人工岛堤顶高程的主要影响因素分析
时间：2014-09-28 来源：未知 作者：傻傻地鱼 本文字数：3196字
“离岸建岛”是目前国际上最前沿的一种理念，它在解决土地短缺问题的同时，又可保持海岸线的原貌，因此被许多国家和地区所认同，是当前围海造地的新方向。人工岛堤顶高程的确定，直接影响建设方案、工程投资、后方场地安全、人文景观视觉，而对该高程设计标准的选取却一直存有争议。本文在总结现有相关标准的基础上，就影响人工岛堤顶高程主要因素如防护标准、设计潮位、越浪量的选取进行分析，希望能为相关工程设计和规范制定提供参考。
1、 防护标准 (重现期)
填海工程防护标准可参照水利工程海堤和水运工程护岸以及堤防规范 (国标) 确定。
1.1 国标及行业标准
现有国家标准 《防洪标准》对重现期的选用标准是根据防洪保护对象的社会经济地位重要程度和人口数量来划分的，见表 1。
GBT 50805—2012 《城市防洪工程设计规范》对重现期的选用和国标基本相同。现行行业标准 《海堤工程设计规范》及 《堤防工程设计规范》对防洪标准的重现期是根据海堤的工程级别划分的，见表 2。
1.2 各省地方标准
目前全国各地海堤建设主要依据 《海堤工程设计规范》，并根据各地的实际情况对建设标准做了适当的调整和提高。上海市海堤建设标准普遍较高，主要依据 《上海市海堤规划》，2010 年前采用的是 100 a 一遇潮位，近期采用的是 200 a一遇潮位遭遇 12 级风; 农村及城乡结合地区规划标准为 100 a 一遇潮位遭遇 11 级风。浙江省原海堤总体防御能力较低，多为 20 ～ 50 a 一遇标准。9417 号台风后，把防御能力偏低的 1 000 km 海堤全部建成了 50 a 一遇的的海堤。山东省确定特大城市和大城市河道防洪标准重现期为 50 ～ 100 a一遇。
1.3 国外标准
国外对于海堤防潮标准的选取主要针对重要海堤或海河口的堤防，且选取的标准都很高。英国伦敦泰晤士河口的防护标准采用 1 000 a 一遇，加拿大哥伦比亚省海岸带防护标准为 200 a 一遇，美国最新发布的海岸防护手册为 100 a 一遇。我国人工岛岛堤设计一般按港口建筑物划分，设计使用年限一般为 50 a; 结合 《防洪要求》，综合国内已建人工岛规模，岛上居住人口可按一般城镇考虑，防洪等级取 50 a 也是合理的，重要以及特别重要的人工岛除外。
2、 设计潮位与设计波浪
2.1 设计潮位选取
JTS 151-1—2011 《防波堤设计与施工规范》及 JTJ 300—2000 《港口及航道护岸工程设计与施工规范》中设计水位一般取设计高水位。 《海堤工程设计规范》和 《海港水文规范》中要求设计高水位采用极值同步差比法与附近不少于连续 20 a 资料的长期潮 (水位) 站资料进行同步相关分析。
2.2 设计波浪选取
《海港水文规范》规定: 在进行直墙式、墩柱式、桩基式和一般的斜坡式建筑物的强度和稳定性计算时，设计波浪的重现期应采用 50 a。破坏后不至于造成重大损失的斜坡式护岸等非重要建筑物，其设计波浪的重现期可采用 25 a; 对于大水深的重要建筑物，当重现期 100 a 的波高大于或等于重现期 50 a 的同一波列累计频率的波高1. 15 倍时，其设计波浪的重现期可采用 100 a，且极端高水位的重现期可相应调整为 100 a。
《滩海环境条件与荷载技术规范》对滩海建筑物安全等级，设计波浪的重现期标准规定与《海港水文规范》选用一致。英国 《海上建筑物》规范规定在波浪力作用下具有准静力反应特性的结构物，其涉及波浪的重现期为 50 a; 日本 《防波堤构造集览》 中1965—1985 年间建造的标明涉及波浪重现期的防波堤断面共 46 个，其中 44 座设计波浪的重现期为 50 a。
2.3 设计组合-国内标准
设计潮位的重现期可选择与波浪重现期相同，如浙江、广西的标准，认为沿海地区出现的高潮位主要由台风增水形成，与波浪的关系密切，且堤前破碎波高与潮位有关; 另一种观点则认为潮、浪同频率偏于安全，使海堤设计标准过高，投资过大，如福建标准。
2.4 设计组合-香港标准
香港行业标准 《Port Work Design Manual》要求在设计波浪条件时要一并考虑相应的水位。设计使用期为 50 a 的海事结构，应考虑表 3 的组合。
2.5 设计水位上升值
