渔港防波堤结构设计策略

◎ 文/于德双 陈丁

防波堤工程是渔港的一个关键构成部分，对渔港内各设施具有很好的保护作用，在设计渔港防波堤结构时，需要根据渔港的自然条件以及地理环境合理选定防波堤结构，才能充分发挥出防波堤工程的重要价值。笔者针对渔港防波堤工程结构的选定等进行了深入探析，并提出了具体的设计策略，以助于渔港防波堤工程结构设计水平的提高。

渔港的浅层土和海底表层通常都是淤泥质黏土和淤泥，并不具有较强的物理力学指标，这对渔港自身的稳定性十分不利。因此，非常有必要结合渔港的实际情况，通过防波堤工程结构的合理设计，加强对渔港的保护，从而充分发挥渔港的重要作用，助推我国渔业防灾减灾事业的发展。

一、渔港防波堤工程结构的选定

结合渔港自身的特点，合理的选定防波堤工程的结构，所选定的防波堤结构，不单单需要具有较好的适应性，同时还需要保证工程结构施工环节精简、结构简单、耐久，并且便于后续的维护。以下总结了常见的防波堤类型及特点。

（一）直立式防波堤

1.传统重力式直立堤

传统型式的防波堤结构均为重力式直立结构，主要包括沉箱结构和实心方块结构（见图1），自身重量比较大，消耗的施工材料也比较多，除了在水位比较浅的位置应用这一重力式结构防波堤不需要进行加固处理以外，其他位置的防波堤均需要做好加固处理。除此之外，若想保证传统斜坡式和直立式混合防波堤上方直墙结构的稳定性，避免破碎波压力对其稳定性造成影响，就需要注意增加自身的重量，因此直墙结构的断面尺寸通常较大。

图1 传统重力式直立堤

2.开孔式直立堤

开孔式直立堤是在传统重力式防波堤的基础上进行改进，在迎浪侧外壁设置开孔，使波浪在堤前与消浪室内运动产生相位差，波浪通过外壁上的开孔涌入消能室，在消能室中造成剧烈紊动而损失能量，从而降低堤前波浪反射。该结构不仅对波浪的反射较小，同时承受的波浪力及堤前的底流速也较小。

（二）斜坡式防波堤

1.抛石防波堤

抛石防波堤主要包括两种，一种为不分级块石防波堤，另一种为分级块石防波堤。其中不分级块石防波堤（见图2）的特点是块石的抛填比较随意，直接将大块石滚动到坡底，形成的坡度比较自然。在波浪的作用下，小块石不断被冲刷，堤身将变得更加密实。其缺点在于施工比较缓慢，需要使用较多石料，在波浪的长时间作用下，很容易发生堤面坍塌。

图2 不分级块石防波堤

分级石块防波堤（见图3）就是根据波浪大小及使用要求分级使用块石，较小的块石放置在防波堤斜坡下部或堤心，堤顶和外坡由于受到波浪的作用比较强烈需抛填大块石。为了切实发挥防波堤抗击波浪的能力，在施工水位以上时，可采用干砌块石。在一些石料比较好，石材加工能力比较强的地区，可采用干砌条石护面。

图3 分级块石防波堤

2.异型人工块体护面斜坡堤

随着沿海渔业经济的高速发展，渔港逐渐向深水领域扩展，防波堤所处的水深也在逐渐增加。异型人工块体护面斜坡堤（见图4）不仅具有较好消浪性能，并且还具有较好的稳定性，所以目前世界各国正在开展更深层次和多样化的研究。目前广泛采用异型人工护面块体有：扭王字块体、扭工字块体、四脚锥体、四脚空心方块、栅栏板等。国内应用最多的两种是四脚空心方块和扭王字块体。

图4 异型人工块体护面斜坡堤

3.宽肩台斜坡式防波堤

在进行宽肩台斜坡式防波堤（见图5）护面块石施工的过程中，需要在高水位以上使用块石堆筑成具有一定宽度的肩台，所以该防波堤被称之为宽肩台斜坡式防波堤。此类防波堤对护面块石的重量要求较轻，且在波浪的作用下，外坡允许发生形变。

