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人工島堤頂高程的主要影響因素分析
國內(nèi)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對沿海堤防允許越浪控制也有一定標(biāo)準(zhǔn)，以下是小編搜集整理的一篇探究人工島堤頂高程影響因素的論文范文，供大家閱讀查看。
“離岸建島”是目前國際上最前沿的一種理念，它在解決土地短缺問題的同時(shí)，又可保持海岸線的原貌，因此被許多國家和地區(qū)所認(rèn)同，是當(dāng)前圍海造地的新方向。人工島堤頂高程的確定，直接影響建設(shè)方案、工程投資、后方場地安全、人文景觀視覺，而對該高程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選取卻一直存有爭議。本文在總結(jié)現(xiàn)有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，就影響人工島堤頂高程主要因素如防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)潮位、越浪量的選取進(jìn)行分析，希望能為相關(guān)工程設(shè)計(jì)和規(guī)范制定提供參考。
1、防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)(重現(xiàn)期)
填海工程防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)可參照水利工程海堤和水運(yùn)工程護(hù)岸以及堤防規(guī)范(國標(biāo))確定。
1.1國標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)《防洪標(biāo)準(zhǔn)》對重現(xiàn)期的選用標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)防洪保護(hù)對象的社會經(jīng)濟(jì)地位重要程度和人口數(shù)量來劃分的，見表1。
GB?T50805—2012《城市防洪工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對重現(xiàn)期的選用和國標(biāo)基本相同。現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》及《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對防洪標(biāo)準(zhǔn)的重現(xiàn)期是根據(jù)海堤的工程級別劃分的，見表2。
1.2各省地方標(biāo)準(zhǔn)
目前全國各地海堤建設(shè)主要依據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，并根據(jù)各地的實(shí)際情況對建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和提高。上海市海堤建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍較高，主要依據(jù)《上海市海堤規(guī)劃》，2010年前采用的是100a一遇潮位，近期采用的是200a一遇潮位遭遇12級風(fēng);農(nóng)村及城鄉(xiāng)結(jié)合地區(qū)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)為100a一遇潮位遭遇11級風(fēng)。浙江省原海堤總體防御能力較低，多為20～50a一遇標(biāo)準(zhǔn)。9417號臺風(fēng)后，把防御能力偏低的1000km海堤全部建成了50a一遇的的海堤。山東省確定特大城市和大城市河道防洪標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期為50～100a一遇。
1.3國外標(biāo)準(zhǔn)
國外對于海堤防潮標(biāo)準(zhǔn)的選取主要針對重要海堤或海河口的堤防，且選取的標(biāo)準(zhǔn)都很高。英國倫敦泰晤士河口的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)采用1000a一遇，加拿大哥倫比亞省海岸帶防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)為200a一遇，美國最新發(fā)布的海岸防護(hù)手冊為100a一遇。我國人工島島堤設(shè)計(jì)一般按港口建筑物劃分，設(shè)計(jì)使用年限一般為50a;結(jié)合《防洪要求》，綜合國內(nèi)已建人工島規(guī)模，島上居住人口可按一般城鎮(zhèn)考慮，防洪等級取50a也是合理的，重要以及特別重要的人工島除外。
2、設(shè)計(jì)潮位與設(shè)計(jì)波浪
2.1設(shè)計(jì)潮位選取
JTS151-1—2011《防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》及JTJ300—2000《港口及航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中設(shè)計(jì)水位一般取設(shè)計(jì)高水位。《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《海港水文規(guī)范》中要求設(shè)計(jì)高水位采用極值同步差比法與附近不少于連續(xù)20a資料的長期潮(水位)站資料進(jìn)行同步相關(guān)分析。
2.2設(shè)計(jì)波浪選取
《海港水文規(guī)范》規(guī)定:在進(jìn)行直墻式、墩柱式、樁基式和一般的斜坡式建筑物的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期應(yīng)采用50a。破壞后不至于造成重大損失的斜坡式護(hù)岸等非重要建筑物，其設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期可采用25a;對于大水深的重要建筑物，當(dāng)重現(xiàn)期100a的波高大于或等于重現(xiàn)期50a的同一波列累計(jì)頻率的波高1.15倍時(shí)，其設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期可采用100a，且極端高水位的重現(xiàn)期可相應(yīng)調(diào)整為100a。
《灘海環(huán)境條件與荷載技術(shù)規(guī)范》對灘海建筑物安全等級，設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與《海港水文規(guī)范》選用一致。英國《海上建筑物》規(guī)范規(guī)定在波浪力作用下具有準(zhǔn)靜力反應(yīng)特性的結(jié)構(gòu)物，其涉及波浪的重現(xiàn)期為50a;日本《防波堤構(gòu)造集覽》中1965—1985年間建造的標(biāo)明涉及波浪重現(xiàn)期的防波堤斷面共46個(gè)，其中44座設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期為50a。
