張先武，陳松貴，陳漢寶

(1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300456)

強(qiáng)浪條件下沙質(zhì)海岸施工期泥沙淤積特征研究

張先武1，陳松貴2，陳漢寶2

(1.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，武漢 430071；2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300456)

基于印度尼西亞爪洼島南岸的水動(dòng)力條件和泥沙特征分析，對(duì)強(qiáng)浪作用下沙質(zhì)海岸施工期泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了研究。以Adipala工程為例，通過(guò)沿岸輸沙和泥沙向岸運(yùn)移凈堆積計(jì)算，分析了不同防波堤施工時(shí)序?qū)δ嗌秤俜e的影響。結(jié)果表明采用潛堤預(yù)拋的施工方式能夠有效地減少施工期泥沙淤積量。

泥沙淤積;強(qiáng)浪;沙質(zhì)海岸;施工期

印度尼西亞是中國(guó)東盟最大的貿(mào)易伙伴，作為“一帶一路”戰(zhàn)略的重要節(jié)點(diǎn)，也是中國(guó)海外港口項(xiàng)目的主要所在地。爪洼島作為印尼最重要的地區(qū)，不僅集中60%的人口，還是首都雅加達(dá)、經(jīng)濟(jì)特區(qū)日惹和主要經(jīng)濟(jì)城市泗水、萬(wàn)隆、三寶壟所在地，因此在面向印度洋的印尼爪洼島南岸面有著越來(lái)越多的港口工程項(xiàng)目正在或即將建設(shè)。海岸建港首先應(yīng)搞清沿岸輸沙的特性和岸灘演變的趨勢(shì)，研究淤積強(qiáng)度的分布，從而估算淤積量。即使在相對(duì)穩(wěn)定的這類(lèi)岬間弧形灣海岸建港，防波堤、碼頭等水工建筑物的建設(shè)破壞了原有的輸沙平衡，加之鄰近徑流充沛的河口，如果平面布置不當(dāng)或是施工順序不合理，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的泥沙淤積問(wèn)題。例如，在爪哇島南岸Pacitan[1]港口的建設(shè)中，首先形成連岸的西防波堤，泥沙在南向波浪作用下，快速在掩護(hù)區(qū)內(nèi)堆積，3個(gè)月內(nèi)，原有-3 m水深的掩護(hù)水域被泥沙淤滿，平均淤高至+1 m以上，泥沙淤積量約8萬(wàn)m3[1]；隨著東防波堤堤根的建設(shè)，泥沙從深水向淺水推高，原-20 m水深處沖刷至-22 m水深，泥沙淤積進(jìn)一步加重，達(dá)6萬(wàn)m3。清淤和防波堤施工工程量的增加直接加大工程費(fèi)用約七千萬(wàn)元。因此，需加強(qiáng)沙質(zhì)海岸強(qiáng)浪作用下的沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律研究，解決施工期嚴(yán)重淤積問(wèn)題。

本文基于印度尼西亞爪洼島南岸的水動(dòng)力條件和泥沙特征進(jìn)行了分析，對(duì)強(qiáng)浪作用下沙質(zhì)海岸施工期泥沙運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)地研究，并提出了減少泥沙淤積的施工工序優(yōu)化措施。本文的研究成果能夠?yàn)榻窈箢?lèi)似工程的施工提供重要的借鑒意義。

1 爪哇島南岸海岸水動(dòng)力條件和泥沙特征

1.1波浪動(dòng)力條件

爪洼島南岸面對(duì)這廣闊的印度洋，波浪條件惡劣。本文選取了Adipala, Gama和Pacitan 3個(gè)典型的區(qū)域[2-6]，對(duì)爪洼島南岸的波浪特征進(jìn)行分析。其位置分別如圖1所示，其中三角形和圓點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著相應(yīng)區(qū)域的潮流和波浪測(cè)站位置。根據(jù)3個(gè)地區(qū)的工程實(shí)測(cè)資料，波高超過(guò)1.3 m和2.0 m的出現(xiàn)頻率如圖2所示。從圖中可以看出，印度洋環(huán)境下每月均會(huì)出現(xiàn)2 m高以上大浪，5～9月受季風(fēng)的影響，表現(xiàn)特別突出，出現(xiàn)2～3 m波高波浪的天數(shù)達(dá)70%以上，1～4月份及11～12月份出現(xiàn)2～3 m波高波浪的天數(shù)仍維持在20%～30%的比例。

