柴國威 吳曼涓

摘 要：針對大竹峙海島旅游開發(fā)建設提供掩護條件，提出建設防波堤。為進行防波堤設計，結合海島風、浪、流、泥沙、地形、地質等自然條件，布置不同的平面和結構方案，并通過建立數學模型進行試驗研究進行方案比選分析，選定推進方案。

關鍵詞：透空式防波堤;防波堤平面布置;樁基選型;

1 概述

溫州市洞頭區(qū)大竹峙島位于洞頭島東側海域，被列入國家海洋局公布的第一批可開發(fā)利用無居民海島名錄中，主導功能為旅游娛樂，是洞頭區(qū)重點開發(fā)建設項目。大竹峙島外海開敞，風浪較大。為了保證大竹峙旅游開發(fā)項目的客運碼頭安全運行和為島上道路、景區(qū)建設提供掩護條件，將建設防波堤工程[1]。

綜合考慮現場風浪、掩護要求、地質條件和成本要求，擬建防波堤將采用樁基透空式結構形式。本文通過分析不同位置防波堤建設后的波浪、掩護水域、潮流、泥沙淤積情況研究，確定防波堤平面布置方案，并通過潮流泥沙數學模型分析對平面布置比選，并對樁基選型進行分析。

2 自然條件

2.1? 風況

本海區(qū)常風向為N～NE向，強風向為NNW向;風力大于6級出現的頻率為0.36%。本海區(qū)受臺風影響次數平均每年5.1次，持續(xù)時間平均為2天，極大風速為40m/s以上。

2.2? 水文條件

（1）潮汐、潮流：本海區(qū)屬于正規(guī)半日潮型，強潮海區(qū)，平均潮差約4.29m，最大潮差6.33m。潮流呈往復流運動，大潮平均流速為0.45～0.77 m/s，最大流速0.7～1.19m/s。

（2）波浪：據狀元岙東端老鼠嶼站統(tǒng)計資料，常浪向為SE向和NE向，頻率分別占8.5%和8.4%，強浪向為NNE、SE向。實測最大H1/10波高分別為4.5m和2.8m，大浪主要發(fā)生在7月。

（3）泥沙：平均含沙量為0.163～0.77kg/m?，水域底質類型為粘土質粉砂，中值粒徑在0.006～0.009 mm之間;分選系數在0.9～1.6之間，分選屬較好和中常;粘土百分含量在27%～40%之間。本海域底質泥沙中值粒徑、物質組成和懸沙基本一致，本海域水體含沙量主要來自岸灘泥沙就地懸浮起動。。

（4）地形、地貌及海床穩(wěn)定性：洞頭列島沿岸多為沉降地形，以低丘流水地貌和海岸地貌組成的地貌類型。海域東側和南側5m和10m等深線的位置和形狀變化不大，北側處于微淤的環(huán)境，海床基本穩(wěn)定。

2.3? 地質條件

擬建工程所處地貌單元為山前水下岸坡，土層主要分為淤泥、含粉砂淤泥、淤泥、淤泥質粉質黏土、礫砂、強風化凝灰?guī)r等組成。表層軟土厚度10～20m。

3 平面方案研究

通過對大竹峙地形進行分析，結合海域的風浪情況，選擇海島北側和西側布置兩個平面方案，通過建立波浪和泥沙數學模型對兩個平面方案的掩護效果、潮流和泥沙回淤情況進行仿真分析，進行方案比選。

3.1 平面布置方案

3.1.1平面方案一：海島北側

防波堤利用大竹峙島北側的凹槽，采用梳式樁基透空式，形狀成折線形?？陂T位于西北側，堤軸線海床床面沿高程-9m～-10m左右布置。防波堤總長度為263m，堤頂標高4.0m（85國家高程，以下同），堤頂擋浪墻標高6.0m，寬度為4.0m，近岸段為5m。形成港區(qū)水域面積約3.45萬m2。內側-7.2m等深線左右布置一座綜合碼頭。

3.1.2平面方案二：海島西側

防波堤利用大竹峙島西側的凹槽，采用梳式樁基透空式，形狀成折線形?？陂T位于西南側，堤軸線海床床面沿高程-10m～-12.5m左右布置。防波堤總長度為293m，堤頂標高4.0m，堤頂擋浪墻標高6.0m，寬度為4.0m，近岸段為5m。形成港區(qū)水域面積約4.07萬m2。內側-7.2m等深線左右布置一座綜合碼頭。

3.2 平面方案掩護效果分析

根據不同的防波堤結構方案，建立港內波浪數學模型，計算了兩種防波堤平面布置情形下不同方向、波浪重現期等組合條件下的波高分布，得出不同組合時港內的波高分布情況如下[2]。

（1）與無防波堤的情況相比，有防波堤時，防波堤掩護區(qū)內港域的波高明顯減小。

（2）兩種平面方案計算表明，平面方案一碼頭前主要受NNW方向的波浪影響，碼頭前的最大波高H1%為2.93m;平面方案二碼頭前主要受SSW～SW方向的波浪影響，碼頭前的最大波高H1%為3.61m。

（3）不同方案港內波浪計算表明，平面方案一港內波浪小于平面方案二的波浪，平面方案一港內大部分水域的2年一遇波高H4%小于0.64m，平面方案二港內2年一遇的波高H4%小于1.02m。

