渔港工程防波堤堤顶优化设计

刘锦

摘 要：本文根据三沙中心渔港防波堤区域特殊的施工环境，从结构安全、施工速度、经济比选及防护效果等角度出发，分析了三沙中心渔港防波堤断面堤顶优化设计的科学性和合理性。并通过分析防波堤波浪断面物理模型试验的结果，得出防波堤堤顶采用四脚空心方块+扭王块的结构明显优于防浪墙+扭王块的结构型式的结论。

关键词：三沙中心渔港；防波堤；20t四角块；防浪墙

中图分类号：TV871 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2016）09-0060-02

三沙中心渔港位于福宁湾东北，由三沙五澳港区、三沙田澳港区以及古镇港区等三个港区组成。港域水域开阔，水深适中，但波浪较大，地形地貌复杂，礁屿众多，近岸区水下坡度变化较大且地质构造复杂，地层多变，港区大部分为淤泥底质，适宜船只锚泊，是建设中心渔港的理想港口。

根据当地自然条件及渔业生产规模及发展趋势，三沙中心渔港工程将重点解决渔船卸港和避风问题，本次设计项目侧重于田澳避风水域建设及五澳码头岸线建设，渔港规划要考虑与三沙总体规划相谐调，各功能区应布局合理，新旧结合，远近结合，统一规划。

根据三沙中心渔港的港区条件，将避风水域布置于三沙港西面的田澳港区内，总平面布置如下：为形成掩护条件良好的港内避风水域，在田澳港区南侧的鼠尾礁以西至狮头岛以东的岔口间共新建C、D、E等3道防波堤，长度分别为131m、151m、60m，以阻挡东南～西南向风浪对港内水域的直接影响，同时在鼠尾至南尖山间建设长度分别为145m和157m的A1、A2两道防波堤（详见图1）。

1 防波堤结构方案

本工程防波堤结构共设计了两个结构方案：

1.1 方案一

方案一外坡采用17t扭王体护面，堤顶采用加设两排扭王体及一排25t四角空心方块，堤顶宽10.1m，顶高程为11.55m。防波堤外坡坡度为1：1.5，坡脚安放两排扭王体。扭王体下设厚度为1.45m、重0.8～1.2t块石垫层。坡脚扭王体外侧加设抛石棱体，抛石棱体顶宽5.0m，坡度1：1.5，棱体块石重0.8～1.2t。棱体外侧护底抛石宽8.0m，厚1.0m，护底块石重200～300kg。防波堤内坡在0.00m高程处设有宽2.5m的抛石戗台，戗台以上为丁砌条石护面，护面层厚0.8m，坡度1：1.2，戗台以下坡度1：1.5，采用500～800kg的抛石护面，护面层厚1.3m。堤心抛填5～300kg块石（详见图2）。

1.2 方案二

方案二采用目前常用的斜坡堤结构型式，其内外坡及护底结构与方案一相同，堤顶采用L型现浇砼防浪墙，墙前设两排扭王体，堤顶宽10.1m，顶高程为11.55m（详见图3）。

2 结构方案对比

本工程结构两个结构方案最大的区别就在于防波堤堤顶结构的不同，方案二为常用的结构型式，而方案一堤顶结构目前应用较少，但相比结构方案二，方案一具有以下明显的优点：①堤顶采用四脚空心方块+扭王块的结构型式，全部构件均为预制安装，故方案一施工速度明显快于方案二，由于三沙渔港港区受东北季风及夏季台风影响较大，施工时间有限，常常要抢台风施工，同时，由于本港防波堤多为岛式堤，施工难度较高，施工条件恶劣，故而采用方案一的结构可大大降低三沙中心渔港防波堤的施工难度，提高施工效率；②堤顶采用四脚空心方块+扭王块的结构型式，其工程造价也要小于堤顶采用防浪墙的结构型式，由于福建省渔港投资规模有限，因此，采用方案一可节省工程造价，更有利于渔港的建设；③根据对福建省众多已建渔港的调查显示，由于施工质量参差不齐，堤顶防浪墙是渔港较易损坏的构件，而防浪墙的损坏则大大影响了港内的泊稳条件，对渔民生命财产安全均构成重大威胁；而堤顶采用四脚空心方块+扭王块的结构型式，施工质量更易控制，堤顶不容易出现破坏。

由于有以上三大优点，因此，本工程推荐堤顶采用四脚空心方块+扭王块的斜坡堤结构型式，但由于目前类似工程的经验较少，因此，在施工图阶段，为保证该结构断面的安全稳定，建设单位委托南京水利科学研究院进行了防波堤波浪断面物理模型试验，重点针对两种方案的结构稳定性、堤后越浪量等进行了物模试验，其试验结果简述如下：

2.1 结构稳定性

2.1.1 方案一

在各级水位及相应的不规则波作用下，当波浪累积作用时间相当于原型3小时后，堤顶20t四角空心方块、外坡14t扭王字块体、外坡1.0～2.0t棱体抛石、外坡200～300kg护底抛石、现浇C30砼压顶、内坡0.70m厚丁砌条石、内坡现浇块石砼镇脚、内坡400～700kg护面抛石均稳定。

2.1.2 方案二

在各级水位及相应的不规则波作用下，当波浪累积作用时间相当于原型3小时后，堤顶防浪墙、外坡14t扭王字块体、现浇C30砼压顶、内坡0.70m厚丁砌条石、内坡现浇块石砼镇脚、内坡400～700kg护面抛石均稳定。

2.2 堤后越浪量对比

2.2.1 方案一

在极端高水位及其相应的不规则波作用下，堤后测得的有效波高Hs为0.71m。堤顶部测得的越浪量为0.036m3/s/m。

在设计高水位及其相应的不规则波作用下，少许水花越过堤顶，堤后未测得波高。堤顶部测得的越浪量为0.0026m3/s/m。

2.2.2 方案二

在极端高水位及其相应的不规则波作用下，堤后测得的有效波高Hs为0.82m。防浪墙顶部测得的越浪量为0.042m3/s/m。

在设计高水位及其相应的不规则波作用下，少许水花越过堤顶，堤后未测得波高。防浪墙顶部测得的越浪量为0.0038m3/s/m。

由以上试验结果可以看出，堤顶采用四脚空心方块+扭王块的结构型式在不同水位及相应不规则波作用下均能满足稳定性要求，同时，其堤后越浪量与堤顶采用防浪墙的结果型式近似相等。

3 结论

根据三沙中心渔港港区水深地形条件及施工上的难度进行设计的三沙中心渔港防波堤断面结构，相比于传统的防波堤结构型式有较大的优势，不仅可以提高施工速度，降低施工难度，更有利于施工质量的控制，同时，也更好的节省了工程造价；与此同时，通过防波堤波浪断面物理模型试验，验证了该结构的稳定性及堤后越浪量的大小，确定了该种结构型式的可靠性，对我省同类型工程建设具有一定的参考价值。

参考文献：

[1]《防波堤结构的创新》，中交水运规划设计院有限公司，2009.1

[2]《防波堤损坏特点与其成因的关系》，天津大学建筑工程学院，2006.5

[3]《防波堤结构细部设计与施工质量控制的技术探讨》，福州港建水运工程监理所，2003.3

[4] 《斜坡式和直墙式防波堤技术的新进展》，大连理工学院，2000.12

[5]《福建三沙中心渔港波浪断面物理模型试验报告》，南京水利科学研究院，2010.7