除了波高，印尼爪洼島南岸的波浪表現(xiàn)出明顯的涌浪特征。季風(fēng)期外海涌浪與風(fēng)成浪相互疊加，非季風(fēng)期波浪主要表現(xiàn)為外海環(huán)境變化所引起的長(zhǎng)周期涌浪，從Adipala的實(shí)測(cè)資料可知，涌浪的周期一般大于10 s，平均周期大于13 s，最大周期達(dá)21 s。波高與周期之間沒(méi)有明顯的大小關(guān)系。波浪集中在SSW、S和SSE方向，呈現(xiàn)一定的季節(jié)特征。

圖1 爪洼島南岸三個(gè)典型區(qū)域地理位置圖2 三個(gè)區(qū)域波高超過(guò)1.3 m和2.0 m的出現(xiàn)頻率Fig.1 Locations of three projects in the south of JAWA island Fig.2 Frequency when wave height overpasses 1.3 m and 2.0 m at three projects

1.2潮流動(dòng)力條件

根據(jù)3個(gè)典型區(qū)域潮流觀測(cè)經(jīng)計(jì)算分析，印尼爪洼島南岸的潮型為以半日潮為主的混合潮，Adipala的典型潮位過(guò)程如圖 3所示。即每天有2個(gè)高潮位和2個(gè)低潮位，潮高和潮時(shí)存在明顯的日潮不等現(xiàn)象。漲潮歷時(shí)稍大于落潮歷時(shí)。

3個(gè)典型工程所在海域現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)潮流流速如表 1，由表中數(shù)據(jù)可知，爪哇島南岸潮差流速在0.04～0.306 ms，潮流動(dòng)力較弱，僅潮流作用下的泥沙基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，泥沙運(yùn)動(dòng)則主要由波浪引起。

表1 爪哇島南岸3個(gè)工程潮流流速統(tǒng)計(jì)Tab.1 Tidal current statistics at three projects ms

表1 爪哇島南岸3個(gè)工程潮流流速統(tǒng)計(jì)Tab.1 Tidal current statistics at three projects ms

項(xiàng)目位置最大垂線平均流速最小垂線平均流速測(cè)點(diǎn)水深備注Pacitan0．3060．125-12．0～-18．0mAdipala0．260．04-3．0～-15．0mGama0．250．1-4．1～-16．3m

圖3 Adipala工程2008年12月份典型潮位過(guò)程圖Fig.3 Time serials of tide in December 2008 at Adipala

中值粒徑PacitanAdipalaGama范圍0．16～0．700．0063～0．77780．01～0．414平均值0．350．0960．09

1.3泥沙特征

3個(gè)工程區(qū)的底質(zhì)泥沙中值粒徑范圍及平均值如表 2所示?？梢钥闯?，爪洼島南岸的大部分海岸的底質(zhì)泥沙粒徑較粗，Pacitan的平均中值粒徑可達(dá)0.35 mm[7-8]，海岸性質(zhì)為沙質(zhì)或粉沙質(zhì)海岸，顆粒間無(wú)粘結(jié)力或粘結(jié)力較弱，呈分散狀態(tài)。中值粒徑也呈現(xiàn)出從岸向海由粗到細(xì)的分布規(guī)律，如圖 4所示。

