防波堤工程結(jié)構(gòu)類型及施工質(zhì)量問(wèn)題研究

梁書祥

摘 要：防波堤工程在削弱波浪能量、保持水面平穩(wěn)等方面具有重要作用，保證了碼頭船舶在極端惡劣天氣情況下的安全性。本文概述了防波堤工程的作用和意義，對(duì)防波堤工程的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了詳細(xì)分析，總結(jié)了各類型防波堤工程的適用范圍及注意事項(xiàng)，研究了防波堤工程的施工質(zhì)量問(wèn)題，提出了防波堤工程的施工質(zhì)量控制策略。

關(guān)鍵詞：防波堤 結(jié)構(gòu)類型 質(zhì)量 研究

防波堤工程的質(zhì)量對(duì)于碼頭區(qū)域船舶進(jìn)出港的安全性具有積極意義，防波堤工程結(jié)構(gòu)多樣，在不同水深區(qū)域有不同的規(guī)范要求，對(duì)防波堤工程結(jié)構(gòu)類型的詳細(xì)研究能夠掌握各種情況下的具體適用范圍，對(duì)于提高防波堤工程的施工質(zhì)量并延長(zhǎng)其使用壽命具有一定作用。

1.防波堤工程概述

泥沙質(zhì)海岸長(zhǎng)期受到波浪及潮流的沖刷，泥沙流動(dòng)十分活躍，在港口碼頭逐漸堆積，這種環(huán)境條件下建設(shè)防波堤對(duì)于防浪和防沙具有一定的作用，對(duì)于沙質(zhì)海岸而言，防波堤還具有攔截挾沙水流的作用，使泥沙淤積的部位發(fā)生改變。泥沙淤積的程度對(duì)于航道水深具有直接影響，防波堤口門的大小、位置以及方向決定了碼頭水域泥沙淤積的情況，通常在最大水深位置布設(shè)口門，且口門軸線應(yīng)與強(qiáng)風(fēng)方向成40°至60°的夾角，口門最大寬度為1.5個(gè)船長(zhǎng)，部分軍用及漁業(yè)碼頭口門寬度可以適當(dāng)增加，波浪在經(jīng)過(guò)口門堤頭時(shí)形成繞射現(xiàn)象，繞射波波高逐漸減小并最終形成較為平穩(wěn)的水面，碼頭內(nèi)水域波高指標(biāo)可用來(lái)判別防波堤工程的實(shí)際性能。常見的防波堤如圖1所示。

2.防波堤工程結(jié)構(gòu)類型分析

防波堤結(jié)構(gòu)通常包括重型和輕型兩種類型，重型防波堤較為常用，有斜坡堤、直墻堤和混成堤等。輕型防波堤包括透空堤、浮堤以及射水堤等。防波堤工程結(jié)構(gòu)類型及優(yōu)缺點(diǎn)分析如表1所示。

2.1重型防波堤

2.1.1斜坡堤

波浪遇到斜坡堤后將發(fā)生明顯的形變，斜坡堤將面臨較為集中的局部水壓，水底坡面將出現(xiàn)反壓力，斜坡堤的外坡使用天然的大石塊，并輔以人工混凝土護(hù)面，堤身常通過(guò)分層塊石堆成，堤頂高程由波浪上爬高度以及允許的越波量確定，斜坡堤一般在水深較小的軟土地基條件下較為適用。

2.1.2直墻堤

正向波遇直墻堤后會(huì)發(fā)生反射而形成立波，完全立波情況下的波高是原始波高的兩倍，但波長(zhǎng)保持不變，波峰與波谷交替出現(xiàn)，位于墻前部四分之一波長(zhǎng)位置的波節(jié)較為平穩(wěn)。直墻承載著立波壓力，一般情況下使用混凝土沉箱，波浪較小的碼頭區(qū)域也可使用木籠或管柱排列結(jié)構(gòu)。直墻堤在地基密實(shí)區(qū)域較為常用，墻底部使用碎石作為基床，堤外使用大石塊護(hù)面，堤內(nèi)部分可作為碼頭使用，越波時(shí)直墻堤頂部高程可適當(dāng)降低以削弱立波壓力，也可采用削角頂蓋的方式實(shí)現(xiàn)。

