粟建勛

【摘要】防波堤作為重要的港域掩護(hù)建筑物，能夠有效的防御外海波浪對(duì)所掩護(hù)海域的侵襲。因此防波堤在港口工程中具有非常重要的地位。但由于防波堤結(jié)構(gòu)形式具有多樣化的特點(diǎn)，而且長(zhǎng)期處于惡劣的環(huán)境下，造價(jià)較高，因此需要尋求合理、可靠的防波堤結(jié)構(gòu)型式，在確保防波堤具有良好使用功能的基礎(chǔ)上，有效的降低防波堤工程的造價(jià)。

【關(guān)鍵詞】防波堤；結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

防波堤具有較多的種類，能夠有效防范海浪對(duì)海域所帶來的侵襲，有效維持港內(nèi)水域的平穩(wěn)性，確保船舶?？康钠椒€(wěn)性，保證正常的裝卸及旅客上下需要。同時(shí)防波堤能有效減少港內(nèi)淤積的發(fā)生，避免大量流冰進(jìn)入港內(nèi)，部分防波堤還能夠兼作碼頭使用。近年來，港口工程建設(shè)技術(shù)取得了較快發(fā)展，隨著新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)及新工藝應(yīng)用于防波堤工程，需對(duì)防波堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確保更好的保護(hù)港口作業(yè)的安全性。

一、工程概況

文中以某一港口防波堤具體建設(shè)工程為例，對(duì)防波堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行具體的闡述。該擬建的防波堤總長(zhǎng)為420米，主要是對(duì)東向及東北向的波浪進(jìn)行阻擋。

防波堤設(shè)計(jì)水位及設(shè)計(jì)波浪需要根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)擬建防波堤以細(xì)砂混淤泥、砂混粘性土、粉質(zhì)粘土、風(fēng)化石英巖為主。

二、防波堤初始設(shè)計(jì)

由于防波堤工程具有較強(qiáng)的復(fù)雜性和專業(yè)性特點(diǎn)，在該項(xiàng)工程中，根據(jù)水深、潮差、波浪及地質(zhì)、施工條件等因素選擇斜坡式結(jié)構(gòu)，并對(duì)外坡坡度、護(hù)面及塊體下塊石墊層重量等都進(jìn)行了確定。在防波堤頂設(shè)置防浪墻，根據(jù)工程的具體情況來對(duì)墻高、底寬及頂寬進(jìn)行設(shè)計(jì)。同時(shí)以塊石作為防波堤內(nèi)、外坡腳外側(cè)的護(hù)底，對(duì)灘面標(biāo)高進(jìn)行設(shè)計(jì)。按照重力相似原理來設(shè)計(jì)模型試驗(yàn)方法和物理模型。采用規(guī)則波和不規(guī)則波進(jìn)行水力模型試驗(yàn)。在對(duì)初始設(shè)計(jì)試驗(yàn)過程中，其所得到的試驗(yàn)結(jié)果具體可歸納為以下幾點(diǎn)：

（一）五十年一遇極端高水位、設(shè)計(jì)高水位和差值水位（即中水位。▽0.39m）與相應(yīng)水位的五十年一遇波浪組合時(shí)，防浪墻、護(hù)面扭王字塊體和護(hù)底塊石均穩(wěn)定。極端高水位下的五十年一遇規(guī)則波（H1%）波高作用下，防浪墻頂越浪水舌厚度達(dá)到1.08m，不規(guī)則波作用下的越浪量為0.121m3/sm。設(shè)計(jì)高水位下的五十年一遇規(guī)則波（H1%）波高作用下，防浪墻頂越浪水舌厚度達(dá)到0.68m，不規(guī)則波作用下的越浪量為0.042m3/sm。

（二）設(shè)計(jì)低水位和極端低水位與相應(yīng)水位下的50年一遇波浪組合時(shí)，護(hù)面扭王字塊體穩(wěn)定。在規(guī)則波（H13%）作用下，護(hù)底塊石少數(shù)晃動(dòng)，個(gè)別塊石發(fā)生滾動(dòng)。在不規(guī)則波作用下，護(hù)底塊石有少數(shù)（1～3塊）滾動(dòng)位移，經(jīng)波浪累計(jì)作用，2.5h（原型時(shí)間）后，少數(shù)塊石被波浪水流帶到坡腳的扭王字塊體上，但護(hù)底塊石表面變形不明顯，屬于基本穩(wěn)定。

（三）五十年一遇極端高水位（▽2.96m）與相應(yīng)水位的五十年一遇波浪組合時(shí)。在規(guī)則波（H5%）和不規(guī)則波越頂波浪水流沖擊下，內(nèi)坡平臺(tái)拋填塊石發(fā)生滾動(dòng)、插砌條石跳動(dòng)，經(jīng)波浪累計(jì)作用2.5h（原型時(shí)間）后，平臺(tái)拋填塊石被沖走、滾落到下部坡面上，預(yù)制砼鎮(zhèn)腳塊外移0.20m（原型），平臺(tái)以上護(hù)面條石松動(dòng)，有多塊插砌條石被抽出。內(nèi)坡平臺(tái)及以上護(hù)面條石不穩(wěn)定。