爪洼島南岸的水體含沙量隨位置的不同有著明顯的變化。從縱向分布來(lái)看，河口附近的含沙量要明顯大于非河口地區(qū)，可達(dá)到1 kgm3以上；從橫向分別來(lái)看，波浪破碎帶以內(nèi)的含沙量要明顯大于非破碎區(qū)，也可達(dá)到0.1 kgm3以上；其他區(qū)域的水體含沙量較小，均在0.01 kgm3以下。水體含沙量也呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，雨季河流水量充沛，攜帶大量泥沙入海，近岸含沙量增加，反之，旱季近岸水體含沙量會(huì)相對(duì)較小。

2 強(qiáng)浪條件下沙質(zhì)海岸的泥沙運(yùn)移規(guī)律

2.1泥沙的起動(dòng)分析

首先，結(jié)合爪洼島南岸的底沙沉積物性質(zhì)與波浪、潮流水動(dòng)力條件，分析該地區(qū)的泥沙起動(dòng)條件，并判斷泥沙運(yùn)動(dòng)情況。

2.1.1 起動(dòng)流速

泥沙起動(dòng)時(shí)的垂線平均流速稱(chēng)為泥沙的起動(dòng)流速。爪哇島南岸水域中值粒徑范圍為0.0 063～0.236 mm，近岸水域的中值粒徑平均值為0.1 mm。粒徑大于0.03 mm，因而選用竇國(guó)仁的不考慮粘結(jié)力的泥沙起動(dòng)公式

(1)

式中：Vc為起動(dòng)流速,ms；H為水深,m；D50為泥沙中值粒徑；Ks為糙率參數(shù)，當(dāng)D50小于0.5 mm時(shí)，取0.5 mm，當(dāng)D50大于0.5 mm時(shí)，取Ks=D50；γs和γ分別為泥沙和水的重度,kgm3；g為重力加速度,gm·s2；εk為粘著力參數(shù)，通常為2.56 cm3s2；δ為薄膜水厚度，取為0.213×10-4m。

根據(jù)計(jì)算，-10 m等深線處的泥沙起動(dòng)流速要達(dá)到1.84 ms，而爪洼島南岸的潮流流速較小，遠(yuǎn)小于各等深線處的起動(dòng)流速計(jì)算值，這說(shuō)明單一水流動(dòng)力難以使泥沙發(fā)生輸移，由此判斷水流并非本區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿σ蛩亍?/p>

圖4 Adipala沉積物采樣中值粒徑分布圖Fig.4 Distribution of median size at Adipala

等深線(m)0124681012．515Uc(m∕s)1．461．541．601．681．751．791．841．881．91

2.1.2 起動(dòng)波高

采用佐騰·田中公式計(jì)算該區(qū)的起動(dòng)波高，并考慮不同粒徑的泥沙完全起動(dòng)的情況，結(jié)果如圖5所示。

(2)

式中：H0和L0分別為深水波高和波長(zhǎng)；H和L分別為計(jì)算處的波高和波長(zhǎng)；dm為泥沙平均粒徑；hc為臨界作用水深；α為泥沙全面起動(dòng)系數(shù)，取2.4。

從圖 5可知，0.5 m的波高就能使小于10 m水深處的不同粒徑起動(dòng)，而爪哇島南岸常年處于較強(qiáng)的波浪動(dòng)力條件下，每月均會(huì)出現(xiàn)1.3 m以上的大浪，可見(jiàn)波浪是本區(qū)泥沙運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿σ蛩兀梢詽M足泥沙的起動(dòng)條件。

圖5 不同粒徑泥沙起動(dòng)波高與掀沙水深的關(guān)系曲線(T=12 s)Fig.5 Relationship between wave height and water depth when sediment starts(T=12 s)

