡上端与背水平台的休闲区相连接，人们可以通过设置在背水斜坡面上的扶梯（经防水处理）进入到休闲区进行娱乐活动。

在整个设计实施的过程中，本发明在科技创新的基础上始终坚持人水和谐的新理念, 将水利建设与城市建设有机结合, 创造了一个集水利工程、景观、休闲、娱乐为一体的场所,在保障防洪安全的前提下,美化了周边的城市环境,较好地发挥了该工程的基础功能和景观功能,达到了防洪可安、景美可赏的综合效果,促进了当地社会经济的可持续发展。

设计本发明所述的环境亲水型海堤时，首先初步拟定各部分结构尺寸。

1. 确定堤顶高程。

本设计中在堤顶外侧设置有防浪墙，设计计算中以防浪墙高程作为堤顶高程，防浪墙高度一般为（0.8～1.2）m，底宽（0.8～1.2）m，顶宽（0.6～1.0）m，本设计中防浪墙的迎浪面做成弧形面具有明显的挑浪效果，可以大幅度的减少越浪量，为提高稳定性，防浪墙在堤顶以下应有不小于0.3m的埋入深度，并与堤身连成一个整体。堤顶高程一般可按公式

Figure 2011102616423100002DEST_PATH_IMAGE001

。其中为设计频率

的堤顶高程

为频率为

的设计高潮位，对不允许越浪的情况取

为2%，对允许越浪的的情况取为13%。

Figure 2011102616423100002DEST_PATH_IMAGE005

为设计波浪爬高值，

为安全超高值，在允许部分越浪时，取

Figure 2011102616423100002DEST_PATH_IMAGE007

，当不允许越浪时，取

。

2. 确定堤顶宽度（不包括防浪墙）主要取决于堤身自身稳定，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. 堤身边坡计算。

为减小波浪，爬高，消耗波浪能量，海堤外坡设计为圆弧型迎水护坡面，

,其中为护坡面两端点连线在水平面上投影的长度，波浪作用下斜坡式建筑物干砌护面的厚度

按下列公式计算：

Figure 2011102616423100002DEST_PATH_IMAGE013

其中为重度系数，

为水的重度

，为块体材料重度

，

为迎水面坡度，

Figure 2011102616423100002DEST_PATH_IMAGE019

是与斜坡值

和

值有关的系数，

为波坦系数。

扭工字块护堤单个块体重量

，按下式确定：

Figure 2011102616423100002DEST_PATH_IMAGE023

其中H为波高（m），

为稳定系数，其它系数意义同上。

扭工字块护堤厚度h按下式计算：

n为护面块体层数系数，C取1.2

扭工字块护堤层厚度：

。

具体实施例：

已知某待建防波堤设计高潮位为5m，正常水位3m，设计波高2m，设计波长20m，

为2.5m。

初步拟定防浪墙顶高程为8.5m，堤顶宽度为8m，防浪墙高度为0.8m，底宽1.2m，顶宽0.8m，迎水面弧度为1.5m。

1、砌石护面厚度按下式计算

，式中计算波高取2m，块体材料的重度取

，迎水坡面折算坡度取1.5，取0.310，

取0.080，因此

。

2、扭工字块护堤单个块体重量

，其中

，

，

。

。

本发明中涉及的未说明部份与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims

1.一种环境亲水型复合式海堤，设置在前滩和后滩之间，包括基床以及在基床上隆起的坡体，所述坡体的外表面从前滩到后滩之间顺序覆盖迎水坡面、堤身以及背水坡面，其特征在于：所述堤身呈空箱结构设置，且堤身采用透明材质制成；该堤身由圆弧形迎水面、弧形堤顶以及斜坡背水面顺序连接而成；所述堤顶的临海侧设置弧形消音防浪墙；所述迎水坡面包括上凸式圆弧迎水护坡面以及下凹式圆弧护坡面；所述上凸式圆弧迎水护坡面的底端与前滩之间设置扭工字块护堤，而上凸式圆弧迎水护坡面与下凹式圆弧护坡面通过一级消浪平台相连接，下凹式圆弧护坡面与圆弧形迎水面通过二级消浪平台连接；所述背水坡面包括背水斜坡护面以及设置在斜坡背水面以及背水斜坡护面之间的背水平台，且斜坡背水面靠近背水平台的端部设置弧形挑浪体；该背水平台上设置水池，且水池通过输水管道与前滩连接，同时水池和前滩之间的输水管道上安装有水处理装置；所述下凹式圆弧护坡面为采用混凝土浇注而成的网格结构，且网格结构内栽种有耐盐植被；所述堤身采用钢化玻璃制作而成，且斜坡背水面为双层钢化玻璃组成的中空结构，同时该双层钢化玻璃组成的中空结构的上层设置有透水孔。

2.根据权利要求1所述的环境亲水型复合式海堤，其特征在于：所述背水平台上设置休闲区。