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【摘 要】 文章主要以本人近几年施工的胜利油田孤东海堤为例，运用各种公式分析器结构稳定安全性，并提出海堤工程的各种应对措施，为提高油田和沿海城市居民的安全性保驾护航。
【关键词】 典型海堤结构;稳定;安全;分析
一、前言
孤东海堤位于东营市河口区东部的渤海浅海区域，黄河入海口以北约15km处，始建于1987年，全长约16.7km。近年，随着经济的迅速发展，生态环境也随之被逐渐破坏，再加上各种恶劣的气候灾难不断地侵蚀，使得大堤局部严重损坏，为保证油区的安全与正常生产，需要对这些损坏部位进行及时分析、处理。在中国的沿海城市，也同样面临着类似的问题，城市的不断发展，空间范围便不断地向海陆边界发展，这些都是使得风暴等自然灾害日趋严重。建设能够达到抵御高标准自然灾害，并在超标准情况下也不会被大规模毁坏而造成人员和财产的损失是当前和今后一段时间沿海地区的重要任务。
二、典型海堤结构稳定安全性分析
2.1块体稳定性复核
块体稳定性复核主要研究本工程海堤下坡翼形块体稳定性，根据《海堤工程设计规范》（SL435—2008）J.0.6块体、块石单重，同《防波堤设计与施工规范》（JTJ298—98）4.2.18条人工块体稳定重量计算：
式中：Q是指主要护面层的护面块体、块石个体质量（t）。当护面由两层块石组成，则块石质量可在0.75Q～1.25Q范围内，但应有50%以上的块石质量大于Q;
rb是指人工块体或块石的重度（kN/m3）;
r是指水的重度（kN/m3）;
H是指设计波高（m），当平均波高与水深的比值小于0.3时，宜采用H5%，当比值大于0.3时，宜采用取H13%;
KD是指稳定系数;
t是指块体或块石护面层厚度（m）;
m是指斜坡坡率。
计算结果见表1，由计算结果可知，表中安全系数大于1的为安全，安全系数小于1为失稳。由计算结果可以看出，本工程在设计台风和强台风作用下，现状块体单重满足稳定条件，在超强台风条件下，块体单重不满足稳定条件。
表1 不同条件下翼形块体稳定性
计算工况 堤前水深（m） 平均波高（m） 平均周期（s） 复核结果
现状单重/计算单重 安全性
设防标准台风 工况1 7.47 2.48 6.90 1.87 安全
强台风 工况2 8.99 2.72 6.75 1.13 安全
超强台风 工况3 11.30 3.85 7.82 0.73 失稳
2.2栅栏板稳定性复核
本工程外侧护坡上坡为栅栏板，栅栏板厚度主要根据《海堤工程设计规范》（SL435—2008）J.0.5栅栏板护坡厚度计算，栅栏板的厚度（m）可按下式确定：
式中：r是指水的重度;
rb是指材料重度;
d是指堤前水深（m）;
m是指斜坡坡度;
H是指计算波高，稳定厚度计算中取H13%;
计算结果见表2，由计算结果可知，表中安全系数大于1的为安全，安全系数小于1为厚度不满足。由计算结果可以看出，本工程在各计算工况下，现状栅栏板厚度均满足稳定条件，但是在超强台风条件下，栅栏板厚度安全富余不多，接近临界值。
表2 不同条件下栅栏板厚度复核计算
计算工况 堤前水深（m） 平均波高（m） 平均周期（s） 计算厚度（m） 复核结果
现状厚度/计算厚度 安全性
设防标准台风 工况1 7.47 2.48 6.90 7.47 1.38 安全
强台风 工况2 8.99 2.72 6.75 8.99 1.19 安全