2.1.3 爪哇島南岸泥沙運(yùn)移規(guī)律

基于爪哇島南岸的水動(dòng)力條件和泥沙起動(dòng)分析可以得到，強(qiáng)浪作用下爪洼島南岸的沙質(zhì)海岸泥沙運(yùn)移規(guī)律有如下的基本特征。一方面，在波浪的作用下，泥沙會(huì)發(fā)生沿岸運(yùn)動(dòng)和輸移，由于波浪的季節(jié)性變化，年凈運(yùn)移量會(huì)基本平衡，但是防波堤的建設(shè)會(huì)阻斷泥沙的沿岸運(yùn)動(dòng)，有可能造成泥沙的淤積或沖刷問(wèn)題。另一方面，近岸沙灘在破碎波浪和潮流的共同作用下，會(huì)發(fā)生“掀揚(yáng)—搬運(yùn)”的向岸輸運(yùn)，由于防波堤的建設(shè)會(huì)降低掩護(hù)區(qū)的波高和潮流流速，使得泥沙在港池或航道內(nèi)發(fā)生落淤，向岸運(yùn)移凈堆積，進(jìn)而造成了港池、航道的嚴(yán)重淤積問(wèn)題。

2.2泥沙輸運(yùn)計(jì)算方法

2.2.1 沿岸輸沙計(jì)算方法

沿岸輸沙采用我國(guó)《港口與航道水文規(guī)范》(JTS145-2015)[9]中公式進(jìn)行計(jì)算，方法如下

(3)

(4)

(5)

Qs=Σ(+)qt+Σ(-)qt

(6)

QN=Σ(+)qt-Σ(-)qt

(7)

式中：q為沿岸輸沙率,m3s；δ0=H0L0為深水坡陡；Hb為破碎波高,m；Cb=LbT為破碎波速,ms；αb為波浪破碎時(shí)波峰線與等深線間的夾角,(°)，αb小于90°；D為泥沙中值粒徑,mm；H0為深水波高,m；L0為深水波長(zhǎng),m；Lb為破碎波長(zhǎng),m；T為周期,s；db為破碎水深,m；Qs為年總輸沙量；QN為年凈輸沙量。

2.2.2 泥沙向岸運(yùn)移凈堆積計(jì)算方法

在印度洋中長(zhǎng)周期的波浪作用下，泥沙在20 m水深處也能夠啟動(dòng)，尤其在大浪情況更加顯著。因此，強(qiáng)浪條件下沙質(zhì)海岸的泥沙向岸運(yùn)移凈堆積的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于沿岸輸沙的強(qiáng)度。在無(wú)建筑物影響時(shí)，近底流速為向岸-離岸的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，泥沙會(huì)保持平衡。但當(dāng)施工至直堤拐彎段后，出現(xiàn)了波浪掩護(hù)區(qū)域，港池內(nèi)的波高會(huì)明顯減小，使得波谷作用下的離岸速度明顯減小，而泥沙一旦輸移至該區(qū)域，由于波浪動(dòng)力的減弱，泥沙不再運(yùn)動(dòng)而快速堆積。在這種向岸速度大離岸速度小的非平衡狀態(tài)作用下，泥沙會(huì)出現(xiàn)較為明顯的向岸運(yùn)動(dòng)。

由于泥沙的橫向輸移表現(xiàn)為單位寬度范圍內(nèi)的輸移強(qiáng)度，而且一般情況下只是表達(dá)泥沙的凈輸移。參考沿岸輸沙的計(jì)算方法，可以表達(dá)為沿岸流與水體夾帶泥沙的乘積。在一個(gè)周期內(nèi)，只有12的時(shí)間泥沙是向岸運(yùn)動(dòng)，所以向岸運(yùn)動(dòng)的平均輸移速度為

(8)

(9)

單寬輸沙率可采用如下公式

(10)

式中:Q為單寬輸沙率，m3h·m；s為底流含沙量， kgm3；hs為含沙層厚度，m。

一個(gè)很重要的因素是有多少寬度的泥沙會(huì)繞過(guò)堤頭在掩護(hù)區(qū)內(nèi)淤積下來(lái)，理論上可以通過(guò)繞射波形來(lái)進(jìn)行分析計(jì)算。從現(xiàn)場(chǎng)淤積的形狀判斷，寬度達(dá)到0.5～0.75倍波長(zhǎng)，但是淤積率在堤頭背浪側(cè)最大，沿射線逐步減少，折合成單寬單向輸沙率約為0.08倍深水波長(zhǎng)。本文基于印度洋上述工程的實(shí)測(cè)資料，平均波高取2.72 m，平均周期取13.64 s，對(duì)應(yīng)的深水波長(zhǎng)為290 m。

