靜水壓拱曲線斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

越浪海堤的斷面設(shè)計(jì)除了解決越浪量和堤頂高程的問題，還包括堤身、堤坡護(hù)面結(jié)構(gòu)、堤頂結(jié)構(gòu)及堤基處理等方面的問題。

靜水壓拱曲線堤身設(shè)計(jì)

充砂袋適用于地基承載力較低的中、高灘部位，具有滲透性好，易于排水固結(jié)等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于各種圍埝和護(hù)岸結(jié)構(gòu)中，近年在天津地區(qū)得到普遍應(yīng)用。為適應(yīng)軟基上筑堤的特點(diǎn)，本工程堤身采用水力充填砂袋填筑。設(shè)計(jì)每層砂袋高0.5m，層間布置袋裝碎石平整坡面。為保護(hù)沖砂管袋以及減少袋內(nèi)充填物跑漏，在現(xiàn)狀半圓體結(jié)構(gòu)背海側(cè)設(shè)置拋石棱體，棱體后設(shè)置混合倒濾層，并在充填管袋與其接觸結(jié)構(gòu)適當(dāng)加大墊層保護(hù)措施。[1]

靜水壓拱曲線臨海側(cè)設(shè)計(jì)

臨海側(cè)直接經(jīng)受波浪作用，護(hù)面結(jié)構(gòu)主要從穩(wěn)定性、抗沖刷能力、消浪效果等角度綜合考慮。該部分結(jié)構(gòu)上部應(yīng)能夠承受波浪的打擊、上吸；下部應(yīng)能承受波浪的反復(fù)掏刷。因此要求護(hù)面結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高，穩(wěn)定性要滿足要求，護(hù)面底要做好反濾。同時(shí)護(hù)腳要有足夠的支承力，要能防止底腳被淘刷，或發(fā)生淘刷時(shí)，仍有足夠的能力支承護(hù)面結(jié)構(gòu)。

目前海堤常用的護(hù)面塊體有柵欄板、四腳空心方塊、四腳錐體、扭王字塊、扭工字塊等。柵欄板和四腳空心方塊常用于常潮位以上的護(hù)面，但四腳空心方塊不宜用于設(shè)計(jì)波高大于4m時(shí)，本工程所在位置堤前水深大，波浪較強(qiáng)，設(shè)計(jì)波高超過4m，故而消浪平臺(tái)及其上部斜坡段采用柵欄板護(hù)面，下設(shè)干砌塊石墊層和碎石墊層及土工布一層。消浪平臺(tái)與半圓體結(jié)構(gòu)水平銜接，為滿足半圓體穩(wěn)定和防沖要求，臨海側(cè)半圓體前增設(shè)拋石棱體護(hù)腳。[1]

靜水壓拱曲線背海側(cè)設(shè)計(jì)

越過防浪墻的波浪將直接與堤頂或后坡碰撞，流速衰減迅速，故背海側(cè)堤坡的防護(hù)原則上以能承受垂直于坡面的沖擊力為主，無波浪的回流水流的拖拽力，因此護(hù)面設(shè)置主要考慮透水、消能并保證良好的反濾墊層。背海側(cè)堤肩采用混凝土結(jié)構(gòu)以防越浪沖擊。考慮岸坡穩(wěn)定和上部結(jié)構(gòu)施工要求，本工程背海側(cè)堤坡設(shè)計(jì)采用兩級平臺(tái)，上級平臺(tái)高程與臨海側(cè)消浪平臺(tái)齊平，其上部護(hù)坡采用柵欄板，下設(shè)干砌塊石墊層和碎石墊層及土工布一層；上下兩級平臺(tái)之間的護(hù)坡以及上級平臺(tái)采用灌砌石護(hù)面，下級平臺(tái)采用干砌塊石護(hù)面；護(hù)坡下堤腳處設(shè)拋石棱體護(hù)腳。

目前，海堤的設(shè)計(jì)主要分為不允許越浪和允許部分越浪兩大類。天津沿海地區(qū)軟基分布較廣泛，在軟基上新建海堤排水固結(jié)周期長，沉降量大，故海堤的填筑速度和建設(shè)高度受到限制。按不允許越浪設(shè)計(jì)，對堤頂高程和斷面尺寸的要求較高，可能造成軟土地基的承載力不足，不僅會(huì)極大的增加軟土地基的處理費(fèi)用，加大工程投資，還會(huì)增加施工難度，延長建設(shè)周期，很不經(jīng)濟(jì)合理。按允許部分越浪設(shè)計(jì)在控制越浪浪滿足要求的前提下，可以有效降低堤身高度，優(yōu)勢比較明顯。

