防波堤沉降和水平位移的控制對策

蔡文

摘 要：經濟技術的快速發(fā)展導致我國對港口數量的需求日益增加，且作為港口?？總鞑サ谋Ｕ闲越ㄖ?，防波堤所起的作用是不容小覷的。然而因為氣候和地質原因，防波堤難免發(fā)生水平位移和沉降的現象，所以如何采取相應的對策避免這種現象得到了人們的廣泛關注。文章通過對防波堤的概念、作用、類型進行分析，提出了預防防波堤沉降和水平位移的有效對策，以供參考。

關鍵詞：防波堤；沉降；水平位移；對策

引言

我國的海岸線較長，且大部分都是淤泥質海岸，地基土滲透性低、含水率高且靈敏度和可壓縮性高，如果在這種基地上進行防波堤的修建，初期的瞬時沉降（沖擊沉降）、后期的水平位移和次固結沉降都不可忽視，在工程驗收和工程計量時必須嚴格把關。而這種地基需要很長時間才能固結，由于工作時間的要求不可能等到地基固結之后再進行驗收和計量，由此看來在施工中不得不采取相關的對策。

1 防波堤的概念

防波堤是為了圍護港池、阻斷波浪的沖擊力、維持水面平穩(wěn)來保護港口避免氣候影響、方便船舶作業(yè)和安全停泊而修建的水中建筑物。通常情況下規(guī)定港內容許的波高范圍在0.5到1.0米之間，具體按照船舶的不同類型、水域的不同部位、噸位的需要確定，是人工掩護沿海港口的重要結構。防波堤由突堤和島堤組成，或是由不連接的島嶼或與岸連接的突堤獨立組成，它掩護的水域一般有讓船只進出的幾個口。

2 防波堤的作用

（1）（泥質或砂質海岸）減輕港內淤積，阻止或減少泥沙進港，保證港內深堤測可安放系錨設備或兼作碼頭，節(jié)省投資，供船舶?？?。（2）防御冰棱、波浪的襲擊，為船舶提供安全平穩(wěn)的作業(yè)和停泊條件，增強港內水域的平穩(wěn)性。（3）防波堤可以引導挾沙水流，盡量維持淤泥質灘沙原本的沖淤平衡；防波堤可以改變泥沙淤積部位，攔截挾沙水流，保證沙質海岸水域的平穩(wěn)；在冰棱港口建造防波堤，還要考慮流冰對泊地和航道的影響，以便及時排走冰塊，保證港口的暢通。（4）防波堤還可以防止波浪對岸線的沖蝕和港地淤積現象的發(fā)生。

3 防波堤的類型

3.1 浮堤

有助于減少和消除表面的波能，可多處使用，易于搬移主要適用于波浪小而水波大的水域，有較多的局限性。這種防波堤的主要結構是錨系設備和浮體，結構有氣囊、空箱、排筏或其他特殊形體，通常在沉塊上系有鐵錨，是常用的異性人工塊體。浮堤對寬度有十分嚴格的要求，必須考慮平面布置問題，甚至需要設置多道浮堤才能達到明顯效果。

3.2 透空堤

這種結構的設計要依據波浪的荷載程度，樁臺兩側的結構通常利用擋板進行固定，一側用來作碼頭，另一側用來防浪，有平板、斜板、一兩道直擋板、空箱等構成，且箱和板也可做成透水狀，以便波能可以穿越。由于在水深大、波浪小的水域進行重型防波堤的修建需要較高的成本和較大的工程量，且波能大多集中在水表，所以可以采用此種透空堤，將上部防浪結構安設在柱、樁上，水上2到2.5倍波高范圍內就可以充分發(fā)揮防浪作用。

3.3 斜波堤

主要適用于軟土地基和水深較小的條件。當波浪遇到斜波堤時會發(fā)生明顯變形，在斜坡上造成集中的局部的底流和動水壓力，甚至是存在于水下坡面的反壓力，導致波浪在斜坡上破碎。依據波浪在護面上的容許越波量和上爬高度來確定堤頂的高度，且堤外坡的護面常采用人工混凝土方塊、天然大塊石或異性塊體等材料。