就防波堤對港內波浪的掩護來看，平面方案一要優(yōu)于平面方案二。

3.3? 防波堤對潮流、泥沙的影響

根據不同的防波堤結構方案，建立港內潮流泥沙數學模型，計算了兩種防波堤平面布置情形下，對流場的影響、方案的海域流速的變化、港池內的回淤情況分析結果如下[3]。

（1）兩個方案實施后，大范圍海域潮流場特征沒有變化，流速變化僅局限在工程附近局部水域。

（2）工程水域為漲潮流的背流面和落潮流的迎流面，流態(tài)較為復雜，存在回流，且流速較為微弱。平面方案一位置全潮平均流速在0.15m/s以內，最大流速在0.30 m/s以內;平面方案二位置全潮平均流速在0.20m/s以內，最大流速在0.40 m/s以內。

（3）二種方案實施后，進港航道最大橫流分別為0.31 m/s和 0.28m/s，港內航段橫流小于港外航段。碼頭前沿最大橫流均不大。

（4）達到沖淤平衡狀態(tài)時，二種方案港內淤厚分別介于0.7～1.5m、0.7～1.6m。方案一和方案二實施后，防波堤外側局部水域最大沖深分別為1.6m和1.8m。

就防波堤建設對流場的影響、港池內的回淤情況來看，平面方案一要優(yōu)于平面方案二。

3.4 方案比選及推薦方案

總平面布置的二個方案在技術上都是可行的，方案比較如下表1：

2、北側較易與島上交通道路對接。

3、工程位于北側，口門朝向本島，船舶進出港比較順暢、方便。 1、防波堤位置水深較北側更深，樁長相對北側較大。

2、西側需要考慮建設隧道接島交通道路。

3、布置在西側，距離本島較遠，從口門朝向上，船舶進出港需稍作繞行。

經綜合比較，保證海島旅游可持續(xù)性發(fā)展，平面布置推薦采用平面方案一，同比造價較低，擋浪效果較好。

4 結構選型研究

4.1 結構方案設計

本工程的地基土主要為淤泥質土、礫砂、強風化凝灰?guī)r、中風化凝灰?guī)r。防波堤結構可采用重力式或樁基透空式結構，由于本工程非避風港，且考慮到景觀需求，結構采用梳式樁基透空式結構[4]。防波堤長263m，按堤身基礎又可分為預制樁段、灌注樁段及實體接岸段，堤身上部結構采用現澆墩臺加擋浪墻的結構。其中灌注樁段由于透浪率較大，在擋浪墻下方加掛擋浪板，樁基礎采用?1200mm灌注嵌巖樁，梅花形布置。接岸實體段為重力式擋墻結構，基礎坐于中風化凝灰?guī)r上，擋墻與巖基之間植筋錨固。

本次設計中重點對預制樁段樁基采用?800mmPHC樁與800×800mm預應力混凝土空心方樁進行比選。預制樁段前排樁間距為1.0m，豎向斜度采用10：1，后排樁間距為1.2m。

4.2? 結構方案比選

防波堤兩個結構方案從技術上都是可行的，均為梳式樁基透空結構。比選的重點是樁基類型的選擇，樁基在本防波堤結構中既是工程斷面的主體，也是消浪主體，在造價上也是占了總投資的絕大部分，故本防波的結構比選已優(yōu)選樁基為主要方向。比選結果如下：

（1）兩個方案上部結構均采用現澆墩體加擋浪墻的結構，能滿足結構受力和防波堤消浪使用的要求，在技術上是可行的。

（2）兩個方案的樁基均屬于先張法高強預應力樁，預應力管樁與預應力空心方樁的生產工藝相似，兩種樁基都適用于樁基承載力要求高，持力層較深，樁長長的工況，適用面廣，結構強度高。

（3）PHC管樁面世早，目前市場上生產廠家多，應用廣泛，價格同比較低，預應力空心方樁是近幾年的新推樁型，同比方樁的承載力略高，但市場單價同比也略高。

（4）?800mmPHC樁的截面是圓形，用于本工程防波堤其透浪率相對于方樁較大， 800×800mm預應力空心方樁，其截面是方形，透浪率同比較小，對消浪更優(yōu)。

（5）PHC管樁的單節(jié)樁長一般是30m，還可以采用整樁預制，單根樁長可以做到60m以上;預應力空心方樁的單節(jié)樁長一般是15m，用于本工程需接樁且其接樁位置會在泥面以上。

（6）800×800mm預應力混凝土空心方樁的每米的單價要高于?800mmPHC樁。

綜合比較，本工程推薦結構方案一。

5 總結

（1）綜合考慮港區(qū)掩護效果、泥沙回淤、流場變化、施工難度、建設成本等，結合海島地形條件，在海島北側建設防波堤的方案優(yōu)于西側，最終確定為北側方案為平面布置方案;

（2）根據工程區(qū)域地質條件、施工便利性、景觀需求，結構采用樁基透空式結構，經過方案比選選擇?800mmPHC樁承臺式結構、

（3）樁基透空式防波堤具有自重輕、透空性好、對原有地形影響小、成本低等特點，適用于軟土層較厚的地形、水深較大環(huán)境惡劣的海域，對防波堤建設具有重要意義。

參考文獻：

[1] 浙江省洞頭區(qū)大竹峙島保護與開發(fā)利用示范項目防波堤工程初步設計報告[R]，中交四航局港灣工程設計院有限公司，2016.8.

[2]洞頭大竹峙島保護與開發(fā)項目防波堤與碼頭波浪數模計算報告[R]， 南京水利科學研究院，2016.5.

[3]洞頭縣大竹嶼島保護與開發(fā)利用示范項目防波堤與碼頭工程潮流泥沙數模分析報告[R]，南京水利科學研究院，2016.6.

[4]李嚴，琚烈紅，馮衛(wèi)兵.樁基透空堤上部結構形式對防浪特性影響[J].水運工程，2015（05）：77-83.