超强台风 工况3 11.30 3.85 7.82 11.30 1.03 安全
2.3防浪墙稳定性复核
本工程防浪墙为深弧防浪墙，墙体高度在2.sm左右。防浪墙抗滑和抗倾计算根据《海堤工程设计规范》（SL435—2008）有关规定计算。防洪墙的抗滑稳定安全系数计算公式：
式中：KC是指抗滑稳定安全系数;
ΣW是指作用于墙体上的全部垂直力的总和，kN;
ΣP是指作用于墙体上的全部水平力的总和，kN;
F是指底板与堤基之间的摩擦系数;
防洪墙的抗倾稳定安全系数计算公式：
式中：K0—是指抗划稳定安全系数;
ΣMV是指抗倾覆力矩，kN·m;
ΣMH是指倾覆力矩，kN·m。
抗滑、抗倾计算结果及抗滑、抗倾允许计算结果见表3：
表3 防浪墙抗滑、抗倾稳定复核计算
计算工况 抗滑复核 抗傾复核
计算结果 允许系数 复核结果 计算结果 允许系数 复核结果
设防标准
台风 1.77 1.35 安全 1.93 1.60 安全
强台风 1.33 1.05 安全 1.62 1.40 安全
超强台风 1.21 1.05 安全 1.09 1.40 安全
2.4越浪量计算综合分析
由于越浪量不仅与坡面糙率，波陡，静水超高有关，还与来波性质，外坡坡度，平台宽度和高程，防浪墙位置和形式等有关，国内外公式在经过不断修正过程中，对各因素的考虑必然存在一些差异。而物理模型的模拟也因难以克服比尺效应的影响而存在一定的误差。国内各类越浪量公式的计算只要适用于单坡海堤，故本节主要引用了最新的欧洲公式，来对各工况进行综合评价。 表4 各类方法计算结果综合表
方案 欧洲公式
设计标准台风 工况1 0.001
强台风 工况2-A 0.03
超强台风 工况3-A 0.202
由于海堤内侧为生长良好的草皮护坡和砌石护面，根据国内外海堤规范之相关规定，确保海堤安全的允许越浪量可控制在0.02～0.05m3/s.m之间。由上述计算可以看出，只有在设计标准台风下，海堤越浪量满足条件。在强台风条件下，和超强台风条件下，均不满足。
三、工程应对措施
某地区目前海堤情况基本符合设防标准，可以抵抗两百年一遇的高潮位以及12级风浪。就现在全球气候的变化情况以及本地区所处的地理位置，该地区发生超强台风都是可能的。在设计标准下，该地区新海堤的防御能力符合标准，但如果遭遇强台风或超强台风，该地区海堤安全应对能力依然不充分，主要表现在堤顶越浪量过大，有决堤可能，且堤顶防浪墙稳定性不够，有失稳可能。另外该地区相邻的周边沿海地区有许多产业开发区，巨大的经济规模和社会影响，决定了该地区防风暴潮安全具有极其重大的意义，有必要采取适当的应对措施进行防灾减灾，把风险控制在合理的范围内。控制措施如下：
3.1加强监测，保证海堤始终处于完好工况
加强行政管理，落实监测制度，及时掌握滩势和沉降位移等变化，同时通过人工巡查和勘探等措施，及时发现堤身空洞等不安全隐患，针对发现的问题及时修缮加固，使海堤处于完好的挡潮工况。特别要注意滩势冲刷岸段，穿堤建筑物等容易忽略点。
3.2完善制度，保证出现的问题能够得到及时合理的处理
管理手段科学，才能有效发挥作用，才能使得现有设施发挥基本功能，防潮减灾功能才能显示出来。这些制度有日常的台风期巡查、水下地形测量分析、海堤及保护带使用与维护、各种危险工况的应急预案。
3.3根据要求，发挥码头抵挡风浪功能