图5 宽肩台斜坡堤

（三）浮式防波堤

与其他传统防波堤相比，浮式防波堤（见图6）可适应水深较大、地基软弱、大潮差和实现水体交换等情况，近年来在渔港工程、海洋工程及海水养殖等领域具有广阔应用前景。浮式防波堤主要由浮体和锚泊系统组成，通过浮体结构与波浪间的相互作用来消浪。结构型式主要包括浮箱式、浮筒式、浮筏式及其相应改进结构。其优点主要包括：一是可以避免港区内水体污染，因为其自身具有较强的水体交换功能；二是随着水域深度的不断增加，造价要比坐底式防波堤低很多，经济效益明显；三是可以轻松的应用在软土海床区域，不需要对地基进行特殊处理；四是可以改变安放位置，修建速度较快，易于拆迁；五是浮式防波堤所需的锚具、缆绳和浮体均比较容易生产制造。其缺点在于：一是需使用多种技术和设备才能够达到消浪的要求；二是在波浪的作用下锚具和缆绳容易发生损坏；三是一旦缆绳发生损坏，浮体将对过往的船舶、近海结构和海岸造成较大的威胁；四是浮式防波堤的维护存在较大难度。

图6 浮式防波堤

二、软基渔港防波堤工程结构新技术的开发与利用

（一）土工织物的开发与使用

近几年，土工织物在渔港防波堤建设中的应用越来越广泛，尤其在进行渔港防波堤软土地基加固处理的过程中，可以将土工布与砂垫层有机结合在一起形成复合地基。在具体应用的过程中，碎石滤层可以利用土工布反滤层来替代，堤心石则可以利用灌满泥沙的袋子来替代。西方国家将土工织物的开发与使用看作是岩土工程领域的一次重大革命，其发展与应用前景一片大好。目前为止有关土工织物的计算方法与计算理论依然尚未发展成熟，但是现阶段不管是国外还是我国都已经提出了一些有关土工织物的设计法则。

（二）CDM工法的开发与使用

在进行天津港东突堤软基加固处理时首次采用了CDM工法，CDM工法就是利用重力式沉箱结构通过深层拌合水泥的方式来加固软基。虽然该工法的发展相对来说已经比较成熟，在加固处理渔港软基中也可应用，但相对来说造价较高，不适于渔港等公益性基础设施的建设。

（三）堤心石的抛填

在进行堤心石抛填的过程中，需要注意加强对堤心石规格的控制，可以选择规格在10kg～300kg的堤心石，抛填的方式以陆上全断面抛填为主。堤顶的高度需要比高水位高。防波堤迎接海浪一侧的底坡则需要使用大块石堆筑一定的高度，以此降低日常越浪情况的出现，避免波浪对防波堤路面造成侵袭。抛填堤心石的边界需要比块石垫层边界宽，坡脚的抛填必须到位，降低坡脚水下抛填的工作量。并且在具体施工的过程中，需要尽可能将运输堤心石的通道拓宽到整个堤顶，这样运输车辆和机械在上方运行时，便可以将堤顶碾压得更加密实。另外，还需要对石料的质量进行严格的控制，保证所使用的石料有着良好的级配，降低堤身的沉降。

（四）桶式基础结构关键技术

桶式基础结构（见图7）是一种新型的水工建筑物，可应用在淤泥质海岸的渔港防波堤建设中。桶式基础结构为预制钢筋混凝土结构，单桶结构在陆地预制完成后浮运至建设地点进行自重及负压下沉，桶体预制部分全部下沉就位后，在上筒设置挡浪墙，并将上筒连接为整体。防波堤建成后，下桶位于地基土层内，承担和传递波浪荷载的作用，上筒在海平面附近承担挡浪作用。桶式基础结构充分利用地基与基础结构之间的相互作用，达到抗滑、抗倾稳定性要求。该结构无需对软土地基进行换填处理，无需使用大量的砂石材料，对环境产生的影响较小，且建设周期短、工程造价低，容易控制工程建设的质量。

图7 桶式基础结构应用

三、讨论与展望

综上所述，防波堤工程是渔港的一个重要构成部分，承担着渔港防灾减灾的重要使命，发挥着不可替代的重要作用。为此，必须根据渔港所在地的自然条件和施工现场的实际情况，选择恰当的防波堤工程结构，以此充分发挥防波堤自身的重要效用，提高防波堤自身的稳定性，从而更好地保护渔港。

随着社会经济的不断发展，全球对环境治理、食品安全已经达成了共识，在海洋经济绿色、高速发展的大背景下，对渔业和渔港可持续发展提出了更高要求，因此在进行渔港防波堤工程设计时，也需要充分考虑到渔港污染防治的迫切需求，注重生态防波堤的建设，实现绿色低碳渔港。同时在防波堤工程投入使用后，可以借助信息化手段，通过数字视频监控技术、物联网技术等的运用，搭建数字化渔港防波堤工程管理系统，实时监控渔港及防波堤的实际情况，以便及时做好工程的维护工作，切实保证渔港的安全性。