防浪与胸墙高程控制设计优化

张金成

摘 要：护岸防护工程中防浪胸墙顶高程主要由潮位和波浪爬高确定，在台风频发的沿海地区，由于水深浪大，为了满足防洪设计要求，采用传统的海堤结构断面，需要较高的堤顶及防浪强高度，严重影响景观和后方土地开发利用。本文以某人工岛项目为例，探讨降低防浪墙顶高程和控制越浪的设计优化方案，为工程设计提供参考。

关键词：防浪胸墙 顶高程 越浪控制

1.引言

防浪胸墙的顶高程主要由潮位和波浪爬高确定，波浪爬高的影响因素很多，主要有入射波要素、波向、风速、堤坡坡度、堤坡形式、护面结构、堤前水深等。有关波浪爬高和越浪量的研究成果很多。目前，海岸工程逐渐向外海浪大，掩护条件较差区域发展，往往会设置高大胸墙以控制越浪。虽然对陆域进行了有效防护，但绵长的高墙环绕，观感差、压抑，尤其在较小的场所，感觉尤甚。过往的设计主要考虑防浪功能要求，波浪稍大的海域，防浪胸墙高出地面多达3～5m。近年来，离岸人工岛建设工程越来越多，大多以休闲观光、旅游和房地产开发为目的，对环境、生态和景观的要求如越来越高。如不能保持景观特色、提高人的感观，不利于项目开发，提高土地价值，甚至丧失开发价值。本文以某离岸人工岛旅游地产项目为例，探讨降低胸墙高墙和控制越浪的设计优化。

2.工程概况

人工岛工程位于琼州海峡东南部海口市与文昌市之间的铺前湾水域，规划用海面积约6.12km2，岸线长度20.4km，东西最长7.9km，南北最宽1.6km，距离陆地岸线为4.4km。平面布置如图1所示。护岸安全等级为I级，场地防洪标准（重现期）取200年一遇高潮位，结构稳定按100年一遇高潮位和100年一遇波要素进行设计，允许越浪；越浪量控制标准按重现期为50年一遇高潮位和50年一遇波浪下小于0.05m3/（s.m）。根据地质报告显示，各土层分布如下：粉细砂、中粗砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土。建设场地内表层绝大部分均为松散～稍密的粉细砂，平均厚度为12.70m，标准贯入试验击数为24.4击。

（1）设计水位（以当地理论最低潮面为基准面）：

200年一遇高潮位：4.58m；

100年一遇高潮位：4.35m；

50年一遇高潮位：4.13m；

设计高水位：2.69m（10%高潮累积频率）；

设计低水位：0.55m（90%低潮累积频率）；

50年一遇低潮位：-0.18m。

（2）设计波浪（见表1）。

3.断面设计方案

根据上述设计条件，初步设计四种断面结构形式，分别为单坡断面、宽肩台断面和双防浪墙断面。通过波浪断面物理模型试验，对三种设计断面分别进行优化。试验在长80m、宽1.0m、高1.5m的波浪水槽中进行，试验采用不规则波和规则波，按正态重力相似准则设计模型模型长度比尺为λ=35。进行了不同潮位，波浪要素的组合试验，分别观察了外海坡护面结构、内海坡护面结构、挡浪墙等部位稳定性，并测量了堤顶越浪量。确定各设计断面如下。

3.1单坡断面方案

护岸采用抛石斜坡堤结构，胸墙顶高程为11.50m，堤顶标高为10.30m，堤心石采用10～1000kg，堤顶设置L型钢筋混凝土胸墙。外坡坡面采用20t扭王字块护面，扭王块下设置块石垫层，坡度为1：1.5，考虑到冲刷的影响，在坡脚处抛填护底块石，护底块石下铺设土工格栅；抛石堤内坡外设有二片石垫层和混合倒滤层，混合倒滤层外铺设两层土工布，陆域吹填砂，高程为5.80m。3.2宽肩台断面方案

宽肩台断面优化主要是胸墙前肩台高程从11m降到5.8m，肩台宽度由原来设置2个扭王字块加宽到6个扭王字块，宽达15.4m，其他构造与单坡式断面一致。

3.3双防浪墙断面方案

该断面设两道防浪墙，第一道防浪墙前仍为2个扭王字块宽度，顶高程从8.5m降到8.0m，第二道防浪墙顶高程仍为8.5m，两防浪墙间的平台前端采用宽3.0m、厚0.4m的柵栏板，后端采用宽1.0m、厚0.4m的柵栏板，中间采用500～800kg大块石理砌。

4.设计断面分析比较

单坡断面防浪墙高程与陆域回填高程差5.7m，沿岸高胸墙阻挡导致景观全无，感观压抑，很难通过陆域景观设计改造来满足旅游地产开发项目的要求，因此降低胸墙高度的优化设计是重点问题。

宽肩台断面是在静水位设置宽肩台，加剧波浪破碎，减少波浪爬高和越浪量。断面模型试验表明，静水位附近较宽肩台对波浪有较好的抑制效果，胸墙顶高程从11.5m降到10.0m，在满足波浪越浪量控制标准情况下，起到了在低胸墙下减少越浪量的效果，但防浪墙高程与陆域回填高程差仍有4.2m，且肩台宽度较大，胸墙前扭王字块结构的肩台难以利用，扭王字块个体大，造价也较高，存在进一步优化的可能。

双防浪墙断面是利用第一道防浪墙及其肩台使波浪基本破碎，减少越浪水体，大部分水体受抑制而落在第二道防浪墙前。断面模型试验表明，由于越过第一道胸墙后波浪破碎，其冲击力较小，因此，采用柵栏板和大块石理砌即可满足稳定要求。同时，大部分水体跌落于第二道胸墙前，而其下为透水性良好的块石，直接流回海里，也减少了后方排涝要求，第二道胸墙后的越浪量仍然在控制的越浪量范围。两胸墙间平台高程较低，在无台风情况较为亲水，可以充分利用，规划人群观海走廊、休闲设施等。防浪墙高程与陆域回填高程差减小到2.7m。

波浪断面物理模型试验越浪量如表2，断面造价如表3。

5.结论

（1）单坡断面造价适中，但需设置较高的防浪墙挡浪，完全挡住海岛景观。本工程防浪墙顶高程达11.5m，而陆域高程5.8m，高差达5.7m。衔接过渡较难，若靠提高陆域标高解决，工程量很大。

（2）宽肩台的设置可以抑制波浪的爬高和越浪量，降低胸墙高度，较容易解决挡浪墙与陆域的衔接问题，但需要浪费靠岸的一些土地，而且造价略高。一般靠近岸边风浪仍较大，靠岸布置建筑物也并不合适，因此，若做好岸边土地规划利用，宽肩台布置也是能接受的。

（3）双防浪墙设计可以采用较低胸墙而提高观海人群的感观，胸墙顶高程仅8.5m，与陆域相差2.7m，衔接过渡较为容易，而且双胸墙间可以作为亲水观海走廊。

参考文献：

[1]陈国平，王铮，袁文喜等.不规则波作用下波浪爬高计算方法[J].水运工程，2010（2）： 23-30.

[2]Owen M W， Steele AAJ. Effectiveness of recurved wavereturn wall[R]. Wallingford： Hydraulics Research， 1991.[3]Van der Meer，J.W. and Janssen，J.P.F.M.，1995.Wave run-up and wave overtopping at dikes， ASCE，Ch.1：1-27.

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