2.3設(shè)計(jì)組合-國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)
設(shè)計(jì)潮位的重現(xiàn)期可選擇與波浪重現(xiàn)期相同，如浙江、廣西的標(biāo)準(zhǔn)，認(rèn)為沿海地區(qū)出現(xiàn)的高潮位主要由臺風(fēng)增水形成，與波浪的關(guān)系密切，且堤前破碎波高與潮位有關(guān);另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為潮、浪同頻率偏于安全，使海堤設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過高，投資過大，如福建標(biāo)準(zhǔn)。
2.4設(shè)計(jì)組合-香港標(biāo)準(zhǔn)
香港行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《PortWorkDesignManual》要求在設(shè)計(jì)波浪條件時(shí)要一并考慮相應(yīng)的水位。設(shè)計(jì)使用期為50a的海事結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮表3的組合。
2.5設(shè)計(jì)水位上升值
《2001—2010年全球極端氣候事件報(bào)告》指出，2001—2010年全球平均海平面比1880年升高了20cm，上升速度為3mm?a。最新《海港水文規(guī)范》中提及:根據(jù)海港工程的重要性，需考慮當(dāng)?shù)睾Ｆ矫嫔仙龝r(shí)，工程使用期內(nèi)的上升值可參照《中國海平面公報(bào)》中的有關(guān)數(shù)據(jù)。該公報(bào)中的數(shù)值同《2001—2010年全球極端氣候事件報(bào)告》基本相同。一般水工建筑物的使用年限50a，可考慮設(shè)計(jì)使用期間堤前設(shè)計(jì)水位的升高至少15cm。人工島偏重海堤，因此設(shè)計(jì)潮位與設(shè)計(jì)波浪可選擇50a一遇的極端高水位和50a一遇波浪組合。也可參照香港規(guī)范，按極端荷載條件下波浪和水位的組合進(jìn)行校核并適當(dāng)考慮堤前設(shè)計(jì)水位的升高值。
3、堤頂越浪量
國內(nèi)現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》對沿海堤防允許越浪控制也有一定標(biāo)準(zhǔn)，一些省市對越浪量的標(biāo)準(zhǔn)提出了相應(yīng)規(guī)定(表4)。香港行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《PortWorkDesignManual》與歐洲Eurotop聯(lián)合研究計(jì)劃的規(guī)定見表5。日本現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《港灣の施設(shè)の技術(shù)上の基準(zhǔn)》分3種方式作出了更為細(xì)致的規(guī)定(表6)。
我國現(xiàn)有規(guī)范就越浪量選取僅考慮海堤結(jié)構(gòu)本身，未涉及堤后建筑物及使用者的安全，在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)海堤后方規(guī)劃及使用要求，參照國外規(guī)范來確定人工島的越浪量。
4、案例分析
4.1大連某人工島(外海斜坡段)
1)依據(jù)JTJ300—2000《港口與航道護(hù)岸工程設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》第4.2.2條，護(hù)岸頂高程=設(shè)計(jì)高水位+(0.8～1.0)H13%，取6.50m。
2)依據(jù)《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》確定護(hù)岸后方高程。護(hù)岸堤頂高程根據(jù)設(shè)計(jì)高潮位、波浪爬高及安全加高值計(jì)算。其中越浪量波浪爬高可分別按《海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《海港水文規(guī)范》計(jì)算，本設(shè)計(jì)斷面在靜水位上、下半個(gè)波高范圍內(nèi)設(shè)置棧臺，棧臺寬9.44m，為0.5～2倍波高，可根據(jù)《海港水文規(guī)范》波浪爬高相應(yīng)減少10%～15%，結(jié)果見表7。
3)斷面、整體物模試驗(yàn)結(jié)果見表8。
本設(shè)計(jì)護(hù)岸頂高程岸從景觀角度出發(fā)，最終為6.5m，后方陸域高程采用50a一遇的極端高水位和設(shè)計(jì)波浪組合，越浪量按0.05m3?(m·s)控制，則后方陸域的高程為10.0m。本設(shè)計(jì)為了降低后方高程，在距前沿10.0m范圍最大水流厚度設(shè)截水溝，距前沿20m范圍內(nèi)無車道、無建筑物，從護(hù)岸頂起坡后再設(shè)置直立擋浪墻，最終墻頂高程為9.50m。
4.2港珠澳口岸人工島
設(shè)計(jì)工況選擇50a一遇波浪與高潮位組合，越浪量控制采用100a一遇組合，其人工島堤頂高程最終按越浪量控制，具體防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)和越浪量標(biāo)準(zhǔn)見表9。
5、結(jié)語
一般人工島高程的確定可采用以下標(biāo)準(zhǔn):防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)采用50a一遇，特別重要的除外;設(shè)計(jì)潮位與設(shè)計(jì)水位組合選擇50a一遇的極端高水位和設(shè)計(jì)波浪組合，并可按極端荷載條件下波浪和水位的組合進(jìn)行校核。可適當(dāng)考慮堤前設(shè)計(jì)水位的升高值。越浪量的選取除考慮海堤結(jié)構(gòu)本身外，還應(yīng)考慮堤后建筑物及使用者的安全，并通過物模結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
人工島高程可選標(biāo)準(zhǔn)較多，設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)根據(jù)安全性、使用性、景觀和造價(jià)等具體要求進(jìn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的選取。
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