结合防汛保护要求规划布置岸线码头，发挥码头挡风消浪的保护作用，同时减小航道泊位浚深对大堤的不利之害。从本文研究来看，超标准台风作用下，控制好堤顶防浪墙的稳定和越浪量，便可以大大地提高临港地区风暴潮防御能力。
3.4加强护坡结构的保护
根据保滩和年修，加强护坡结构的保护，逐步提高海堤防潮能力，并且大堤草皮内坡越浪易损，所以适当强化越浪防冲能力，实现小越浪、越浪不跨堤的安全目标。
3.5设置区域性包围和分隔
根据市政道路布局、地形地貌条件和土地利用情况，有意识设置区域性包围和分隔，发生极端灾害情况下，越堤和决口水流能被限制或阻滞在有限的范围内，以控制灾损。一旦大堤决口，淹没范围高达两百多平方公里，因此，利用老海塘、高等级主干道等，有意识地设置一定范围的阻挡和分隔，可以很好地控制灾害带来的危害。
3.6该地区海堤的相关改进
（1）通过保滩养滩，增加堤前滩地高程，减小风浪作用，整体上提高稳定。
（2）结合岁修逐步加抛更重的块体，对连接部位和上部块体增加限位结构措施等;
（3）采用增加墙体厚度或外侧上坡增加消浪结构以减轻波浪浮托力的方式增加其抗倾能力;
（4）采用在内侧护坡增加砌石护面的比重，适当减小草皮护面;在护坡增加导流渠道;以及在堤顶道路内侧增设挡水矮墙等措施，减轻越浪水流对内坡的淘刷。
四、小结
综上所述，我国乃至全球气候越来越恶劣，各种自然灾害频发，对于沿海城市，既要保证经济的发展，还要保證市民的人生财产安全，那么做好典型海堤结构稳定安全工作是非常关键的，以某沿海地区为例，新建海堤通过各项分析复核，确定可以抵抗两百年一遇的高潮位以及12级超强台风，如此一来，该地区的各种安全便有了保障。
参考文献：
[1]殷杰.中国沿海台风风暴潮灾害风险评估研究[D].华东师范大学，2011.
[2]潘丽红.台风条件下上海地区典型海堤防御能力评价研究[D].华东师范大学，2011.
[3]牛海燕.中国沿海台风灾害风险评估研究[D].华东师范大学，2012.
【关键词】 典型海堤结构;稳定;安全;分析
一、前言
孤东海堤位于东营市河口区东部的渤海浅海区域，黄河入海口以北约15km处，始建于1987年，全长约16.7km。近年，随着经济的迅速发展，生态环境也随之被逐渐破坏，再加上各种恶劣的气候灾难不断地侵蚀，使得大堤局部严重损坏，为保证油区的安全与正常生产，需要对这些损坏部位进行及时分析、处理。在中国的沿海城市，也同样面临着类似的问题，城市的不断发展，空间范围便不断地向海陆边界发展，这些都是使得风暴等自然灾害日趋严重。建设能够达到抵御高标准自然灾害，并在超标准情况下也不会被大规模毁坏而造成人员和财产的损失是当前和今后一段时间沿海地区的重要任务。
二、典型海堤结构稳定安全性分析
2.1块体稳定性复核
块体稳定性复核主要研究本工程海堤下坡翼形块体稳定性，根据《海堤工程设计规范》（SL435—2008）J.0.6块体、块石单重，同《防波堤设计与施工规范》（JTJ298—98）4.2.18条人工块体稳定重量计算：
式中：Q是指主要护面层的护面块体、块石个体质量（t）。当护面由两层块石组成，则块石质量可在0.75Q～1.25Q范围内，但应有50%以上的块石质量大于Q;
rb是指人工块体或块石的重度（kN/m3）;
r是指水的重度（kN/m3）;
H是指设计波高（m），当平均波高与水深的比值小于0.3时，宜采用H5%，当比值大于0.3时，宜采用取H13%;
KD是指稳定系数;
t是指块体或块石护面层厚度（m）;
m是指斜坡坡率。