3 施工期泥沙淤積特征分析

本文以Adipala港口防波堤施工為例，探討不同施工期以及施工時(shí)序?qū)δ嗌秤俜e的影響。工程平面布置如圖 6所示。Adipala工程的水文條件和泥沙特性如本文第2章所示。Adipala工程的防波堤?hào)|堤長(zhǎng)1 455 m，堤頭水深-13.3 m，西堤長(zhǎng)500 m，堤頭水深-10.0 m。施工時(shí)主要采用由岸向海推進(jìn)的施工方法。

3.1不同施工期的泥沙淤積特征

圖6 Adipala工程平面布置圖Fig.6 Layout of Adipala project

防波堤施工容易產(chǎn)生泥沙淤積的主要階段包括：初始推進(jìn)階段、單環(huán)抱堤推進(jìn)階段(即長(zhǎng)堤直堤施工完成，開(kāi)始施工環(huán)抱彎曲段)和短堤推進(jìn)階段，隨著防波堤的不斷推進(jìn)，泥沙的淤積會(huì)表現(xiàn)出不同形式和特征，也會(huì)落淤在港池內(nèi)的不同部位，如圖 7所示。在初始推進(jìn)階段，防波堤在海岸上的作用相當(dāng)于不斷推進(jìn)的丁壩，丁壩主要阻斷了泥沙的沿岸輸移，泥沙落淤主要發(fā)生在A區(qū)，對(duì)泥沙的橫向輸移基本沒(méi)有影響。在單環(huán)抱堤推進(jìn)階段，由于已經(jīng)形成了一定的掩護(hù)區(qū)域，泥沙向岸運(yùn)移凈堆積會(huì)成為泥沙淤積的主要來(lái)源，落淤會(huì)發(fā)生在B、C、D區(qū)，但由于水深和掩護(hù)范圍的不同，淤積強(qiáng)度會(huì)有所不同。在短堤推進(jìn)階段，長(zhǎng)環(huán)抱堤施工完成阻斷了大部分的泥沙沿岸輸沙，此時(shí)的泥沙淤積主要以泥沙向岸運(yùn)移凈堆積為主，會(huì)在A區(qū)繼續(xù)發(fā)生一定程度的淤積。不同區(qū)域的邊界水深平均值如表 4所示。

圖7 泥沙落淤分區(qū)圖Fig.7 Subareas of sediment deposition

表4不同區(qū)域的邊界水深平均值

Tab.4 Water depth at boundary of subareas m

區(qū)域ABCD上邊界051011．5下邊界51011．513．3東防波堤長(zhǎng)度255310480410

3.2不同施工時(shí)序的泥沙淤積特征

在強(qiáng)浪條件下的沙質(zhì)海岸建港時(shí)，不同的施工工序?qū)κ┕て诘哪嗌秤俜e有著重要的影響。本節(jié)基于不同施工期的泥沙運(yùn)動(dòng)特性，計(jì)算了Adipala采用不同施工時(shí)序的施工期泥沙淤積情況。根據(jù)Adipala工程區(qū)域的波浪水文條件及泥沙特征，采用式(3)可估算出：自然條件下，工程區(qū)自東向西輸沙能力為2.67×105m3a，自西向東輸沙能力為1.13×105m3a，沿岸輸沙總趨勢(shì)表現(xiàn)為自東向西，凈輸沙為1.54×105m3a。按照現(xiàn)場(chǎng)施工機(jī)械的能力，每天防波堤的岸上推進(jìn)能力為1 000 m3，隨著水深的增加，防波堤推進(jìn)的速度會(huì)有所減小，假設(shè)平均每天的推進(jìn)速度為3 md。

3.2.1 單堤推進(jìn)

