深弧型防浪墻在堤防工程中的應(yīng)用分析

鄭毅

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

前言

堤防工程一般在堤頂?shù)挠粋?cè)設(shè)置防浪墻，如此可以降低工程投資、減小堤防斷面尺寸，直立型、淺弧型屬于較為常見的防浪墻形式，而所用材料則一般有混凝土、漿砌塊石、鋼筋混凝土。為豐富堤防工程建設(shè)中防浪墻設(shè)計(jì)形式的選擇范圍，便于更為經(jīng)濟(jì)、合理地選擇防浪墻形式，本文圍繞深弧型防浪墻在堤防工程中應(yīng)用價(jià)值及施工質(zhì)量控制要點(diǎn)開展研究。

1 深弧型防浪墻結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)

一般的防浪墻高度在12m以內(nèi)，圖1為本文研究的深弧形防浪墻，結(jié)合該圖開展分析不難發(fā)現(xiàn)，該防浪墻弧線下部起點(diǎn)與堤防外坡相切、弧線上部終點(diǎn)切線水平。為直觀展示深弧型防浪墻結(jié)構(gòu)形式與特點(diǎn)，本文選擇了圓弧半徑為0.6m且經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證的深弧型防浪墻作為研究對(duì)象，該防浪墻下部與護(hù)面相切，防浪墻前的壅水大大減少，波浪爬上防浪墻的便利性也大大提升，弧形作用則使得該防浪墻大大消減波浪能量。

圖1 深弧形防浪墻結(jié)構(gòu)示意圖

對(duì)于深弧型防浪墻來(lái)說(shuō)，其與人工塊體的平順相接存在較高困難，因此需采用相對(duì)平順的板式結(jié)構(gòu)作為上坡護(hù)面，圖1便采用了柵欄板結(jié)構(gòu)的上坡護(hù)面，該結(jié)構(gòu)有效控制了波浪的爬高，并保證了深弧型防浪墻與上坡護(hù)面的平順連接。深入分析不難發(fā)現(xiàn)，相較于普通的防浪墻，深弧形防浪墻的特點(diǎn)在于擁有深弧型的迎水面，波浪因此需要沿弧線上爬并會(huì)通過(guò)反挑引導(dǎo)而引導(dǎo)回去，堤防外側(cè)為深弧形防浪墻波浪離開時(shí)的運(yùn)動(dòng)方向，該運(yùn)動(dòng)方向與水平面的夾角接近0°，相較于直立型防浪墻斜向上方的波浪反射后運(yùn)動(dòng)方向，深弧形防浪墻的越浪量較小，而在相同的越浪量情況下，深弧形防浪墻穩(wěn)定性受到的沖擊較大，因此堤防工程的深弧形防浪墻應(yīng)用必須關(guān)注其穩(wěn)定性[1]。

表1 斷面1越浪量實(shí)測(cè)值

表2 斷面2越浪量實(shí)測(cè)值

2 深弧型防浪墻防浪效果分析

2.1 工程概況

表3 斷面3越浪量實(shí)測(cè)值

結(jié)合上文分析可初步了解深弧形防浪墻具備的獨(dú)特消浪機(jī)理，其具備的消浪優(yōu)勢(shì)也證明了深弧形防浪墻的先進(jìn)性，而考慮到現(xiàn)階段我國(guó)堤防領(lǐng)域的深弧形防浪墻應(yīng)用范圍較窄，本文選擇了位于我國(guó)上海某地區(qū)河口治理及綜合開發(fā)項(xiàng)目的深弧形防浪墻作為研究對(duì)象。研究對(duì)象的深弧形防浪墻結(jié)構(gòu)形式與圖1相同，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇風(fēng)浪標(biāo)準(zhǔn)，外坡坡比、設(shè)計(jì)潮位分別為1：3與3.11m，按允許部分越浪設(shè)計(jì)[2]。

