防浪與胸墻高程控制設(shè)計(jì)優(yōu)化

張金成

摘 要：護(hù)岸防護(hù)工程中防浪胸墻頂高程主要由潮位和波浪爬高確定，在臺(tái)風(fēng)頻發(fā)的沿海地區(qū)，由于水深浪大，為了滿足防洪設(shè)計(jì)要求，采用傳統(tǒng)的海堤結(jié)構(gòu)斷面，需要較高的堤頂及防浪強(qiáng)高度，嚴(yán)重影響景觀和后方土地開(kāi)發(fā)利用。本文以某人工島項(xiàng)目為例，探討降低防浪墻頂高程和控制越浪的設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，為工程設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：防浪胸墻 頂高程 越浪控制

1.引言

防浪胸墻的頂高程主要由潮位和波浪爬高確定，波浪爬高的影響因素很多，主要有入射波要素、波向、風(fēng)速、堤坡坡度、堤坡形式、護(hù)面結(jié)構(gòu)、堤前水深等。有關(guān)波浪爬高和越浪量的研究成果很多。目前，海岸工程逐漸向外海浪大，掩護(hù)條件較差區(qū)域發(fā)展，往往會(huì)設(shè)置高大胸墻以控制越浪。雖然對(duì)陸域進(jìn)行了有效防護(hù)，但綿長(zhǎng)的高墻環(huán)繞，觀感差、壓抑，尤其在較小的場(chǎng)所，感覺(jué)尤甚。過(guò)往的設(shè)計(jì)主要考慮防浪功能要求，波浪稍大的海域，防浪胸墻高出地面多達(dá)3～5m。近年來(lái)，離岸人工島建設(shè)工程越來(lái)越多，大多以休閑觀光、旅游和房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)為目的，對(duì)環(huán)境、生態(tài)和景觀的要求如越來(lái)越高。如不能保持景觀特色、提高人的感觀，不利于項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，提高土地價(jià)值，甚至喪失開(kāi)發(fā)價(jià)值。本文以某離岸人工島旅游地產(chǎn)項(xiàng)目為例，探討降低胸墻高墻和控制越浪的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.工程概況

人工島工程位于瓊州海峽東南部?？谑信c文昌市之間的鋪前灣水域，規(guī)劃用海面積約6.12km2，岸線長(zhǎng)度20.4km，東西最長(zhǎng)7.9km，南北最寬1.6km，距離陸地岸線為4.4km。平面布置如圖1所示。護(hù)岸安全等級(jí)為I級(jí)，場(chǎng)地防洪標(biāo)準(zhǔn)（重現(xiàn)期）取200年一遇高潮位，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定按100年一遇高潮位和100年一遇波要素進(jìn)行設(shè)計(jì)，允許越浪；越浪量控制標(biāo)準(zhǔn)按重現(xiàn)期為50年一遇高潮位和50年一遇波浪下小于0.05m3/（s.m）。根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，各土層分布如下：粉細(xì)砂、中粗砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土。建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)表層絕大部分均為松散～稍密的粉細(xì)砂，平均厚度為12.70m，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)為24.4擊。

（1）設(shè)計(jì)水位（以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵鏋榛鶞?zhǔn)面）：

200年一遇高潮位：4.58m；

100年一遇高潮位：4.35m；

50年一遇高潮位：4.13m；

設(shè)計(jì)高水位：2.69m（10%高潮累積頻率）；

設(shè)計(jì)低水位：0.55m（90%低潮累積頻率）；

50年一遇低潮位：-0.18m。

（2）設(shè)計(jì)波浪（見(jiàn)表1）。

3.斷面設(shè)計(jì)方案

根據(jù)上述設(shè)計(jì)條件，初步設(shè)計(jì)四種斷面結(jié)構(gòu)形式，分別為單坡斷面、寬肩臺(tái)斷面和雙防浪墻斷面。通過(guò)波浪斷面物理模型試驗(yàn)，對(duì)三種設(shè)計(jì)斷面分別進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)在長(zhǎng)80m、寬1.0m、高1.5m的波浪水槽中進(jìn)行，試驗(yàn)采用不規(guī)則波和規(guī)則波，按正態(tài)重力相似準(zhǔn)則設(shè)計(jì)模型模型長(zhǎng)度比尺為λ=35。進(jìn)行了不同潮位，波浪要素的組合試驗(yàn)，分別觀察了外海坡護(hù)面結(jié)構(gòu)、內(nèi)海坡護(hù)面結(jié)構(gòu)、擋浪墻等部位穩(wěn)定性，并測(cè)量了堤頂越浪量。確定各設(shè)計(jì)斷面如下。

