開孔沉箱在港口工程施工的實踐分析

楊毓耀　歐陽萬虎

摘 要：本文以港口施工中的防波提作為主要研究對象，深入分析此項工程技術的特點以及使用情況，并且就實踐效果與發(fā)展前景作出了簡要分析，希望給予港口施工的技術人員以及管理人員提供參考價值，為港口建設施工提供可靠理論依據(jù)。

關鍵詞：開孔沉箱；港口工程；工程項目

中圖分類號：U655 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）02-0036-02

開孔沉箱是目前新研發(fā)的一種防波提的組織結構形式，其主要用途是保證自身的堅固可靠，同時還要確保?？看凰巺^(qū)域的穩(wěn)定性，減輕波浪的沖擊力，讓船只穩(wěn)定?？?。本文主要以某港口工程的防波提為主要研究對象，以某港口工程的防波提建設為實踐依據(jù)，從整個系統(tǒng)的設計、結構以及物理試驗等方面，深入探討其在港口防波工程中的應用效果。

1 開孔沉箱在港口工程的案例分析

目前，港口施工技術有了較大發(fā)展和進步，縱觀國內外工程實例，大部分港口工程已經(jīng)逐漸增加了開孔沉箱結構，其主要優(yōu)點是能有效消除波浪對堤壩的沖擊力，進而保證整個工程的穩(wěn)定性。由于開孔沉箱結構具有獨特的消浪結構，能有效防止波浪沖擊力的相互疊加，進而大大減小受力，減輕對結構的影響。下文將以實際工程實例進行詳細講述。

1.1 港口工程簡介

我國某港口的在建設15萬噸船塢工程的主要包括：15萬噸浮船塢、15萬噸浮船塢沉塢坑和修船泊位，同時還有工程的部分配套設施。在整個港口工程中，防波提的建設是工程中非常重要的一部分，會直接影響整個港口區(qū)域所有的工廠以及居民的生命安全。據(jù)工程前提的調研得知，本工程的施工具有有著非常良好的自然環(huán)境，河流與泥沙對工程質量的影響也不是很大。下表中主要描述的是本次工程中的部分重要設計數(shù)據(jù)。

2 港口防波堤工程結構

2.1 工程中的防波提軸線分析

依據(jù)本次防波提設計中的主要數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，工程的施工區(qū)域內浪型主要為ES浪，并且浪高比較大，對施工區(qū)域的港區(qū)安全有著比較大的影響。因此，在確定防波提的軸線參數(shù)時，必須要慎重考慮該項因素的影響，同時在港口工程的前期設計過程中，應該注意防波提對廠區(qū)的保護作用，同時應該提高其防護效果。除此之外，應該結合其他影響因素分析本工程中現(xiàn)有航道，同時應該注重未來對于擴容的遠期規(guī)劃等。在充分考慮所有設計方案，且對比后，最終將軸線確定在船塢西北側，且分別設置防波提。

2.2 港口防波提的結構分析

目前我國已經(jīng)投入運營的防波堤結構中，已經(jīng)有比較成熟的兩種結構形式，一種是斜坡式防波提，第二種是立式防波堤。從目前的實際使用情況來看，前一種結構形式主要使用在水不深的區(qū)域，同時防波提的地基條件非常一般，并且工程中使用了較為豐富的石料、回填料。由于材料比較豐富和全面，故而在投入運營之后，只要發(fā)現(xiàn)了結構被外力破壞，導致其工程性能下降的情況，后期補救起來較為容易。而后一種結構形式主要是使用在深水區(qū)，同時，由于該項工程中防波提的地基非常堅固和可靠，石料與回填料一般比較匱乏。充分對比上述兩種結構形式，同時詳細分析其使用環(huán)境以及優(yōu)劣勢后，本工程決定選擇第二種結構形式，結合此次施工的具體工程特點，同時依據(jù)當?shù)亟ㄔO條件，該種結構形式具有非常明顯的優(yōu)勢，一方面可以將岸線資源合理的保留，同時還能為將來大規(guī)模的發(fā)展打下堅實基礎。

然而，由于該種結構形式的優(yōu)勢在于施工部分的斷面寬度非常長，站在工程造價角度，必須要保證本次工程造價的合理性，保證工程經(jīng)濟效益的最大化，同時還能保證此次防波提工程附近的越浪參數(shù)處在較為合理的范圍之內，進而保證本次工程防波提內部的安全性與可靠性，保障處于防波提內部的廠區(qū)與居民區(qū)的安全，保證人民生命財產(chǎn)安全不被影響。（表2為設計波浪要素的主要參數(shù)）。