海堤位于軟土地基上，堤頂高程過高會(huì)增加潰堤的風(fēng)險(xiǎn)?？紤]本次設(shè)計(jì)堤頂及堤坡均有防護(hù)，同時(shí)背海側(cè)結(jié)合整體規(guī)劃要求可以修建景觀河道以容納越浪水量，因此本次海堤工程按照允許部分越浪進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定及公式，按照帶平臺(tái)的復(fù)合式斜坡堤，采取按允許部分越浪的波浪要素進(jìn)行計(jì)算，設(shè)計(jì)堤頂高程取值8.50m。

規(guī)范中海堤允許越浪量的計(jì)算方法是建立在簡單單坡和陡墻模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，計(jì)算方法和計(jì)算公式比較單一且精度有限，難于適應(yīng)復(fù)雜斷面結(jié)構(gòu)型式海堤的越浪量計(jì)算。海堤結(jié)構(gòu)斷面和波浪作用條件較復(fù)雜，波浪爬高和越浪量計(jì)算與現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)公式的適用條件不完全一致，為了驗(yàn)證海堤越浪量、確定堤頂高程和對海堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，本次設(shè)計(jì)海堤斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)。參照試驗(yàn)結(jié)論，從安全和經(jīng)濟(jì)的角度考慮，最終確定本次海堤設(shè)計(jì)堤頂高程為9.0m。

根據(jù)斷面外形特點(diǎn)，海堤結(jié)構(gòu)型式大體上分為三種基本形式，即斜坡式、陡墻式和混合式?；旌鲜胶５绦褪綌嗝娼M合得當(dāng)，可兼有前兩者的優(yōu)點(diǎn)，適用于地質(zhì)條件較差、水深大、受風(fēng)浪影響較大的堤段。

地質(zhì)為軟土特性、風(fēng)浪及水深較大，兼顧考慮已建半圓體防波堤情況，采用混合式斷面形式是比較合適的。設(shè)計(jì)采用帶平臺(tái)的復(fù)式斷面，消浪平臺(tái)的設(shè)置可減少波浪飛濺，平臺(tái)上的紊動(dòng)波流能消耗大部分波浪能量，有效地減少波浪爬高，同時(shí)也有利于提高堤身斷面的穩(wěn)定性。根據(jù)南港工業(yè)區(qū)東邊界現(xiàn)已建成的半圓體結(jié)構(gòu)防波堤位置，從消浪效果、工程投資及占地等角度考慮，東邊界永久達(dá)標(biāo)防潮海堤設(shè)計(jì)與半圓體防波堤整體結(jié)合布置，半圓體與設(shè)計(jì)消浪平臺(tái)相銜接。該方案堤頂高程較低，投資最小，地基處理難度低，占用可利用土地少，施工條件相對較好。

防止海水在潮汐的作用下入侵，影響人們的聲明財(cái)產(chǎn)安全。

考慮越浪的強(qiáng)度要求，堤頂護(hù)面的強(qiáng)度要求同臨海面。堤頂一般兼作防汛公路，故護(hù)面一般采用混凝土結(jié)構(gòu)。堤頂設(shè)置防浪墻，既可節(jié)省海堤堤身工程量，減輕堤基荷載，也可防止或減少波浪越頂。當(dāng)?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有防浪墻、且防浪墻穩(wěn)定、堅(jiān)固時(shí)，堤頂高程可算至防浪墻頂面。常用的防浪墻材料有漿砌石、灌砌石和鋼筋混凝土墻結(jié)構(gòu)。從強(qiáng)度要求和保護(hù)對象重要性角度考慮，本工程設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土防浪墻，墻頂高程取為上節(jié)確定的9.0m高程。

防浪墻迎海側(cè)設(shè)計(jì)采用反弧形，以減小波浪反射，使沖擊水流回轉(zhuǎn)，從而消減浪壓力，減少越堤水量。規(guī)定一級海堤不包括防浪墻的堤頂寬度應(yīng)大于5m。結(jié)合運(yùn)用管理情況，本次設(shè)計(jì)堤頂為現(xiàn)澆混凝土路面，寬6m（不含防浪墻寬度），路面高程低于墻頂1.2m。為利于排水，路頂面設(shè)計(jì)1%坡比傾向背海側(cè)。路面中心設(shè)置縮縫，采取誘導(dǎo)切割方式在路面中心切割一條假縫，當(dāng)面板收縮時(shí)，將沿此最薄弱斷面有規(guī)則地自行斷裂。