對(duì)于強(qiáng)浪作用海域，通常采用雙環(huán)抱型防波堤或單環(huán)抱加單直堤。一般情況下，長(zhǎng)堤用于阻擋泥沙運(yùn)動(dòng)的主方向，也就是長(zhǎng)堤以外的泥沙堆積較長(zhǎng)堤內(nèi)側(cè)的泥沙堆積嚴(yán)重。當(dāng)先建設(shè)短堤時(shí)，港側(cè)的泥沙堆積就會(huì)比外側(cè)嚴(yán)重?？梢?jiàn)在工序安排時(shí)應(yīng)先選擇建設(shè)長(zhǎng)堤。此方案港內(nèi)泥沙淤積主要包括：長(zhǎng)堤推進(jìn)后沿岸輸沙的港內(nèi)淤積、單環(huán)抱堤長(zhǎng)度不足時(shí)的泥沙向岸運(yùn)移凈堆積和短堤未完成前的沿岸輸沙。

長(zhǎng)堤推進(jìn)后沿岸輸沙的港內(nèi)淤積主要發(fā)生在A區(qū)域，在西防波堤未形成前，此區(qū)域會(huì)處于較長(zhǎng)時(shí)間的淤積狀態(tài)，東防波堤的施工時(shí)間是1.33 a，西防波堤的施工時(shí)間為0.45 a，假設(shè)西防波堤建成一半后即具備了攔沙功能，則總的沿岸輸沙時(shí)間為1.56 a，泥沙淤積量為175 950 m3。

單環(huán)抱堤長(zhǎng)度不足時(shí)的泥沙向岸運(yùn)移凈堆積淤積主要發(fā)生在B、C和D區(qū)域內(nèi)。B區(qū)泥沙向岸運(yùn)移凈堆積時(shí)間為0.28 a，根據(jù)式(10)計(jì)算得到的平均輸沙率為393 173 m3a，輸沙寬度可按23.2 m(0.08倍深水波長(zhǎng))計(jì)算，因此B區(qū)泥沙向岸運(yùn)移凈堆積引起的泥沙淤積量為111 309 m3。C區(qū)泥沙向岸運(yùn)移凈堆積時(shí)間為0.44 a，平均輸沙率為305 613 m3a，輸沙寬度同上，因此C區(qū)泥沙向岸運(yùn)移凈堆積引起的泥沙淤積量為133 967 m3。D區(qū)泥沙向岸運(yùn)移凈堆積時(shí)間為0.37 a，平均輸沙率為280 857 m3a，輸沙寬度同上，因此D區(qū)泥沙向岸運(yùn)移凈堆積引起的泥沙淤積量為105 161 m3。綜上，單環(huán)抱堤長(zhǎng)度不足時(shí)的泥沙向岸運(yùn)移凈堆積淤積量為350 438 m3。采用單堤推進(jìn)的方案泥沙淤積量為526 388 m3。

3.2.2 雙堤推進(jìn)

采用雙堤同時(shí)推進(jìn)的方法能夠較快地阻斷沿岸輸沙在港池內(nèi)的淤積，待短堤形成后，可以全力推進(jìn)單環(huán)抱堤。此方案港內(nèi)泥沙淤積主要包括：直堤推進(jìn)不足時(shí)的泥沙向岸運(yùn)移凈堆積淤積和單環(huán)抱堤長(zhǎng)度不足時(shí)的泥沙向岸運(yùn)移凈堆積。

相比于單堤推進(jìn)，雙堤推進(jìn)時(shí)無(wú)法對(duì)短堤構(gòu)成掩護(hù)，因此施工時(shí)間會(huì)較單堤推進(jìn)時(shí)要長(zhǎng)，建設(shè)施工時(shí)間增加系數(shù)為1.3。則直堤推進(jìn)不足時(shí)的沿岸輸沙時(shí)間為0.61 a，因此沿岸輸沙引起的淤積量為68 419 m3。此時(shí)，西防波堤剩余施工段245 m，如東西堤同時(shí)施工，需0.58 a西防波堤施工完成，此時(shí)東防波堤的部分彎曲段形成，會(huì)在B區(qū)造成一定的橫向泥沙淤積。輸沙率為403 386 m3a，輸沙寬度同上，因此這段時(shí)間內(nèi)的泥沙淤積量為234 664 m3。

