盧少?gòu)?，謝喬木

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

寬肩臺(tái)防波堤是較早提出的一種防波堤設(shè)計(jì)理念[1-2]，但直到1983年在冰島Keflavik的防波堤[1-2]上應(yīng)用后，才開(kāi)始迅速的推行，在PIANC以及ROCK MANUAL上把寬肩臺(tái)防波堤分為3種（Statically stable non-reshaped，Statically stable reshaped，Dynamically stable reshaped[1-2]）：第 1 種同普通防波堤，是不允許破壞的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，第2種是允許斷面變形，但斷面及護(hù)面塊石都要求在波浪作用下是穩(wěn)定的，第3種就是我國(guó)規(guī)范中提到的堤身斷面（斷面外側(cè)）容許在波浪作用下發(fā)生變形，直到外坡形成一個(gè)動(dòng)力平衡斷面[3]。本文所述屬于波浪作用下允許變形的動(dòng)力平衡斷面。

1 工程概況

本工程位于廣東省內(nèi)的金獅灣港區(qū)，屬于納泥區(qū)的臨時(shí)護(hù)岸[4]，也作為二期工程的陸域形成圍堰，位于二期岸線的前沿線之內(nèi)，整個(gè)護(hù)岸長(zhǎng)約1 100 m[4]，各建筑物位置相互關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 碼頭、護(hù)岸位置相互關(guān)系圖Fig.1 Relationship between the quay and the revetment location

臨時(shí)護(hù)岸區(qū)域內(nèi)，高水位下，25 a一遇H13%波高為4.3 m，波長(zhǎng)為115 m，護(hù)岸范圍內(nèi)地質(zhì)為標(biāo)準(zhǔn)貫入度15擊以上的砂層，無(wú)軟弱土層[4]。

2 臨時(shí)護(hù)岸結(jié)構(gòu)

根據(jù)臨時(shí)護(hù)岸的功能及地質(zhì)等條件，采用斜坡式結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算，外側(cè)護(hù)面需要采用扭王字塊護(hù)面，見(jiàn)圖2。

圖2 臨時(shí)護(hù)岸初定典型斷面圖Fig.2 Temporary revetment initial typical section

圖2中斷面較大，造價(jià)較高，工期較長(zhǎng)，且臨時(shí)護(hù)岸結(jié)構(gòu)在預(yù)留二期的陸域回填范圍內(nèi)，采用扭王字塊護(hù)面將影響二期陸域形成的地基處理。通過(guò)計(jì)算本工程的挖泥量及土石方平衡，臨時(shí)護(hù)岸前沿線退后，波浪降低，25 a一遇H13%=3.8 m，經(jīng)過(guò)核算，仍需要采用3 t扭王字塊護(hù)面。

而本工程有自己的開(kāi)山石場(chǎng)，石料充足，采用塊石護(hù)面更加有優(yōu)勢(shì)且經(jīng)濟(jì)合理，因此采用動(dòng)力平衡的寬肩臺(tái)拋石結(jié)構(gòu)作為臨時(shí)護(hù)岸的結(jié)構(gòu)形式。

寬肩臺(tái)護(hù)岸結(jié)構(gòu)的肩臺(tái)寬度、肩臺(tái)高程、外側(cè)護(hù)面塊石以及坡度[5]等是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)。

現(xiàn)行防波堤規(guī)范條款僅有“寬肩臺(tái)斜坡堤的肩臺(tái)高程可定在設(shè)計(jì)高水位以上1.0～3.0 m處，肩臺(tái)寬度取2.3～2.9倍設(shè)計(jì)波高值，且不小于6.0 m[3]”，具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主要計(jì)算結(jié)果Table 1 Main calculation results

在國(guó)外規(guī)范rock manual以及PIANC中會(huì)對(duì)寬肩臺(tái)有更加詳細(xì)的設(shè)計(jì)方法說(shuō)明：利用VAN DER MEER淺水區(qū)[1]的計(jì)算公式，計(jì)算得Dn50=0.91 m，M50=2 t，可取護(hù)面塊石 1～3 t。

VAN DER MEER公式與防波堤規(guī)范中護(hù)面塊體計(jì)算公式的最大區(qū)別是采用護(hù)面破壞等級(jí)[1]的參數(shù)Sd，而不是采用護(hù)面塊體穩(wěn)定系數(shù)[1]Kd，而本設(shè)計(jì)是允許在波浪作用下達(dá)到動(dòng)力平衡的一個(gè)斷面，因此采用VAN DER MEER計(jì)算公式可以得出更加合適的護(hù)面塊石重量，Sd可以根據(jù)防波堤、護(hù)岸的生命周期，使用相應(yīng)取值，本工程計(jì)算中Sd取值為8。