對海堤軟土地基的常用處理措施，淺埋的薄層軟土宜挖除；當(dāng)軟土厚度較大難以挖除或挖除不經(jīng)濟(jì)時(shí)，可采用墊層法、加筋土工織物鋪墊法、放緩邊坡或反壓法、排水井法、拋石擠淤法、水泥土攪拌樁法等。本工程為海底軟土上新筑堤，淤泥厚度比較大，不適合挖除。而水泥攪拌樁和拋石擠淤的投資都比較大，且水泥攪拌樁的強(qiáng)度上升比較緩慢，均不宜采用。

塑料排水板結(jié)合砂墊層排水，堆載預(yù)壓的方法，是由豎向排水與水平排水相結(jié)合形成完整的排水系統(tǒng)對地基進(jìn)行固結(jié)加固。該方法工程造價(jià)低，排水效果明顯，地基強(qiáng)度增長明顯，是一種成熟、可靠的方法，在水上和陸上施工都非常方便，已在天津地區(qū)廣泛使用。采用塑料排水板地基礎(chǔ)處理后，主體部分的堤基沉降量可完成80%左右，可保證竣工后的安全運(yùn)用，減少維修。根據(jù)防潮海堤工程級別、堤高、地質(zhì)條件、施工條件、工程使用和滲流控制等要求，本次工程堤基處理設(shè)計(jì)采用插塑料排水板加砂墊層后堆載預(yù)壓的方法。

設(shè)計(jì)排水板正方形布置，橫縱排間距為1.0m。考慮到半圓體防波堤的整體穩(wěn)定性，不宜在其背海側(cè)地基處采用挖泥換砂措施，故在原泥面上鋪設(shè)1m厚粗砂墊層，砂墊層不僅做為水平排水系統(tǒng)，同時(shí)能提高地基承載力。上部堤身分級填筑，對地基進(jìn)行堆載預(yù)壓處理。 2100433B

拱為常見建筑結(jié)構(gòu)之一，型態(tài)定義為中央上半成圓弧曲線。拱早期經(jīng)常運(yùn)用于跨逕大的橋梁或門首。又可分為箱形拱、圓弧拱、雙曲拱、肋拱、桁架拱、剛架拱等。近年來，各國于諸如拱橋的設(shè)計(jì)上，除了講究安全實(shí)用外，也強(qiáng)調(diào)拱軸線優(yōu)化，連拱計(jì)算、拱式建筑荷載橫向分布，使各種形式拱式建筑于完善。

拱最早是出現(xiàn)在公元前二千年的美索不達(dá)米亞的磚建筑，不過一直到古羅馬時(shí)期才開始有系統(tǒng)的將拱應(yīng)用在許多建筑結(jié)構(gòu)中。

靜止液體作用在每單位受壓面積上的壓力稱為靜水壓強(qiáng)（hydrostatic pressure）

二個(gè)特性

（1）靜水壓強(qiáng)的方向垂直并且指向受壓面（Vertical point to acted surface.）

（2）靜止液體內(nèi)任一點(diǎn)沿各方向上的靜水壓強(qiáng)大小都相等（The pressures from every direction are equal in size. ）

拱結(jié)構(gòu)是一種主要承受軸向壓力并由兩端推力維持平衡的曲線或折線形構(gòu)件。拱結(jié)構(gòu)比桁架結(jié)構(gòu)具有更大的力學(xué)優(yōu)點(diǎn)。

在外荷作用下，拱主要產(chǎn)生壓力，使構(gòu)件擺脫了彎曲變形。如用抗壓性能較好的材料（如磚石或鋼筋混凝土）去做拱，正好發(fā)揮材料的性能。不過拱結(jié)構(gòu)支座（拱腳）會(huì)產(chǎn)生水平推力，跨度大時(shí)這個(gè)推力也大，要對付這個(gè)推力仍是一樁麻煩而又耗費(fèi)材料之事。由于拱結(jié)構(gòu)的這個(gè)缺點(diǎn)，在實(shí)際工程應(yīng)用上，桁架還是比拱用得普遍。