2.1.3混成堤

混成堤上部結(jié)構(gòu)為混凝土直墻，下部結(jié)構(gòu)使用斜坡式突基床，依據(jù)突基床頂部高程的差異性，波浪的破碎臨界值為1.0至1.5倍波高，在復(fù)合地基載荷情況下宜使用較低突基床，但應(yīng)防止突基床過(guò)低引起直墻前水深較小，此時(shí)會(huì)形成破波現(xiàn)象，且直墻將承受較大的破波壓力，遠(yuǎn)大于立波壓力，對(duì)直墻的穩(wěn)定性帶來(lái)不利影響。為此，突基床外部應(yīng)使用大石塊護(hù)面或壓肩，在破波情況下應(yīng)使用較高基床以減少對(duì)直墻的沖擊。

2.2輕型防波堤

輕型防波堤是近些年發(fā)展起來(lái)的新型結(jié)構(gòu)，該類型結(jié)構(gòu)的防波堤主要利用了波能集中水面表層分布的特點(diǎn)，根據(jù)各類防波堤工程的實(shí)際需要而具體建造。

2.2.1透空堤

在防波堤工程實(shí)際應(yīng)用中，考慮到深水區(qū)域重型防波堤一般工程量較大，且成本預(yù)算不夠經(jīng)濟(jì)，這種情況下一般使用輕型透空堤。透空堤上部結(jié)構(gòu)搭建在支撐樁上，其下部結(jié)構(gòu)具有透水功能，3倍波高水深集中有80%以上波能，透空堤結(jié)構(gòu)水下2倍波高處具有放浪作用，透空堤結(jié)構(gòu)以空箱、斜板及平板為主，樁柱等構(gòu)件也為透空式結(jié)構(gòu)，便于底部波能的穿過(guò)。

2.2.2浮堤

浮堤的主要結(jié)構(gòu)由浮體及錨系構(gòu)件組成，對(duì)水層表面的波能具有削弱作用，浮體結(jié)構(gòu)包括排筏、空箱以及其他構(gòu)件，一般通過(guò)鐵錨來(lái)系在特定的沉塊上。各道浮堤的寬度均應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，符合碼頭實(shí)際工程需要，必要時(shí)增設(shè)浮堤來(lái)提高防浪效果。另外，其結(jié)構(gòu)通常具有較低的穩(wěn)定性，在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮其平面的布置問(wèn)題。針對(duì)浮堤易于移動(dòng)等特點(diǎn)，可視工程需要將部分浮堤移作他用來(lái)降低工程成本。但浮堤僅適用于深水浪小區(qū)域或其他臨時(shí)性防浪區(qū)域，因此，其結(jié)構(gòu)具有一定的使用局限性。

2.2.3射水堤

射水堤主要通過(guò)水泵噴射水流來(lái)達(dá)到削弱水層表面波能的目的，在碼頭臨時(shí)性施工及維修區(qū)域的使用較為常見，但射水堤一般耗能較大，且銹蝕及生物體附著現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，這些問(wèn)題使得射水堤在碼頭施工的應(yīng)用中存在諸多問(wèn)題，因此在實(shí)際的施工中應(yīng)注意適用條件。

3.防波堤施工質(zhì)量問(wèn)題研究

3.1基槽回淤問(wèn)題

在防波堤工程基槽開挖部分常出現(xiàn)嚴(yán)重淤積問(wèn)題，當(dāng)淤積速率超標(biāo)時(shí)，會(huì)引起短時(shí)間內(nèi)的大范圍泥沙淤積，情況嚴(yán)重時(shí)將給施工進(jìn)度帶來(lái)一定影響。在施工過(guò)程中應(yīng)及時(shí)、有效地進(jìn)行疏通，將淤積泥沙去除。