《2001—2010 年全球极端气候事件报告》指出，2001—2010 年全球平均海平面比 1880 年升高了20 cm，上升速度为 3 mma。最新 《海港水文规范》中提及: 根据海港工程的重要性，需考虑当地海平面上升时，工程使用期内的上升值可参照《中国海平面公报》中的有关数据。该公报中的数值同 《2001—2010 年全球极端气候事件报告》基本相同。一般水工建筑物的使用年限 50 a，可考虑设计使用期间堤前设计水位的升高至少 15 cm。人工岛偏重海堤，因此设计潮位与设计波浪可选择 50 a 一遇的极端高水位和 50 a 一遇波浪组合。也可参照香港规范，按极端荷载条件下波浪和水位的组合进行校核并适当考虑堤前设计水位的升高值。
3、 堤顶越浪量
国内现行行业标准 《海堤工程设计规范》对沿海堤防允许越浪控制也有一定标准，一些省市对越浪量的标准提出了相应规定 (表 4) 。香港行业标准 《Port Work Design Manual》与欧洲 Eurotop 联合研究计划的规定见表 5。日本现行行业标准 《港湾の施设の技术上の基准》分3 种方式作出了更为细致的规定 (表6) 。
我国现有规范就越浪量选取仅考虑海堤结构本身，未涉及堤后建筑物及使用者的安全，在设计时可根据海堤后方规划及使用要求，参照国外规范来确定人工岛的越浪量。
4、 案例分析
4.1 大连某人工岛 (外海斜坡段)
1) 依据 JTJ 300—2000 《港口与航道护岸工程设计与施工规范》第 4.2.2 条，护岸顶高程 = 设计高水位 + (0. 8 ～1. 0) H13 %，取 6. 50 m。
2) 依据 《海堤工程设计规范》 确定护岸后方高程。护岸堤顶高程根据设计高潮位、波浪爬高及安全加高值计算。其中越浪量波浪爬高可分别按 《海堤工程设计规范》和 《海港水文规范》计算，本设计断面在静水位上、下半个波高范围内设置栈台，栈台宽 9. 44 m，为 0. 5 ～ 2 倍波高，可根据 《海港水文规范》波浪爬高相应减少10% ～ 15% ，结果见表 7。
3) 断面、整体物模试验结果见表 8。
本设计护岸顶高程岸从景观角度出发，最终为 6. 5 m，后方陆域高程采用 50 a 一遇的极端高水位和设计波浪组合，越浪量按 0. 05 m3(m·s)控制，则后方陆域的高程为 10. 0 m。本设计为了降低后方高程，在距前沿 10. 0 m 范围最大水流厚度设截水沟，距前沿 20 m 范围内无车道、无建筑物，从护岸顶起坡后再设置直立挡浪墙，最终墙顶高程为 9. 50 m。
4.2 港珠澳口岸人工岛
设计工况选择 50 a 一遇波浪与高潮位组合，越浪量控制采用 100 a 一遇组合，其人工岛堤顶高程最终按越浪量控制，具体防护标准和越浪量标准见表 9。
5、 结语
一般人工岛高程的确定可采用以下标准: 防护标准采用 50 a 一遇，特别重要的除外; 设计潮位与设计水位组合选择 50 a 一遇的极端高水位和设计波浪组合，并可按极端荷载条件下波浪和水位的组合进行校核。可适当考虑堤前设计水位的升高值。越浪量的选取除考虑海堤结构本身外，还应考虑堤后建筑物及使用者的安全，并通过物模结果进行验证。
人工岛高程可选标准较多，设计时还应根据安全性、使用性、景观和造价等具体要求进行设计标准的选取。
参考文献:
［1］ GB 50201—1994 防洪标准［S］．
［2］ SL 435—2008 海堤工程设计规范［S］．
［3］ GB 50286—2013 堤防工程设计规范［S］．
［4］ 张从联，朱峰，李维涛，等． 上海、浙江、福建三省市海堤现状调查［J］． 水利水电科技发展，2008(2) : 51-55．
［5］ 刘志明，李维涛． 海堤工程防潮标准研究［J］． 中国水运，2008(16) : 29-32．
［6］ JTS 145-2—2013 海港水文规范［S］．
［7］ SYT 4084—2010 滩海环境条件与荷载技术规范［S］．
［8］ CEDD，2002 Port Work Design Manual 香港行业标准［S］．
［9］ DB 448182—2004 广东省海堤工程设计导则［S］．
［10］ 1999-09-05 浙江水利厅 浙江省海塘工程规定［S］．
［11］ 日本现行行业标准 《港湾 の 施设 の 技术上 の 基准》(平成十九年七月改版) ［S］．
［12］ 梁桁，孙英广，毛剑锋． 港珠澳大桥珠澳口岸人工岛填海工程设计关键技术［J］． 中国港湾建设，2012(4) :33-38．
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