3.1單坡斷面方案

護(hù)岸采用拋石斜坡堤結(jié)構(gòu)，胸墻頂高程為11.50m，堤頂標(biāo)高為10.30m，堤心石采用10～1000kg，堤頂設(shè)置L型鋼筋混凝土胸墻。外坡坡面采用20t扭王字塊護(hù)面，扭王塊下設(shè)置塊石墊層，坡度為1：1.5，考慮到?jīng)_刷的影響，在坡腳處拋填護(hù)底塊石，護(hù)底塊石下鋪設(shè)土工格柵；拋石堤內(nèi)坡外設(shè)有二片石墊層和混合倒濾層，混合倒濾層外鋪設(shè)兩層土工布，陸域吹填砂，高程為5.80m。3.2寬肩臺(tái)斷面方案

寬肩臺(tái)斷面優(yōu)化主要是胸墻前肩臺(tái)高程從11m降到5.8m，肩臺(tái)寬度由原來(lái)設(shè)置2個(gè)扭王字塊加寬到6個(gè)扭王字塊，寬達(dá)15.4m，其他構(gòu)造與單坡式斷面一致。

3.3雙防浪墻斷面方案

該斷面設(shè)兩道防浪墻，第一道防浪墻前仍為2個(gè)扭王字塊寬度，頂高程從8.5m降到8.0m，第二道防浪墻頂高程仍為8.5m，兩防浪墻間的平臺(tái)前端采用寬3.0m、厚0.4m的柵欄板，后端采用寬1.0m、厚0.4m的柵欄板，中間采用500～800kg大塊石理砌。

4.設(shè)計(jì)斷面分析比較

單坡斷面防浪墻高程與陸域回填高程差5.7m，沿岸高胸墻阻擋導(dǎo)致景觀全無(wú)，感觀壓抑，很難通過(guò)陸域景觀設(shè)計(jì)改造來(lái)滿足旅游地產(chǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目的要求，因此降低胸墻高度的優(yōu)化設(shè)計(jì)是重點(diǎn)問(wèn)題。

寬肩臺(tái)斷面是在靜水位設(shè)置寬肩臺(tái)，加劇波浪破碎，減少波浪爬高和越浪量。斷面模型試驗(yàn)表明，靜水位附近較寬肩臺(tái)對(duì)波浪有較好的抑制效果，胸墻頂高程從11.5m降到10.0m，在滿足波浪越浪量控制標(biāo)準(zhǔn)情況下，起到了在低胸墻下減少越浪量的效果，但防浪墻高程與陸域回填高程差仍有4.2m，且肩臺(tái)寬度較大，胸墻前扭王字塊結(jié)構(gòu)的肩臺(tái)難以利用，扭王字塊個(gè)體大，造價(jià)也較高，存在進(jìn)一步優(yōu)化的可能。

雙防浪墻斷面是利用第一道防浪墻及其肩臺(tái)使波浪基本破碎，減少越浪水體，大部分水體受抑制而落在第二道防浪墻前。斷面模型試驗(yàn)表明，由于越過(guò)第一道胸墻后波浪破碎，其沖擊力較小，因此，采用柵欄板和大塊石理砌即可滿足穩(wěn)定要求。同時(shí)，大部分水體跌落于第二道胸墻前，而其下為透水性良好的塊石，直接流回海里，也減少了后方排澇要求，第二道胸墻后的越浪量仍然在控制的越浪量范圍。兩胸墻間平臺(tái)高程較低，在無(wú)臺(tái)風(fēng)情況較為親水，可以充分利用，規(guī)劃人群觀海走廊、休閑設(shè)施等。防浪墻高程與陸域回填高程差減小到2.7m。

波浪斷面物理模型試驗(yàn)越浪量如表2，斷面造價(jià)如表3。

5.結(jié)論

（1）單坡斷面造價(jià)適中，但需設(shè)置較高的防浪墻擋浪，完全擋住海島景觀。本工程防浪墻頂高程達(dá)11.5m，而陸域高程5.8m，高差達(dá)5.7m。銜接過(guò)渡較難，若靠提高陸域標(biāo)高解決，工程量很大。

（2）寬肩臺(tái)的設(shè)置可以抑制波浪的爬高和越浪量，降低胸墻高度，較容易解決擋浪墻與陸域的銜接問(wèn)題，但需要浪費(fèi)靠岸的一些土地，而且造價(jià)略高。一般靠近岸邊風(fēng)浪仍較大，靠岸布置建筑物也并不合適，因此，若做好岸邊土地規(guī)劃利用，寬肩臺(tái)布置也是能接受的。

（3）雙防浪墻設(shè)計(jì)可以采用較低胸墻而提高觀海人群的感觀，胸墻頂高程僅8.5m，與陸域相差2.7m，銜接過(guò)渡較為容易，而且雙胸墻間可以作為親水觀海走廊。

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