3.4 直墻堤

直墻堤適用于較密實的地基或巖基，常采用混凝土巨塊或鋼筋混凝土沉箱構筑，最近也采用大型管柱排列，較小波浪的情況下可采用木籠。立波又叫駐波，是由波浪在直墻堤上經過物力反射形成的，波高，是原始波浪高度的兩倍左右；波腹是由波谷和波峰在墻前和墻面約二分之一波長處交替出現形成的；波節(jié)則是水面在墻前四分之一處保持平穩(wěn)形成的。由此，立波就給直墻造成浮托力和壓力。堤頂高度可根據是否容許越浪調整高度，也可采用帶消浪空室的沉箱或者削角頂蓋將立波壓力降低。不規(guī)則波浪或者斜向波浪則在直墻堤前反射形成三向波，根據直墻分段的影響來確定沿堤波浪的合壓力。

4 沉降和水平位移分析

4.1 計算斷面的土層分布

劃分要根據里程號斷面的土層分布情況，土層分布應該采用相應的鉆孔資料，如果距離鉆孔較遠，則應按照周圍鉆孔的土層進行內插。

4.2 初始土性參數

根據鉆探試驗報告提供的平均統(tǒng)計數據決定沉降計算中初始土性指標的選擇和運用。

4.3 固結度計算公式

計算各個時刻的固結度時，因為采用塑料排水板法加固土地，所以必須固結表層土的豎向排水和徑向排水。土層的分層厚度不僅影響土層在不同時刻的平均固結度，還會影響土層的附加應力和自重應力，與計算結果的精確度密切相關，所以必須依次選用約一米厚的土層進行兩點固結度的計算，并取其平均值以保證計算結果的精確性。

4.4 水平位移監(jiān)測

在位移監(jiān)測點強制安裝對中標芯，控制位移差值在負四毫米到正四毫米范圍之間，盡量避免風浪和施工的影響，如果日最大位移量控制在標準范圍之內，則防波堤是穩(wěn)定且安全的。

5 有效控制對策

（1）針對軟粘土的軟化特性修建的斷面結構應盡量減少結構所承受的水平力和由于波浪造成的結構自重荷載與垂直向力的比例等：例如增加基床厚度加大前期自重的有效性，利用底板開孔來減小波浪力度變化的垂直范圍，加大護肩減小有效水平力，盡量減少直墻段等。（2）對于具體的特殊工程的設計條件，結構形式選取的合理性是最重要的要求之一。一個合理的斷面設計不但要求軟粘土和構筑應有恰當的接觸面以充分利用軟粘土的承載能力，還要求減小粘土的動力軟化因素的影響。（3）由于地基土壤局部破壞程度體現在較大的土壤的差異沉降量及沉降量，因此要想使斷面處于相對安全的承載能力范圍之內，就必須盡量減小斷面的沉降量，尤其是查理沉降量，具體可通過加寬基床，加寬結構，設置合理的護肩臺階等措施來實現，從而使地基持力軟粘土承受的附加壓力較均勻或較小。（4）盡量將前期軟粘土持力位置的固結應力增加以保證其有效，并注意軟粘土的受力特性，并采用前期預壓鋪設基床一段時間，并施打塑料排水板，從而形成完整的斷面，分級加荷增加周邊軟粘土的承載力。（5）考慮斷面受力范圍內的高空隙比、高含水量、高壓縮性、高靈敏度、低滲透性、低強度等特性，利用加快排水速度，搭設塑料排水板，加大結構的入土深度，加厚基床等措施減小關鍵結構位置所受的結構靜荷載與交變荷載的比例。

6 結束語

總之，只有充分掌握防波堤所在地區(qū)的地質狀況，才能為沉降和水平位移方面提供合理化建議，同時對防波堤施工過程中的位移、沉降變化速率進行分析，看其是否超過設計控制標準，以及地基土地是否失去穩(wěn)定性，并統(tǒng)計監(jiān)測數據，了解水流沖刷對埝體部分的破壞程度，盡量避免堤體砌石和拋石在施工過程中被破壞而造成監(jiān)測數據不準確、不連續(xù)，給監(jiān)測工作造成的負面影響。所以，必須加強對施工現場監(jiān)測標的保護，分析相關資料并采取有效的控制對策以保證防波堤使用的安全程度，得出適用于特定工程的地基參數，為相關工程的施工提供經驗，為沿海港口的正常運轉提供一個可靠安全的保障。

參考文獻

[1]龍杰，李家法.淤泥質海岸拋石防波堤預留沉降的初步分析[J].城市建設理論研究，2012（18）.

[2]潘林有，謝新宇.用曲線擬合的方法預測軟土地基沉降[J].巖土力學，2011（7）.

[3]盛利，趙長偉，諸葛愛軍.工程監(jiān)測分析在大型充罐袋式防波堤工程中的應用[J].中國港灣建設，2012（1）.

[4]蔣凱輝，張宏武，王春柱，等.某深水防波堤施工中的預留沉降控制[J].