漁港工程防波堤堤頂優化設計

劉錦

摘 要：本文根據三沙中心漁港防波堤區域特殊的施工環境，從結構安全、施工速度、經濟比選及防護效果等角度出發，分析了三沙中心漁港防波堤斷面堤頂優化設計的科學性和合理性。并通過分析防波堤波浪斷面物理模型試驗的結果，得出防波堤堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的結構明顯優于防浪墻+扭王塊的結構型式的結論。

關鍵詞：三沙中心漁港；防波堤；20t四角塊；防浪墻

中圖分類號：TV871 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2016）09-0060-02

三沙中心漁港位于福寧灣東北，由三沙五澳港區、三沙田澳港區以及古鎮港區等三個港區組成。港域水域開闊，水深適中，但波浪較大，地形地貌復雜，礁嶼眾多，近岸區水下坡度變化較大且地質構造復雜，地層多變，港區大部分為淤泥底質，適宜船只錨泊，是建設中心漁港的理想港口。

根據當地自然條件及漁業生產規模及發展趨勢，三沙中心漁港工程將重點解決漁船卸港和避風問題，本次設計項目側重于田澳避風水域建設及五澳碼頭岸線建設，漁港規劃要考慮與三沙總體規劃相諧調，各功能區應布局合理，新舊結合，遠近結合，統一規劃。

根據三沙中心漁港的港區條件，將避風水域布置于三沙港西面的田澳港區內，總平面布置如下：為形成掩護條件良好的港內避風水域，在田澳港區南側的鼠尾礁以西至獅頭島以東的岔口間共新建C、D、E等3道防波堤，長度分別為131m、151m、60m，以阻擋東南～西南向風浪對港內水域的直接影響，同時在鼠尾至南尖山間建設長度分別為145m和157m的A1、A2兩道防波堤（詳見圖1）。

1 防波堤結構方案

本工程防波堤結構共設計了兩個結構方案：

1.1 方案一

方案一外坡采用17t扭王體護面，堤頂采用加設兩排扭王體及一排25t四角空心方塊，堤頂寬10.1m，頂高程為11.55m。防波堤外坡坡度為1：1.5，坡腳安放兩排扭王體。扭王體下設厚度為1.45m、重0.8～1.2t塊石墊層。坡腳扭王體外側加設拋石棱體，拋石棱體頂寬5.0m，坡度1：1.5，棱體塊石重0.8～1.2t。棱體外側護底拋石寬8.0m，厚1.0m，護底塊石重200～300kg。防波堤內坡在0.00m高程處設有寬2.5m的拋石戧臺，戧臺以上為丁砌條石護面，護面層厚0.8m，坡度1：1.2，戧臺以下坡度1：1.5，采用500～800kg的拋石護面，護面層厚1.3m。堤心拋填5～300kg塊石（詳見圖2）。

1.2 方案二

方案二采用目前常用的斜坡堤結構型式，其內外坡及護底結構與方案一相同，堤頂采用L型現澆砼防浪墻，墻前設兩排扭王體，堤頂寬10.1m，頂高程為11.55m（詳見圖3）。

2 結構方案對比

本工程結構兩個結構方案最大的區別就在于防波堤堤頂結構的不同，方案二為常用的結構型式，而方案一堤頂結構目前應用較少，但相比結構方案二，方案一具有以下明顯的優點：①堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的結構型式，全部構件均為預制安裝，故方案一施工速度明顯快于方案二，由于三沙漁港港區受東北季風及夏季臺風影響較大，施工時間有限，常常要搶臺風施工，同時，由于本港防波堤多為島式堤，施工難度較高，施工條件惡劣，故而采用方案一的結構可大大降低三沙中心漁港防波堤的施工難度，提高施工效率；②堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的結構型式，其工程造價也要小于堤頂采用防浪墻的結構型式，由于福建省漁港投資規模有限，因此，采用方案一可節省工程造價，更有利于漁港的建設；③根據對福建省眾多已建漁港的調查顯示，由于施工質量參差不齊，堤頂防浪墻是漁港較易損壞的構件，而防浪墻的損壞則大大影響了港內的泊穩條件，對漁民生命財產安全均構成重大威脅；而堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的結構型式，施工質量更易控制，堤頂不容易出現破壞。

由于有以上三大優點，因此，本工程推薦堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的斜坡堤結構型式，但由于目前類似工程的經驗較少，因此，在施工圖階段，為保證該結構斷面的安全穩定，建設單位委托南京水利科學研究院進行了防波堤波浪斷面物理模型試驗，重點針對兩種方案的結構穩定性、堤后越浪量等進行了物模試驗，其試驗結果簡述如下：

2.1 結構穩定性

2.1.1 方案一

在各級水位及相應的不規則波作用下，當波浪累積作用時間相當于原型3小時后，堤頂20t四角空心方塊、外坡14t扭王字塊體、外坡1.0～2.0t棱體拋石、外坡200～300kg護底拋石、現澆C30砼壓頂、內坡0.70m厚丁砌條石、內坡現澆塊石砼鎮腳、內坡400～700kg護面拋石均穩定。

2.1.2 方案二

在各級水位及相應的不規則波作用下，當波浪累積作用時間相當于原型3小時后，堤頂防浪墻、外坡14t扭王字塊體、現澆C30砼壓頂、內坡0.70m厚丁砌條石、內坡現澆塊石砼鎮腳、內坡400～700kg護面拋石均穩定。

2.2 堤后越浪量對比

2.2.1 方案一

在極端高水位及其相應的不規則波作用下，堤后測得的有效波高Hs為0.71m。堤頂部測得的越浪量為0.036m3/s/m。

在設計高水位及其相應的不規則波作用下，少許水花越過堤頂，堤后未測得波高。堤頂部測得的越浪量為0.0026m3/s/m。

2.2.2 方案二

在極端高水位及其相應的不規則波作用下，堤后測得的有效波高Hs為0.82m。防浪墻頂部測得的越浪量為0.042m3/s/m。

在設計高水位及其相應的不規則波作用下，少許水花越過堤頂，堤后未測得波高。防浪墻頂部測得的越浪量為0.0038m3/s/m。

由以上試驗結果可以看出，堤頂采用四腳空心方塊+扭王塊的結構型式在不同水位及相應不規則波作用下均能滿足穩定性要求，同時，其堤后越浪量與堤頂采用防浪墻的結果型式近似相等。

3 結論

根據三沙中心漁港港區水深地形條件及施工上的難度進行設計的三沙中心漁港防波堤斷面結構，相比于傳統的防波堤結構型式有較大的優勢，不僅可以提高施工速度，降低施工難度，更有利于施工質量的控制，同時，也更好的節省了工程造價；與此同時，通過防波堤波浪斷面物理模型試驗，驗證了該結構的穩定性及堤后越浪量的大小，確定了該種結構型式的可靠性，對我省同類型工程建設具有一定的參考價值。

參考文獻：

[1]《防波堤結構的創新》，中交水運規劃設計院有限公司，2009.1

[2]《防波堤損壞特點與其成因的關系》，天津大學建筑工程學院，2006.5

[3]《防波堤結構細部設計與施工質量控制的技術探討》，福州港建水運工程監理所，2003.3

[4] 《斜坡式和直墻式防波堤技術的新進展》，大連理工學院，2000.12

[5]《福建三沙中心漁港波浪斷面物理模型試驗報告》，南京水利科學研究院，2010.7