计算结果见表1，由计算结果可知，表中安全系数大于1的为安全，安全系数小于1为失稳。由计算结果可以看出，本工程在设计台风和强台风作用下，现状块体单重满足稳定条件，在超强台风条件下，块体单重不满足稳定条件。
表1 不同条件下翼形块体稳定性
计算工况 堤前水深（m） 平均波高（m） 平均周期（s） 复核结果
现状单重/计算单重 安全性
设防标准台风 工况1 7.47 2.48 6.90 1.87 安全
强台风 工况2 8.99 2.72 6.75 1.13 安全
超强台风 工况3 11.30 3.85 7.82 0.73 失稳
2.2栅栏板稳定性复核
本工程外侧护坡上坡为栅栏板，栅栏板厚度主要根据《海堤工程设计规范》（SL435—2008）J.0.5栅栏板护坡厚度计算，栅栏板的厚度（m）可按下式确定：
式中：r是指水的重度;
rb是指材料重度;
d是指堤前水深（m）;
m是指斜坡坡度;
H是指计算波高，稳定厚度计算中取H13%;
计算结果见表2，由计算结果可知，表中安全系数大于1的为安全，安全系数小于1为厚度不满足。由计算结果可以看出，本工程在各计算工况下，现状栅栏板厚度均满足稳定条件，但是在超强台风条件下，栅栏板厚度安全富余不多，接近临界值。
表2 不同条件下栅栏板厚度复核计算
计算工况 堤前水深（m） 平均波高（m） 平均周期（s） 计算厚度（m） 复核结果
现状厚度/计算厚度 安全性
设防标准台风 工况1 7.47 2.48 6.90 7.47 1.38 安全
强台风 工况2 8.99 2.72 6.75 8.99 1.19 安全
超强台风 工况3 11.30 3.85 7.82 11.30 1.03 安全
2.3防浪墙稳定性复核
本工程防浪墙为深弧防浪墙，墙体高度在2.sm左右。防浪墙抗滑和抗倾计算根据《海堤工程设计规范》（SL435—2008）有关规定计算。防洪墙的抗滑稳定安全系数计算公式：
式中：KC是指抗滑稳定安全系数;
ΣW是指作用于墙体上的全部垂直力的总和，kN;
ΣP是指作用于墙体上的全部水平力的总和，kN;
F是指底板与堤基之间的摩擦系数;
防洪墙的抗倾稳定安全系数计算公式：
式中：K0—是指抗划稳定安全系数;
ΣMV是指抗倾覆力矩，kN·m;
ΣMH是指倾覆力矩，kN·m。
抗滑、抗倾计算结果及抗滑、抗倾允许计算结果见表3：
表3 防浪墙抗滑、抗倾稳定复核计算
计算工况 抗滑复核 抗傾复核
计算结果 允许系数 复核结果 计算结果 允许系数 复核结果
设防标准
台风 1.77 1.35 安全 1.93 1.60 安全
强台风 1.33 1.05 安全 1.62 1.40 安全
超强台风 1.21 1.05 安全 1.09 1.40 安全
2.4越浪量计算综合分析
由于越浪量不仅与坡面糙率，波陡，静水超高有关，还与来波性质，外坡坡度，平台宽度和高程，防浪墙位置和形式等有关，国内外公式在经过不断修正过程中，对各因素的考虑必然存在一些差异。而物理模型的模拟也因难以克服比尺效应的影响而存在一定的误差。国内各类越浪量公式的计算只要适用于单坡海堤，故本节主要引用了最新的欧洲公式，来对各工况进行综合评价。 表4 各类方法计算结果综合表
方案 欧洲公式
设计标准台风 工况1 0.001
强台风 工况2-A 0.03
超强台风 工况3-A 0.202