確定護(hù)面塊體的重量后，可計(jì)算變形的寬度Rec與深度hf（變形的寬度與深度[1，6]見(jiàn)圖3）來(lái)確定肩臺(tái)的寬度[1，7]，計(jì)算得 Rec=6.57 m，hf=1.48 m，肩臺(tái)寬度取值不得小于Rec[1-2]，本工程取10 m。

圖3 變形寬度與深度的位置示意圖Fig.3 The schematic diagram of deformation width and depth location

堤頂高程可以通過(guò)計(jì)算波浪爬高以及越浪量確定，與普通防波堤、護(hù)岸類似，不再詳述。由于本工程為臨時(shí)性工程，只要保證在波浪作用下，后方回填土不被沖刷流出。根據(jù)陸域的回填高度以及水位，確定堤頂高程為7.5 m，在極端高水位情況下，計(jì)算得越浪量0.068 m3/s/m，后方護(hù)面塊石同外坡護(hù)面塊石大小。最終設(shè)計(jì)斷面見(jiàn)圖4。與扭王字護(hù)面斷面比，總投資節(jié)省1 000多萬(wàn)元。

圖4 寬肩臺(tái)護(hù)岸典型斷面圖Fig.4 The typical section of wide-berm revetment

施工期間由于臺(tái)風(fēng)的影響，在臨時(shí)護(hù)岸拐彎圓弧段對(duì)肩臺(tái)范圍進(jìn)行了補(bǔ)拋[8]，其他范圍變形都在可接受范圍，且狀況良好。本項(xiàng)目于2012年6月份完工后至今，期間經(jīng)歷了幾次臺(tái)風(fēng)，均未出現(xiàn)失穩(wěn)問(wèn)題，顯然護(hù)岸斷面在波浪作用下已趨于穩(wěn)定。

3 寬肩臺(tái)斷面適用條件及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先護(hù)面塊石的重量[5-8]相對(duì)常規(guī)穩(wěn)定斷面來(lái)說(shuō)較小，整個(gè)斷面需要的石料用量較大，其次堤頂上部不適合有穩(wěn)定要求的結(jié)構(gòu)，比如混凝土擋墻，混凝土路面等，因?yàn)椴ɡ说淖饔孟氯菀讓?dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的變形[5-6]，上部結(jié)構(gòu)可在動(dòng)力平衡后再行設(shè)置。

肩臺(tái)上下坡度取值，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況取用，坡度的不同也會(huì)影響護(hù)面塊體破壞程度參數(shù)Sd的取值，坡度較緩，Sd的取值可相對(duì)提高，護(hù)面塊石重量也可以相對(duì)降低。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中考慮到寬肩臺(tái)的變形[5-6]主要是肩臺(tái)以及下部，見(jiàn)圖5，下部坡度在波浪作用下最終達(dá)到一個(gè)平衡的坡度，因此設(shè)計(jì)中為了相對(duì)縮小斷面的寬度，下部坡度采用了1∶1.5而上部坡度采用的是1∶3。

圖5 典型寬肩臺(tái)變形斷面Fig.5 Typical deformation section of wide-berm revetment

另外若堤頂高度較高，越浪量及爬高都較小，后方護(hù)面塊石可取比外坡護(hù)面小的塊石，否則內(nèi)外側(cè)護(hù)面塊石取相同重量。越浪量的要求以及內(nèi)外坡塊石大小都可參考ROCK MANUAL相關(guān)章節(jié)進(jìn)行計(jì)算，有條件可通過(guò)物模試驗(yàn)[5-6]進(jìn)行驗(yàn)證后確定。

綜上所述，本項(xiàng)目的成功建設(shè)主要有以下因素：首先項(xiàng)目所在地石料豐富，石料場(chǎng)就在項(xiàng)目所在地，有大量的石材，為寬肩臺(tái)護(hù)岸的成功實(shí)施提供了基礎(chǔ)；其次，本護(hù)岸為納泥區(qū)臨時(shí)護(hù)岸，只需保證后方回填的土不流出，護(hù)岸變形不影響后方的穩(wěn)定；另外，施工期的監(jiān)測(cè)很關(guān)鍵，發(fā)現(xiàn)變形過(guò)大應(yīng)及時(shí)采取相關(guān)措施；最后設(shè)計(jì)通過(guò)多規(guī)范對(duì)比計(jì)算得出寬肩臺(tái)拋石護(hù)岸的關(guān)鍵尺寸也是本護(hù)岸成功建設(shè)的一個(gè)因素。

4 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目中的寬肩臺(tái)護(hù)岸設(shè)計(jì)雖然具有一定的特殊性，但其設(shè)計(jì)及應(yīng)用仍具有一定的參考價(jià)值。有條件的項(xiàng)目，設(shè)計(jì)后可進(jìn)行物模試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。另外，在施工期應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)變形過(guò)大時(shí)應(yīng)采取及時(shí)補(bǔ)拋等相關(guān)措施，這樣更有利于動(dòng)力平衡寬肩臺(tái)護(hù)岸的適應(yīng)性。