西防波堤施工完成后，全力施工東防波堤。B區(qū)東防波堤剩余長(zhǎng)度65 m，需用0.06 a施工完成，平均輸沙率為327 865 m3a，輸沙寬度同上，因此這段時(shí)間內(nèi)的泥沙淤積量為19 462 m3。C、D段東防波堤的施工時(shí)的泥沙淤積量和單堤推進(jìn)方案相同，分別為133 967 m3和105 161 m3。

采用雙堤推進(jìn)的方案泥沙淤積量為561 675 m3。

3.2.3 潛堤預(yù)拋推進(jìn)

考慮的波浪的主要影響范圍在平均海平面1倍波高上下，因此施工時(shí)可采用先水上拋填形成潛堤、后陸上推進(jìn)快速成堤的方法。潛堤的施工對(duì)波浪影響不大，因此可以不考慮潛堤施工對(duì)泥沙淤積的影響。此方案港內(nèi)泥沙淤積主要包括：快速推進(jìn)階段的沿岸輸沙淤積和泥沙向岸運(yùn)移凈堆積淤積。潛堤預(yù)拋完成后，采用單堤推進(jìn)方案進(jìn)行防波堤的快速施工，假設(shè)防波堤的施工推進(jìn)速度增加一倍，因此泥沙的淤積時(shí)間將會(huì)大大減小。其不同施工期的泥沙淤積量列于表5中，總淤積量為263 194 m3。

表 5 不同施工工序的泥沙淤積量Tab.5 Sediment deposition volume of different construction schedules

3.3施工期泥沙淤積特征分析

從不同施工工序的泥沙淤積量計(jì)算結(jié)果可知，強(qiáng)浪條件下沙質(zhì)海岸施工期泥沙淤積存在如下特征：首先，由于強(qiáng)浪的作用，泥沙的輸運(yùn)比較活躍，沿岸輸沙和泥沙向岸運(yùn)移凈堆積均會(huì)對(duì)施工期的泥沙淤積產(chǎn)生重要的影響。其次，泥沙向岸運(yùn)移凈堆積比沿岸輸沙更為強(qiáng)烈，由于泥沙向岸運(yùn)移凈堆積引起的泥沙淤積會(huì)是沿岸輸沙的兩倍以上，且隨著防波堤的推進(jìn)，泥沙向岸運(yùn)移凈堆積表現(xiàn)出現(xiàn)增加后減小的規(guī)律。這是由于防波堤掩護(hù)區(qū)域的增加會(huì)使得泥沙向岸運(yùn)移凈堆積的落淤更為容易，因此一開(kāi)始泥沙向岸運(yùn)移凈堆積會(huì)隨著防波堤的推進(jìn)而增加，隨后防波堤推進(jìn)到深水區(qū)后，泥沙的起動(dòng)和運(yùn)移均更為困難，因此泥沙向岸運(yùn)移凈堆積量會(huì)明顯減少。因此，在進(jìn)行施工組織時(shí)，需加快彎曲段防波堤的施工速度。最后，不同的施工工序?qū)κ┕て诘哪嗌秤俜e有著重要的影響，采用潛堤預(yù)拋的施工工序會(huì)有效的增加防波堤的推進(jìn)速度，從而大大減少施工期的泥沙淤積。

4 主要結(jié)論

本文針對(duì)印度尼西亞爪洼島南岸港口施工期的泥沙淤積問(wèn)題進(jìn)行了分析和研究?；谧ν輱u南岸的水動(dòng)力條件和泥沙特征，分析了該地區(qū)泥沙的起動(dòng)規(guī)律，發(fā)現(xiàn)波浪作用是該地區(qū)起動(dòng)和輸移的主要?jiǎng)恿l件。以Adipala工程為例，計(jì)算了不同防波堤施工時(shí)序?qū)δ嗌秤俜e的影響。結(jié)果表明，強(qiáng)浪條件下沙質(zhì)海岸的泥沙的運(yùn)動(dòng)比較活躍，泥沙向岸運(yùn)移凈堆積是港口施工期泥沙淤積的主要原因，且采用潛堤預(yù)拋的施工方式能夠有效地減少施工期泥沙淤積量。