由于海堤内侧为生长良好的草皮护坡和砌石护面，根据国内外海堤规范之相关规定，确保海堤安全的允许越浪量可控制在0.02～0.05m3/s.m之间。由上述计算可以看出，只有在设计标准台风下，海堤越浪量满足条件。在强台风条件下，和超强台风条件下，均不满足。
三、工程应对措施
某地区目前海堤情况基本符合设防标准，可以抵抗两百年一遇的高潮位以及12级风浪。就现在全球气候的变化情况以及本地区所处的地理位置，该地区发生超强台风都是可能的。在设计标准下，该地区新海堤的防御能力符合标准，但如果遭遇强台风或超强台风，该地区海堤安全应对能力依然不充分，主要表现在堤顶越浪量过大，有决堤可能，且堤顶防浪墙稳定性不够，有失稳可能。另外该地区相邻的周边沿海地区有许多产业开发区，巨大的经济规模和社会影响，决定了该地区防风暴潮安全具有极其重大的意义，有必要采取适当的应对措施进行防灾减灾，把风险控制在合理的范围内。控制措施如下：
3.1加强监测，保证海堤始终处于完好工况
加强行政管理，落实监测制度，及时掌握滩势和沉降位移等变化，同时通过人工巡查和勘探等措施，及时发现堤身空洞等不安全隐患，针对发现的问题及时修缮加固，使海堤处于完好的挡潮工况。特别要注意滩势冲刷岸段，穿堤建筑物等容易忽略点。
3.2完善制度，保证出现的问题能够得到及时合理的处理
管理手段科学，才能有效发挥作用，才能使得现有设施发挥基本功能，防潮减灾功能才能显示出来。这些制度有日常的台风期巡查、水下地形测量分析、海堤及保护带使用与维护、各种危险工况的应急预案。
3.3根据要求，发挥码头抵挡风浪功能
结合防汛保护要求规划布置岸线码头，发挥码头挡风消浪的保护作用，同时减小航道泊位浚深对大堤的不利之害。从本文研究来看，超标准台风作用下，控制好堤顶防浪墙的稳定和越浪量，便可以大大地提高临港地区风暴潮防御能力。
3.4加强护坡结构的保护
根据保滩和年修，加强护坡结构的保护，逐步提高海堤防潮能力，并且大堤草皮内坡越浪易损，所以适当强化越浪防冲能力，实现小越浪、越浪不跨堤的安全目标。
3.5设置区域性包围和分隔
根据市政道路布局、地形地貌条件和土地利用情况，有意识设置区域性包围和分隔，发生极端灾害情况下，越堤和决口水流能被限制或阻滞在有限的范围内，以控制灾损。一旦大堤决口，淹没范围高达两百多平方公里，因此，利用老海塘、高等级主干道等，有意识地设置一定范围的阻挡和分隔，可以很好地控制灾害带来的危害。
3.6该地区海堤的相关改进
（1）通过保滩养滩，增加堤前滩地高程，减小风浪作用，整体上提高稳定。
（2）结合岁修逐步加抛更重的块体，对连接部位和上部块体增加限位结构措施等;
（3）采用增加墙体厚度或外侧上坡增加消浪结构以减轻波浪浮托力的方式增加其抗倾能力;
（4）采用在内侧护坡增加砌石护面的比重，适当减小草皮护面;在护坡增加导流渠道;以及在堤顶道路内侧增设挡水矮墙等措施，减轻越浪水流对内坡的淘刷。
四、小结
综上所述，我国乃至全球气候越来越恶劣，各种自然灾害频发，对于沿海城市，既要保证经济的发展，还要保證市民的人生财产安全，那么做好典型海堤结构稳定安全工作是非常关键的，以某沿海地区为例，新建海堤通过各项分析复核，确定可以抵抗两百年一遇的高潮位以及12级超强台风，如此一来，该地区的各种安全便有了保障。
参考文献：
[1]殷杰.中国沿海台风风暴潮灾害风险评估研究[D].华东师范大学，2011.
[2]潘丽红.台风条件下上海地区典型海堤防御能力评价研究[D].华东师范大学，2011.
[3]牛海燕.中国沿海台风灾害风险评估研究[D].华东师范大学，2012.