2.2 防浪效果分析

為證明深弧形防浪墻的防浪效果，工程人員基于3個(gè)斷面開展了物理模型試驗(yàn)，表1、表2、表3分別為斷面1、斷面2、斷面3越浪量實(shí)測(cè)值。

表1、表2、表3所示數(shù)據(jù)應(yīng)用了公式（1）所示的防浪墻墻頂高程與越浪量的關(guān)系函數(shù)式，其中Q、h分別為越浪量、堤頂高程，a、b為系數(shù)。

Q=aexp（-bh） （1）

結(jié)合表1、表2、表3所示數(shù)據(jù)開展斷面試驗(yàn)成果擬合，可確定0.02m3/（m·s）越浪量控制標(biāo)準(zhǔn)下，斷面1直立型防浪墻臨界墻頂高程為5.01m，而深弧型防浪墻則為4.85m，斷面2直立型防浪墻為5.78m，深弧型防浪墻則為5.58m，斷面3直立型防浪墻為5.25m，深弧型防浪墻為5.01m，由此可見斷面1、斷面2、斷面3中相較于直立型防浪墻，深弧型防浪墻分別能降低墻頂高程16cm、20cm、24cm。同時(shí)，在相同防浪墻高度條件下，深弧型防浪墻的優(yōu)勢(shì)隨著越浪量的減少而不斷提升，在斷面1、斷面2、斷面3墻頂高程分別為5.80m、6.70m、6.30m情況下，直立型防浪墻越浪量均達(dá)到了深弧型防浪墻的10倍以上，深弧型防浪墻具備的防浪效果優(yōu)勢(shì)可見一斑[3]。

3 深弧型防浪墻在堤防工程中的具體應(yīng)用

3.1 質(zhì)量問(wèn)題分析

同樣以上文提到的上海某地區(qū)河口治理及綜合開發(fā)項(xiàng)目的深弧形防浪墻作為研究對(duì)象，由于深弧形防浪墻獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，其圓弧面施工質(zhì)量控制難度大，對(duì)混凝土和易性、施工模板要求較高，目前尚無(wú)一套成熟的施工工法。混凝土外觀質(zhì)量與尺寸偏差是影響深弧形防浪墻質(zhì)量的主要因素。主要表現(xiàn)為混凝土表面出現(xiàn)砂線、麻面、蜂窩、露筋、缺楞掉角、表面氣泡較多等問(wèn)題。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)研究調(diào)查，造成上述質(zhì)量問(wèn)題原因主要有：

（1）原材料及配合比方面：水泥泌水率過(guò)高、配合比砂率過(guò)大、骨料含泥量過(guò)大；

（2）拌制、澆筑方面：拌和時(shí)間不足、拌和不均、下料高度過(guò)高、分層厚度過(guò)大、混凝土振搗不密實(shí)；

（3）模板方面：模板加工尺寸及線型偏差大、模板表面平整度不足、模板拼接不嚴(yán)、模板及支撐強(qiáng)度低、拆模操作不規(guī)范、過(guò)早拆模。

通過(guò)分析施工單位采用的一系列針對(duì)性較高的施工質(zhì)量控制措施，對(duì)深弧型防浪墻施工要點(diǎn)進(jìn)行歸納，以便深弧形防浪墻更好地應(yīng)用于堤防工程。

3.2 施工控制要點(diǎn)

3.2.1 模板加工偏差控制

為保證深弧型防浪墻結(jié)構(gòu)模板形狀、尺寸的準(zhǔn)確且曲線平滑，工程采用了專業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助軟件，通過(guò)在計(jì)算機(jī)上準(zhǔn)確畫出反弧型弧模形狀，再利用AutoCAD制圖軟件具備的計(jì)算、測(cè)量功能準(zhǔn)確放出大樣，即可配合現(xiàn)場(chǎng)的專業(yè)技術(shù)指導(dǎo)，做好現(xiàn)場(chǎng)模板加工、安裝質(zhì)量的檢查和監(jiān)督。在實(shí)際的模板加工中，使用計(jì)算機(jī)輔助軟件的模板加工尺寸偏差被控制在3mm以內(nèi)，深弧型防浪墻結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量由此得到了較好保障。