[1] 陳漢寶, 戈龍仔.印尼PACITAN 2× 315MW火電項(xiàng)目泥沙淤積整體物理模型試驗(yàn)報(bào)告 [R].天津:交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所, 2008.

[2] 周加杰,羅春艷,鐘少杰,等.印尼Adipala防波堤水文特性分析及施工技術(shù)[J].水運(yùn)工程，2013, 480(6):186-189. ZHOU J J, LUO C Y, ZHONG S J, et al. Hydrologic characteristics and construction technology of Adipala breakwater, Central Java, Indonesia[J]. Port & Waterway Engineering, 2013, 480(6):186-189.

[3] 周加杰, 曹兵, 李漢渤. 印尼爪哇島面臨印度洋海域波浪特性及防波堤施工技術(shù)分析[J]. 中國(guó)港灣建設(shè), 2014 (4):17-20. ZHOU J J, CAO B, LI H B. Analysis of wave characteristics facing Indian Ocean sea area and breakwater construction technical for Java inland， Indonesia[J]. China Harbour Engineering, 2014 (4):17-20.

[4] 鄭寶友，陳漢寶，盧佐,等.印尼Adipala PLTU 2 Jawa Tengah 1×(600-700) MW電站工程水文氣象觀測(cè)成果報(bào)告 [R].天津:交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所, 2010.

[5] 陳漢寶,戈龍仔,曹玉芬.印尼ADIPALA 1×660MW電站項(xiàng)目岸灘穩(wěn)定與泥沙沖淤分析研究報(bào)告 [R].天津:交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所,2010.

[6] GAO F, GE L Z. Karang Taraje Port Project: 3-D Stability Wave Physical Model Test for Entire Breakwater[R]. Tianjin: Tianjin Research Institute for Water Transport Engineering(TIWTE) Ministry of Transport, PRC, 2014.

[7] 劉慶志. 印尼PACITAN電廠東防波堤設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介[J]. 湖南交通科技, 2010(4):114-117. LIU Q Z. The design of east breakwater at PACITAN power plant in Indonesia[J]. Hunan communication science and technology, 2010 (4):114-117.

[8] 朱成. 印尼巴齊丹碼頭防波堤施工[J]. 科技資訊, 2010(11):111-112.

[9] JTS145-2015,港口與航道水文規(guī)范[S].

Sediment deposition characteristic study of sandy coast under strong wave condition during construction period

ZHANGXian-wu1,CHENSong-gui2,CHENHan-bao2

(1.CCCCSecondHarborConsultantsCo.,Ltd.,Wuhan430071,China; 2.TianjinResearchInstituteforWaterTransportEngineering,NationalEngineeringLaboratoryforPortHydraulicConstructionTechnology,KeyLaboratoryofEngineeringSediment,MinistryofTransport,Tianjin300456,China)

In this paper, the sediment deposition characteristic was studied based on the ocean hydrodynamic and sediment characteristic analysis in the south of Java Island. Taking the Adipala project as an example, the effect of construction schedule on sediment deposition was analyzed according to the results of littoral and horizontal transport of sediment. It is indicated that the sediment deposition volume can be decreased significantly by applying the method of submerged breakwater.

sediment deposition; strong wave; sandy coast; construction period

TV 142

：A

：1005-8443(2017)04-0337-07

2017-05-03；

：2017-07-26

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(TKS160108)

張先武(1960-)，男，四川省資陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事港口設(shè)計(jì)與建設(shè)工作。

Biography：ZHANG Xian- wu(1960-), male, senior engineer.