淺談防波堤設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)性

袁勝英

（福建海峽建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究院，福建 福州 350003）

淺談防波堤設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)性

袁勝英

（福建海峽建筑設(shè)計(jì)規(guī)劃研究院，福建 福州 350003）

防波堤在漁港設(shè)計(jì)的技術(shù)及造價(jià)方面都占有重要地位，尋求經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)形式成為防波堤設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)及難點(diǎn)。本文以長嶼二級漁港為例，通過對斜坡堤堤頂?shù)呐ね躞w+防浪墻與扭王體+四角空心方塊及直立堤與斜坡堤的比較，結(jié)果表明在水深淺、波浪較大位置處采用斜坡堤頂扭王體+四角空心方塊結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)，在水深較大、浪較小地方采用高基床與沉箱結(jié)合直立堤結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟(jì)。

防波堤；長嶼漁港；防浪墻；四角空心方塊；直立堤；斜坡堤

漁港指主要為漁業(yè)生產(chǎn)服務(wù)和供漁船停泊、避風(fēng)、裝卸魚貨和補(bǔ)充漁需物資的港口。防波堤是港口工程的重要組成部分，在漁港建設(shè)時(shí)為確保港內(nèi)水域平穩(wěn)和碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施的安全，通常需建造防波堤，防波堤在所有港口設(shè)施中，無論從技術(shù)難度還是造價(jià)方面都占有重要地位，并逐漸形成以斜坡式和直立式為代表的傳統(tǒng)型式。在港工建筑物中，斜坡式防波堤以其波浪反射小、對地基不均勻沉降不敏感、施工較容易等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用，直立式用于水深較大地區(qū)時(shí)建筑材料用量比斜坡堤少，不需經(jīng)常維修，內(nèi)側(cè)可兼做碼頭，但直立堤要求地基較好，對地基不均勻沉降較敏感。

防波堤的功能是防御外海波浪對所掩護(hù)海域的侵襲，為船舶的停泊和作業(yè)提供平穩(wěn)、安全水域和保護(hù)港內(nèi)水工建筑物，故在港口工程中具有特殊地位。由于防波堤要在惡劣的環(huán)境中工作，造價(jià)昂貴，因此，尋求合理、可靠的結(jié)構(gòu)型式和切實(shí)可行的施工方法以保證其使用功能并降低造價(jià)為世界各國港口工程界所重視。本文以長嶼漁港為例，根據(jù)港區(qū)地形水深、地質(zhì)、波浪等情況，對長嶼漁港防波堤結(jié)構(gòu)從結(jié)構(gòu)安全、施工速度、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行比選，最終得出經(jīng)濟(jì)合理結(jié)構(gòu)方案。

1 前言

1.1 自然條件

長嶼漁港位于福建省長樂市最南端一個(gè)海島上，距離長樂大陸5.5km，港區(qū)前沿300m處為南北走向鼓嶼門水道。漁港位于長嶼島西南澳口，港區(qū)為西向開敞式自然海灣，西北向有長樂陸域，西及西南近海有鼓嶼、嶼頭島等掩護(hù)，南、北向大陸沿岸海域來浪直接影響工程海區(qū)。港區(qū)南北側(cè)存在兩塊礁盤，港區(qū)北側(cè)高程在設(shè)計(jì)低水位之上，港區(qū)西側(cè)及南側(cè)水深較深，在極端高水位下水深普遍為12m至15m之間，根據(jù)地質(zhì)鉆探結(jié)果顯示，港區(qū)地質(zhì)工程性能好，地勢平坦，港區(qū)北側(cè)散亂分部著大塊石，港區(qū)西側(cè)及南側(cè)地面表層為全分化花崗巖。

1.2 總平面布置

利用港區(qū)地形，在港區(qū)北側(cè)礁盤自東向西建設(shè)北防波堤150m，在北防波堤端部折向南續(xù)建防波堤180m，擬在港區(qū)南側(cè)陸島交通碼頭端部沿著碼頭軸線向西建設(shè)南防波堤60m，防波堤平面布置見圖1。

圖1 防波堤平面布置圖

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因港區(qū)南防波堤和西防波堤水深、波浪情況相似，防波堤結(jié)構(gòu)采用相同結(jié)構(gòu)形式，北防波堤受到波浪較大、水深淺，本文以北防波堤和西防波堤水工結(jié)構(gòu)為例，主要設(shè)計(jì)五種工況，高程以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵鏋榛鶞?zhǔn)。其中工況一至三為北防波堤結(jié)構(gòu)形式，工況四、五為西防波堤結(jié)構(gòu)形式，各工況說明如下：

工況一：北防波堤采用斜坡式結(jié)構(gòu)，外坡采用8t扭王體護(hù)面，坡度為1:1.5，扭王體下為200～400kg塊石墊層；堤頂安放兩排扭王體，扭王體頂高程13.0m，扭王體后設(shè)重12t四腳空心方塊。外坡坡腳處安裝兩排扭王塊，坡腳外側(cè)設(shè)寬5.0m。防波堤內(nèi)坡坡度為1:1.2，采用0.7m厚漿砌塊石護(hù)面，內(nèi)坡在高程3.00m處設(shè)一戧臺(tái)，戧臺(tái)以下為200～300kg塊石護(hù)面；堤心拋填5～300kg塊石。

工況二：工況二結(jié)構(gòu)與工況一基本相似，不同之處在于北防波堤堤頂采用扭王體+砼防浪墻。

工況三：北防波堤采用直立式結(jié)構(gòu)，堤面高程為12.50m，頂設(shè)高0.5m漿砌塊石防浪墻與下部擋墻一起澆筑，墻頂高程為13.00m。直立堤由單層預(yù)制砼C30實(shí)心方塊和現(xiàn)澆漿砌塊石擋墻組成，擋墻外側(cè)坡度為1:0.1，內(nèi)側(cè)坡度為1:0.4，堤心拋填5～300kg。防波堤外側(cè)堤腳設(shè)400～700kg護(hù)底塊石，護(hù)底寬5.0m。

