堤身結構形式選擇
根據斷面外形特點，海堤結構型式大體上分為三種基本形式，即斜坡式、陡牆式和混合式。混合式海堤型式斷面組合得當，可兼有前兩者的優點，適用於地質條件較差、水深大、受風浪影響較大的堤段。
地質為軟土特性、風浪及水深較大，兼顧考慮已建半圓體防波堤情況，採用混合式斷面形式是比較合適的。設計採用帶平台的複式斷面，消浪平台的設定可減少波浪飛濺，平台上的紊動波流能消耗大部分波浪能量，有效地減少波浪爬高，同時也有利於提高堤身斷面的穩定性。根據南港工業區東邊界現已建成的半圓體結構防波堤位置，從消浪效果、工程投資及占地等角度考慮，東邊界永久達標防潮海堤設計與半圓體防波堤整體結合布置，半圓體與設計消浪平台相銜接。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。
堤頂高程的確定
目前，海堤的設計主要分為不允許越浪和允許部分越浪兩大類。天津沿海地區軟基分布較廣泛，在軟基上新建海堤排水固結周期長，沉降量大，故海堤的填築速度和建設高度受到限制。按不允許越浪設計，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，不僅會極大的增加軟土地基的處理費用，加大工程投資，還會增加施工難度，延長建設周期，很不經濟合理。按允許部分越浪設計在控制越浪浪滿足要求的前提下，可以有效降低堤身高度，優勢比較明顯。
海堤位於軟土地基上，堤頂高程過高會增加潰堤的風險。考慮本次設計堤頂及堤坡均有防護，同時背海側結合整體規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行設計。根據規範的有關規定及公式，按照帶平台的複合式斜坡堤，採取按允許部分越浪的波浪要素進行計算，設計堤頂高程取值8.50m。
規範中海堤允許越浪量的計算方法是建立在簡單單坡和陡牆模型試驗的基礎上，計算方法和計算公式比較單一且精度有限，難於適應複雜斷面結構型式海堤的越浪量計算。海堤結構斷面和波浪作用條件較複雜，波浪爬高和越浪量計算與現有經驗公式的適用條件不完全一致，為了驗證海堤越浪量、確定堤頂高程和對海堤結構進行最佳化，本次設計海堤斷面結構進行了物理模型試驗。參照試驗結論，從安全和經濟的角度考慮，最終確定本次海堤設計堤頂高程為9.0m。
斷面結構設計
越浪海堤的斷面設計除了解決越浪量和堤頂高程的問題，還包括堤身、堤坡護面結構、堤頂結構及堤基處理等方面的問題。
堤身設計
充砂袋適用於地基承載力較低的中、高灘部位，具有滲透性好，易於排水固結等優點，目前已廣泛套用於各種圍埝和護岸結構中，近年在天津地區得到普遍套用。為適應軟基上築堤的特點，本工程堤身採用水力充填砂袋填築。設計每層砂袋高0.5m，層間布置袋裝碎石平整坡面。為保護沖砂管袋以及減少袋內充填物跑漏，在現狀半圓體結構背海側設定拋石稜體，稜體後設定混合倒濾層，並在充填管袋與其接觸結構適當加大墊層保護措施。[1]
臨海側設計
臨海側直接經受波浪作用，護面結構主要從穩定性、抗沖刷能力、消浪效果等角度綜合考慮。該部分結構上部應能夠承受波浪的打擊、上吸；下部應能承受波浪的反覆掏刷。因此要求護面結構強度要高，穩定性要滿足要求，護面底要做好反濾。同時護腳要有足夠的支承力，要能防止底腳被淘刷，或發生淘刷時，仍有足夠的能力支承護面結構。
目前海堤常用的護面塊體有柵欄板、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於常潮位以上的護面，但四腳空心方塊不宜用於設計波高大於4m時，本工程所在位置堤前水深大，波浪較強，設計波高超過4m，故而消浪平台及其上部斜坡段採用柵欄板護面，下設乾砌塊石墊層和碎石墊層及土工布一層。消浪平台與半圓體結構水平銜接，為滿足半圓體穩定和防衝要求，臨海側半圓體前增設拋石稜體護腳。[1]
背海側設計
越過防浪牆的波浪將直接與堤頂或後坡碰撞，流速衰減迅速，故背海側堤坡的防護原則上以能承受垂直於坡面的衝擊力為主，無波浪的回流水流的拖拽力，因此護面設定主要考慮透水、消能並保證良好的反濾墊層。背海側堤肩採用混凝土結構以防越浪衝擊。考慮岸坡穩定和上部結構施工要求，本工程背海側堤坡設計採用兩級平台，上級平台高程與臨海側消浪平台齊平，其上部護坡採用柵欄板，下設乾砌塊石墊層和碎石墊層及土工布一層；上下兩級平台之間的護坡以及上級平台採用灌砌石護面，下級平台採用乾砌塊石護面；護坡下堤腳處設拋石稜體護腳。
堤頂結構設計
考慮越浪的強度要求，堤頂護面的強度要求同臨海面。堤頂一般兼作防汛公路，故護面一般採用混凝土結構。堤頂設定防浪牆，既可節省海堤堤身工程量，減輕堤基荷載，也可防止或減少波浪越頂。當堤頂臨海側設有防浪牆、且防浪牆穩定、堅固時，堤頂高程可算至防浪牆頂面。常用的防浪牆材料有漿砌石、灌砌石和鋼筋混凝土牆結構。從強度要求和保護對象重要性角度考慮，本工程設計採用鋼筋混凝土防浪牆，牆頂高程取為上節確定的9.0m高程。
防浪牆迎海側設計採用反弧形，以減小波浪反射，使衝擊水流迴轉，從而消減浪壓力，減少越堤水量。規定一級海堤不包括防浪牆的堤頂寬度應大於5m。結合運用管理情況，本次設計堤頂為現澆混凝土路面，寬6m（不含防浪牆寬度），路面高程低於牆頂1.2m。為利於排水，路頂面設計1%坡比傾向背海側。路面中心設定縮縫，採取誘導切割方式在路面中心切割一條假縫，當面板收縮時，將沿此最薄弱斷面有規則地自行斷裂。
堤基處理設計
對海堤軟土地基的常用處理措施，淺埋的薄層軟土宜挖除；當軟土厚度較大難以挖除或挖除不經濟時，可採用墊層法、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築堤，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，且水泥攪拌樁的強度上升比較緩慢，均不宜採用。
塑膠排水板結合砂墊層排水，堆載預壓的方法，是由豎向排水與水平排水相結合形成完整的排水系統對地基進行固結加固。該方法工程造價低，排水效果明顯，地基強度增長明顯，是一種成熟、可靠的方法，在水上和陸上施工都非常方便，已在天津地區廣泛使用。採用塑膠排水板地基礎處理後，主體部分的堤基沉降量可完成80%左右，可保證竣工後的安全運用，減少維修。根據防潮海堤工程級別、堤高、地質條件、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計採用插塑膠排水板加砂墊層後堆載預壓的方法。
設計排水板正方形布置，橫縱排間距為1.0m。考慮到半圓體防波堤的整體穩定性，不宜在其背海側地基處採用挖泥換砂措施，故在原泥面上鋪設1m厚粗砂墊層，砂墊層不僅做為水平排水系統，同時能提高地基承載力。上部堤身分級填築，對地基進行堆載預壓處理。