經(jīng)過綜合對比所有的設計數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，工程設計人員結合多方位的考慮選擇了消角開孔消浪重力式沉箱的結構形式。這種結構形式的優(yōu)點非常明確，能大大降低波浪對工程結構的沖擊力，其主要應用原理在于：首先該結構能將波浪力有效的分成兩個方面，這兩個方向的力分別影響著此次工程結構的前壁與后壁，經(jīng)過深入研究其力學結構形式可以得出，本次工程中的前壁與后壁之間的受力存在著比較大的差異，同時由于調節(jié)此次工程中的前壁與后壁之間的距離，能有效將對前壁與后壁的巨大沖擊力相互抵消，同時能盡量減輕波浪、水流對防波堤結構的影響，大大的保護了結構不被損壞；其次，一旦有水流穿過消角開孔板時，會大大降低水流沖擊力，增大其能量的消耗，進而大大減小浪高，這種結構形式也能夠減少工程造價，實現(xiàn)經(jīng)濟利益的大幅度提升。經(jīng)過上述設計方案以及設計數(shù)據(jù)的對比，可以發(fā)現(xiàn)本次選擇的防波提的結構形式，具備非常高的實用性，且具有較高安全性效果，大大的降低了波浪對于防波提的沖擊能量。

2.3 港口防波堤設計

港口防波提在施工過程中，在工程最底層的基礎結構使用粉質黏土，在黏土層的上方采用10～100公斤/塊的石塊進行填充，并且使用相關機器進行夯實處理。為了能有效的節(jié)約此次施工成本，提高經(jīng)濟效益，在港口防波提的西側使用10m高的石塊，東側使用11m高的石塊，能大大提高防波提的安全性能。在本次工程的港口防波提基床的厚度上應該至少保證在3.5m以上。在迎浪的一側波提上，為了保證港口區(qū)域的安全性以及工程的使用壽命，此次工程中使用的是300噸每塊的大石料保護其基層底部，長度設置為12m。此種防波提的結構形式，完全能保證實用性以及安全性，也是大量實踐經(jīng)驗總結出來的，因此具有非常高的現(xiàn)實意義。

目前是提高整個港口防波提工程的關鍵時期，同時會大大影響本次工程的實際造價成本，也是保證工程實際經(jīng)濟效益的關鍵時期。為了提高工程的施工進度，同時合理降低胸墻混凝土的使用數(shù)量，將本次工程的消角開孔消浪重力式沉箱結構的整體高度確定為4m，并且在每個沉箱結構的組織上都要填充10～100公斤每塊的石料。為了實現(xiàn)有效的降低防波提基地應力的目標，在沉箱施工彎沉之后，將每個結構部分都填充完成了石料，同時又在其結構之上增加1m長度 結構，以充分保證其安全性。

為了有效降低波壓，在消角開孔消浪重力式沉箱的迎浪一側增加一層消浪開孔的結構，孔的深度通常設置為3.5X0.8m。同時將本工程中位于前排的艙格設置成消除能量的部分。綜上所述，本次港口設計的主要優(yōu)點在于：將消角開孔消浪重力式沉箱前壁開孔的方向變化為縱向的放線，這種結構形式與傳統(tǒng)的設計結構相比，能大大降低波浪穿過開孔部分的能量，同時減輕整個防波提的沖擊，減小防波提所承受的壓力，提高整個工程的安全性。

2.4 模型驗證

目前在工程實踐中，消角開孔消浪重力式沉箱結構設計并沒有一個統(tǒng)一的形式，也沒有一個具體的設計數(shù)據(jù)可以參考和模仿，同時也不具備一套完整的模型可以進行詳細的驗證及測算。本文中所設計的一些防波浪力數(shù)值，就目前來說也沒有標準的驗證方法。本次研究中選擇的模型試驗方法，最終所得出的結論是：能盡量的縮短防波提防波提，以實現(xiàn)較強的掩護效果。與傳統(tǒng)的沉箱結構形式相比較可以看出，此次使用的是消角開孔消浪重力式沉箱結構形式，所以其結構的斷面一般比較小，堤頂比較低，可以很好的避免直立式防波提中經(jīng)常出現(xiàn)的越浪現(xiàn)象，所以其具有非常好的實踐價值，可以在工程中大力的推廣，以提高我國港口工程中防波提的安全性。

3 結語

本次研究中對船塢工程以實例進行詳細的分析，工程中在防波提的結構形式選擇上，使用的是豎向大開孔的結構形式，這種型式最大的優(yōu)點在于開孔率要比其他型式的開孔方位高，所以能大大提高透浪量，進而大大減少波浪的能量。文中所提到的港口防波提的施工模式，主要有以下兩個優(yōu)點：其一是能突出開孔沉箱結構在工程實踐中的應用優(yōu)勢，大大降低工程成本，進而提高工程實際的經(jīng)濟效益，還能夠促進施工技術的提高；其二是在國內類似港口工程施工與設計中有著非常積極的促進作用。

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