工況四：西防波堤采用直立式結(jié)構(gòu)，堤頂高程9.0m，堤頂外側(cè)設(shè)有鋼筋砼防浪墻與胸墻一起澆筑，墻頂高11.0m。直立墻由單層出水的預(yù)制鋼筋砼C40有底空心方塊及現(xiàn)澆塊石砼胸墻組成。方塊底部座落在拋石基床上，空心方塊底高程均為-4.00m，底寬9.0m，方塊外側(cè)設(shè)300～500kg護(hù)底塊石。

工況五：西防波堤采用斜坡式結(jié)構(gòu)，外坡采用4t扭王體護(hù)面，坡度為1:1.5，扭王體下為200～400kg塊石墊層；堤頂安放兩排扭王體，扭王體頂高程11.00m，扭王體后設(shè)重6t四腳空心方塊。外坡腳處安裝兩排扭王塊，外設(shè)1.0～1.5t拋石棱體，棱體頂寬3m，坡度1：2；坡腳護(hù)底塊石寬5.0m，塊石重150～300kg。防波堤內(nèi)坡坡度為1:1.2，采用0.7m厚漿砌塊石護(hù)面，內(nèi)坡在高程3.00m處設(shè)一戧臺(tái)，戧臺(tái)寬度為2.0m，戧臺(tái)以下為200～300kg塊石護(hù)面；堤心拋填5～300kg塊石。

按《防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS154-1-2011）及《海港水文規(guī)范》（JTS145-2-2013）中的有關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算，上述各工況均滿足防波堤抗傾、抗滑及防浪墻穩(wěn)定要求。

3 結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較

各工況中相同材料采用相同價(jià)格進(jìn)行計(jì)算。

3.1 斜坡式防波堤頂防浪墻與四腳空心方塊

工況一每延米3.39元，工況二每延米3.57元，同時(shí)根據(jù)南京水利科學(xué)研究對三沙中心漁港防波堤頂扭王體+防浪墻及防波堤頂扭王體+四腳空心塊兩個(gè)方案的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、堤后越浪量等進(jìn)行了物模試驗(yàn)研究結(jié)果顯示，堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的結(jié)構(gòu)型式在不同水位及相應(yīng)不規(guī)則波作用下均能滿足穩(wěn)定性要求，同時(shí)，其堤后越浪量與堤頂采用防浪墻的結(jié)果形式近似相等。

工況一與工況二結(jié)果對比可知，斜坡堤堤頂扭王體+四角空心方塊比堤頂扭王體+防浪墻造價(jià)省，且擋浪效果近似相等。

3.2 北防波堤直立式與斜坡式結(jié)構(gòu)

工況一每延米3.39萬元，工況三每延米3.81萬元，若將工況三的直立堤堤身漿砌塊石擋墻結(jié)構(gòu)改為現(xiàn)澆塊石砼結(jié)構(gòu)，每延米造價(jià)將更高，根據(jù)以往一些工程實(shí)例，漿砌塊石結(jié)構(gòu)擋墻較易被浪打壞，結(jié)構(gòu)耐久性差，因此在波浪較大，水深淺地方斜坡堤比直立堤更為經(jīng)濟(jì)。

3.3 西防波堤直立式與斜坡式結(jié)構(gòu)

工況四每延米5.97萬元，工況五每延米7.23萬元，因本漁港處于海島上，石料開采量有限，大部分石料需外購，這無形提高了石料用量較大的斜坡堤造價(jià)，有文獻(xiàn)指出隨著建堤處水深的增大，設(shè)計(jì)混合堤的趨勢是采用較高的基床與沉箱結(jié)合形式，因?yàn)樗哂性靸r(jià)較低和沉箱穩(wěn)定性較高的優(yōu)點(diǎn)。因此，在水深大、波浪小、地質(zhì)較好地方采用拋石高基床與沉箱結(jié)合的直立式結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)。

4 結(jié)論

本文以長嶼漁港防波堤斷面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面對比斜坡堤堤頂結(jié)構(gòu)、斜坡堤與直立堤在不同水深及波浪情況下的結(jié)構(gòu)形式，得出在水深淺、波浪較大位置處采用斜坡堤頂扭王體+四角空心方塊結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)，在水深較大、浪較小地方采用高基床與沉箱結(jié)合直立堤結(jié)構(gòu)形式較為經(jīng)濟(jì)。同時(shí)，因防波堤建設(shè)地點(diǎn)復(fù)雜，影響因素較多，針對具體工程應(yīng)具體考慮，本文可為相似工程中防波堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

[1]王美茹，天津港防波堤工程新技術(shù)新結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用[J]，港工技術(shù)，2001，增刊：72-74.

[2]王美茹，深水防波堤設(shè)計(jì)方法初探[J]，港工技術(shù)，2010,47(3)：1-8.

[3]邱駒，港工建筑物[M]，天津：天津大學(xué)出版社，2002.

[4]牛恩宗，王玥葳，馬德堂，防波堤結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新[J]，水運(yùn)工程，2009,423(1)：16-22.

[5]福建三沙中心漁港波浪斷面物理模型試驗(yàn)報(bào)告[R]，南京水利科學(xué)研究院，2010.

[6]俞聿修，斜坡式和直墻式防波堤技術(shù)的新進(jìn)展[J]，港工技術(shù)，2000,(4)：1-4.

U612

A

1006—7973（2017）12-0026-02

10.13646/j.cnki.42-1395/u.2017.12.010