3.2拋填棱體頂標(biāo)過(guò)低

拋填棱體施工中較為常見，棱體上部預(yù)制墻高度應(yīng)不低于0.3m，具體數(shù)值應(yīng)參照實(shí)際施工環(huán)境和施工方案的技術(shù)可行性來(lái)綜合權(quán)衡，并結(jié)合棱柱與反濾層的施工環(huán)節(jié)，確保工期進(jìn)度不會(huì)因拋填棱體的頂標(biāo)過(guò)低而延誤。

3.3主體結(jié)構(gòu)位移、形變

碼頭施工中可能引起主墩的位移和形變，進(jìn)而帶來(lái)碼頭前部分的積水問(wèn)題，這種現(xiàn)象的直接原因是混凝土板具有較高的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，且邊角處附有特定的保護(hù)層及鋼筋，處理過(guò)程十分困難，應(yīng)在施工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)予以充分重視。

3.4前端裝卸設(shè)備沉降

前端裝卸設(shè)備沉降現(xiàn)象多數(shù)由于碼頭裝卸設(shè)備的使用不當(dāng)引起，個(gè)別情況也與碼頭整體工程施工的質(zhì)量有關(guān)，例如在進(jìn)行軌道梁壓實(shí)處理過(guò)程中的方法不當(dāng)會(huì)給主墩穩(wěn)定性帶來(lái)影響，樁基施工中也會(huì)穿過(guò)拋填棱體，這種情況同樣可能帶來(lái)軌道梁等設(shè)備的沉降。

4.防波堤施工質(zhì)量控制策略

4.1完善施工設(shè)計(jì)方案

原始施工設(shè)計(jì)方案決定了防波堤工程的整體質(zhì)量，施工設(shè)計(jì)方案應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的前期地質(zhì)、水文、氣象等勘測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)制定，并交由具備施工設(shè)計(jì)審核資質(zhì)的權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行核驗(yàn)，保證施工方案的正確性與可行性。

4.2細(xì)化施工作業(yè)流程

防波堤工程結(jié)構(gòu)類型多樣，施工環(huán)節(jié)復(fù)雜，應(yīng)依據(jù)工期節(jié)點(diǎn)和質(zhì)量要求，制定相應(yīng)的施工作業(yè)流程，細(xì)化各施工環(huán)節(jié)要實(shí)現(xiàn)的預(yù)期目標(biāo)，落實(shí)相關(guān)責(zé)任人，使防波堤工程具有一整套嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范的施工作業(yè)流程，保障防波堤工程施工的順利進(jìn)行。

4.3加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管

防波堤多數(shù)施工質(zhì)量問(wèn)題是由于施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管不到位所致，施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管既包括對(duì)施工作業(yè)人員的監(jiān)管，又包括對(duì)施工機(jī)械設(shè)備及施工物料的監(jiān)管，施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)管工作屬于工程質(zhì)量控制環(huán)節(jié)中的重點(diǎn)部分，對(duì)于良好控制施工質(zhì)量和進(jìn)度具有重要意義。

4.4協(xié)調(diào)施工環(huán)節(jié)配合

防波堤工程一般情況下所涉及到的施工環(huán)節(jié)較多，需要多個(gè)部門、多個(gè)施工階段共同配合，這關(guān)系到工程施工中的管理、協(xié)調(diào)與配合工作，各部門、各施工環(huán)節(jié)的有序配合能夠提升工程的施工效率，縮短施工周期并提升施工的質(zhì)量與安全性。

5.結(jié)論

防波堤工程在防止泥沙堆積和波浪沖擊等方面具有重要意義，屬沿海港口碼頭重要的人工防御工程。本文對(duì)防波堤工程的結(jié)構(gòu)類型進(jìn)行了深入研究，歸納了施工過(guò)程中應(yīng)注意的事項(xiàng)及常見質(zhì)量問(wèn)題，提出了防波堤工程施工的質(zhì)量控制策略，本文研究?jī)?nèi)容為防波堤工程的施工方案提供了相應(yīng)的借鑒，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值。

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