三、防波堤結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，各個(gè)設(shè)計(jì)水位下外坡護(hù)面扭王塊和堤頂防浪墻均具有較好的穩(wěn)定性，但對(duì)于設(shè)計(jì)低水位及極端低水位下外坡的護(hù)底塊石存在著個(gè)別發(fā)生滾動(dòng)的情況，同時(shí)同是極端高水位下內(nèi)坡的平臺(tái)拋填塊石和插砌條石也存在著不穩(wěn)定的問題，因此需要根據(jù)不同的部位來對(duì)具體的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行調(diào)整。

（一）護(hù)底塊石。對(duì)于護(hù)底塊石的穩(wěn)定重量需要根據(jù)規(guī)范公式以堤前最大波浪底流速來進(jìn)行確定。針對(duì)于試驗(yàn)中外坡護(hù)底塊石在設(shè)計(jì)低水位下存在個(gè)別滾動(dòng)的情況，需要對(duì)護(hù)底塊石穩(wěn)定性與坡腳扭王字塊體的穩(wěn)定性進(jìn)行充分考慮，為了避免其可能會(huì)對(duì)整體防波堤護(hù)面穩(wěn)定性帶來的影響，則需要增加外坡護(hù)底塊石的重量，確保護(hù)底塊石在各水位下具有較好的穩(wěn)定性。

（二）內(nèi)側(cè)坡護(hù)面。由于內(nèi)坡不會(huì)受到外海波浪的直接影響，因此在缺乏越頂波浪水流具體數(shù)值的情況下根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)采用厚度80厘米的插砌條石家護(hù)面形式。但在試驗(yàn)過程中，在五十年一遇極端高水位與相應(yīng)水位的五十年一遇波浪組合時(shí)，內(nèi)側(cè)上坡的插砌條石在越頂波浪水流沖擊下會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)情況，存在多塊條石被抽出的現(xiàn)象。在對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要加大條石的長(zhǎng)度，但這樣必然會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)增加，而且該工程量較大，利用人工插砌條石存在著費(fèi)工費(fèi)時(shí)的問題，因此可以采用砼框架與摻石砼護(hù)面的形式，并預(yù)留好排水孔，確保內(nèi)側(cè)坡護(hù)面具有較好的穩(wěn)定性。

（三）防浪墻。在初始設(shè)計(jì)時(shí)，防浪墻頂高程是按照基本不越浪標(biāo)準(zhǔn)來確定的，而且防浪墻的抗傾抗滑性能也能夠有效的滿足規(guī)范上關(guān)于穩(wěn)定性的要求。在試驗(yàn)中各個(gè)設(shè)計(jì)水位下堤頂防浪墻都具有較好的穩(wěn)定性。但防浪墻頂?shù)母叱讨苯雨P(guān)系到堤頂越浪量的大小，會(huì)對(duì)內(nèi)坡的工作環(huán)境帶來直接的影響，因此需要對(duì)內(nèi)坡肩臺(tái)附近進(jìn)行有效調(diào)整。通過對(duì)防浪墻頂標(biāo)高和底標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，將挑浪嘴增設(shè)在墻頂部外側(cè)，從而有效的減少越浪量，對(duì)內(nèi)坡平臺(tái)的工作環(huán)境進(jìn)行有效的改善。

（四）內(nèi)側(cè)肩臺(tái)。在試驗(yàn)過程中內(nèi)坡平臺(tái)拋填塊石存在著滾動(dòng)及被沖走的現(xiàn)象，同時(shí)預(yù)制砼鎮(zhèn)腳塊存在著外移的問題。針對(duì)施工技術(shù)及經(jīng)濟(jì)性方面考慮，在調(diào)整時(shí)可以采用抬高防浪墻的頂高程的辦法，這樣即使在極端高水位下，預(yù)制砼鎮(zhèn)腳塊也能夠保持穩(wěn)定狀態(tài)，平臺(tái)拋鎮(zhèn)塊石也能夠保持基本穩(wěn)定。對(duì)于局部不穩(wěn)定情況，可以增加預(yù)制砼鎮(zhèn)腳寬度，將平臺(tái)拋填塊石改為平臺(tái)理砌塊石，有效的提高坡護(hù)面的穩(wěn)定性，從而確保防浪墻及防波堤整體穩(wěn)定性。

四、結(jié)束語

防波堤工程作為港口工程中非常重要的組成部分，屬于港口重要的水工建筑物，其具有較多的類型，而且在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的新形勢(shì)下，一些新型的防波堤也不斷的涌現(xiàn)出來，在港口工程施工過程中有了更多的選擇。但在具體防波堤設(shè)計(jì)時(shí)，需要遵循技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)構(gòu)安全及適用且耐久等原則，有效的保證港內(nèi)水域的泊穩(wěn)條件，滿足船舶停泊及碼頭裝卸作業(yè)等需求，確保港口的安全性和穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]信書，徐偉，趙海濤，郝春玲.朱家尖月岙漁港透空式防波堤設(shè)計(jì)[J].水運(yùn)工程，2012-01-25.

[2]王美茹.深水防波堤設(shè)計(jì)方法初探[J].港工技術(shù)，2010-06-15.