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斜坡式防波堤结构优化设计 　　摘要：防波堤的功能是防御外海波浪对所掩护海域的侵袭，为船舶的停泊和作业提供平稳、安全水域和保护港内水工建筑物，故在港口工程中具有特殊地位。由于防波堤要在恶劣的环境中工作，造价相当昂贵。因此，寻求合理、可靠的结构型式和切实可行的施工方法以保证其使用功能并降低造价。 　　关键词：斜坡防波堤结构优化 　　中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号： 　　前言 　　JTJ298—1998《防波堤设计与施工规范》自发布实施以来，对促进我国港口建设技术进步、保证工程安全、提高水运工程建设质量发挥了重要作用。随着港口工程建设技术的发展和新结构、新技术、新工艺在防波堤工程的应用，原规范中的部分内容已不能适应我国防波堤的设计和施工的发展需要。 　　一、工程概况 　　1港口地理位置 　　澳角一级渔港位于福建省东山县陈城镇澳角村北侧,乌礁湾东南端。拟建防波堤位于港区东侧,总长420m,主要阻挡东～东北向波浪。 　　2设计水位及设计波浪 　　由《福建省东山澳角村渔港工程设计波浪港内波高及潮流泥沙计算分析报告》得到相关的防波堤堤前设计波要素。 　　3地质 　　根据《福建省东山县澳角一级渔港工程地质勘察报告》,拟建防波堤区域土层自上而下为: 细砂混淤泥、砂混粘性土、粉质粘土、残积砂质粘性土、全风化石英片岩、强风化石英片岩、中风化石英片岩。 　　二、防波堤初始设计方案 　　防波堤工程是一项技术上比较复杂的工程,其结构形式常用的一般有斜坡式和直立式。根据本港的水深、潮差、波浪、地质等自然条件以及石料来源、使用要求和施工条件等。 　　由图1可见,防波堤为斜坡式结构,外坡(迎浪面) 坡度为1：1.5,采用8t扭王字人工块体护面,块体下面为1.15m 厚的500kg块石垫层。内坡在标高▽0.0m 处设置平台,平台宽度为0.8m,平台以上坡度为1：1.2,采用插砌0.8m条石护面,护面坡脚处为预制砼镇脚。平台以下坡度1：1.5,采用500kg抛填块石护面。防波堤顶设有防浪墙,墙高3.20m,底宽4.60m,顶宽1.0m。防浪墙顶标高▽7.20m,墙前平放2排扭王字块体。防波堤的外、内坡脚外侧均采用100～150kg块石护底。滩面标高▽-9.0m。 　　 　　 　　 图1#1048577; 初始设计结构断面图 　　三、模型试验方法和结果 　　本项目的物理模型按重力相似原理设计。水力模型试验分别采用规则波和不规则波进行。根据《海港水文规范》设计波高的累积频率标准要求,斜坡式断面防浪墙的稳定性试验采用H1%,护面块石、护面块体、采用H5%,护底块石采用H13%。不规则波采用JONSWAP谱模拟。稳定性试验采用间断造波法。 　　初始设计断面的试验结果如下: 　　1五十年一遇极端高水位、设计高水位和插值水位(即中水位,▽0.39m)与相应水位的五十年一遇波浪组合时,防浪墙、护面扭王字块体和护底块石均稳定。极端高水位下的五十年一遇规则波(H1%)波高作用下,防浪墙顶越浪水舌厚度达到1.08m,不规则波作用下的越浪量为0.121m3/s m。 　　设计高水位下的五十年一遇规则波(H1%)波高作用下,防浪墙顶越浪水舌厚度达到0.68m,不规则波作用下的越浪量为0.042m3/s m。 　　2设计低水位和极端低水位与相应水位下的50 年一遇 　　波浪组合时,护面扭王字块体稳定。在规则波(H13%)作用下,护底块石少数晃动,个别块石发生滚动。在不规则波作用下,护底块石有少数(1～3块)滚动位移,经波浪累计作用2.5h(原型时间)后,少数块石被波浪水流带到坡脚的扭王字块体上,但护底块石表面变形不明显,属于基本稳定。 　　3五十年一遇极端高水位(▽2.96m)与相应水位的五十年一遇波浪组合时,在规则波(H5%)和不规则波越顶波浪水流冲击下,内坡平台抛填块石发生滚动、插砌条石跳动,经波浪累计作用2.5h(原型时间)后,平台抛填块石被冲走、滚落到下部坡面上,预制砼镇脚块外移0.20m (原型),平台以上护面条石松动,有多块插砌条石被抽出。内坡平台及以上护面条石不稳定。 　　四、结构优化设计 　　根据以上试验结果,各个设计水位下外坡护面扭王块和堤顶防浪墙均是稳定的。不稳定的位置有二处,一是在设计低水位和极端低水位下外坡的护底块石个别发生滚动; 二是在极端高水位下内坡的平台抛填块石和插砌条石不稳定。 　　根据结构的不同部位,调整优化方案分述如下: 　　1护底块石 　　根据规范公式,护底块石的稳定重量根据堤前最大波浪底流速确定。 　　 　　 　　经计算,根据堤前最大波浪底流速为2.31m /s,查规范表4.2.21 ,初始设计取护底块石为100～150kg。试验表明: 外坡的护底块石在设计低水位