3.2.2 模板及支撐強(qiáng)度控制

為保證鋼筋綁扎骨架及模板的支撐穩(wěn)定性，施工單位結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，采用了在弧模內(nèi)側(cè)加設(shè)斜撐的施工方式，斜撐的間距控制為2m，同時(shí)加密弧模側(cè)對(duì)拉螺桿，構(gòu)件線性偏差、空洞、砂線、漏漿等質(zhì)量問(wèn)題得以避免。值得注意的是，為最大化發(fā)揮斜撐效用，工程施工過(guò)程中還在二級(jí)坡側(cè)預(yù)先放置了斜撐支撐的底座（2塊柵欄板），模板及支撐強(qiáng)度控制得以更好實(shí)現(xiàn)。

3.2.3 水泥等量置換礦粉

由于工程防浪墻施工多數(shù)時(shí)間處于冬季，為避免出現(xiàn)開裂問(wèn)題，施工單位原計(jì)劃在混凝土中摻入了礦粉，但在早期的施工中發(fā)現(xiàn)，作為負(fù)壓區(qū)的反弧區(qū)很容易匯聚氣泡，施工質(zhì)量因此受到了一定影響，因此施工單位在反復(fù)研究后決定采用相對(duì)于礦粉細(xì)度較細(xì)且早強(qiáng)高的水泥替代礦粉，并采用了挖機(jī)分層緩緩下料施工方式。

在具體的施工過(guò)程中，需保證反弧區(qū)部分先行下料厚度控制在30cm內(nèi)，隨后進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間的控制需結(jié)合混凝土不同坍落度，同時(shí)需避免出現(xiàn)過(guò)振或漏振問(wèn)題出現(xiàn)，下部集聚的氣泡由此實(shí)現(xiàn)了較好釋放。此外，為協(xié)助模板內(nèi)側(cè)空氣釋放，施工過(guò)程中施工人員還在模板外側(cè)使用小型平板振、榔頭輕微敲打了鋼模板。

3.2.4 制定結(jié)構(gòu)模板安裝方案

結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙開展分析，可確定反弧型弧模下部屬于銜接段，該段的長(zhǎng)、高分別為28.2cm與11.1cm，而在混凝土配合比不變情況下，施工單位發(fā)現(xiàn)縮短此部分銜接段可有效減少氣泡數(shù)量，最終經(jīng)過(guò)反復(fù)的試驗(yàn)、計(jì)算驗(yàn)證，施工單位發(fā)現(xiàn)反弧型弧模下部銜接段長(zhǎng)10.0cm時(shí)氣泡數(shù)量相對(duì)較少，且斜面鋁合金尺收面平整也能夠得到較好保障。在具體施工中，改進(jìn)后的模板方案收獲了較為喜人的成果，現(xiàn)澆構(gòu)件外觀質(zhì)量、節(jié)點(diǎn)部位細(xì)部處理水平均得到提高，在160個(gè)混凝土外觀質(zhì)量及尺寸偏差點(diǎn)數(shù)檢查中，不合格點(diǎn)數(shù)僅為8個(gè)（5%），質(zhì)量控制效果良好。

4 結(jié)論

綜上，深弧型防浪墻較直立型防浪墻防浪效果更優(yōu)，并基于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式，可提供良好的景觀效果，雖然其穩(wěn)定性較弱，且圓弧面施工質(zhì)量控制難度較大，但通過(guò)采取本文所論述的模板加工偏差控制、模板及支撐強(qiáng)度控制、水泥等量置換礦粉、制定結(jié)構(gòu)模板安裝方案等措施，可提供可行性較高的深弧型防浪墻應(yīng)用路徑。此外，為更好地保證深弧型防浪墻施工質(zhì)量，整體式模板的合理利用、機(jī)械輔助拆立模也需得到重視。