茂名港博賀新港區防波堤工程防臺措施設計

高萬國，李 梅，李元音，劉 濱

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

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茂名港博賀新港區防波堤工程防臺措施設計

高萬國，李 梅，李元音，劉 濱

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

摘要：茂名港博賀新港防波堤由護岸段和越浪段防波堤組成，由于建設時序的變化，護岸段后方回填未能及時實施，內坡在施工期將暴露在外海，這種設計條件的變化，使得護岸段的內坡結構不同與常規結構。同時結合工程經歷的三次強臺風過程，分析了臺風期由于增水和浪大造成施工期防波堤堤頂損壞的原因，針對臺風特點，制定了相應的堤頂和內坡防護措施，為今后類似工程建設提供一定的參考價值。

引 言

茂名地區屬于臺風多發區域，據1951—2005年資料統計，登陸粵西(臺山-徐聞)的臺風共98個，平均每年有1.9個，占登陸廣東總次數的49 %，登陸粵西最多年份為4個，90 %以上的臺風集中在6~10月，其中8~9月最多，占50 %以上。茂名博賀防波工程直面外海，無任何掩護，所處海域水深、浪大，且建設工期長，需經歷2~3個臺風季，因此，在茂名這種地區的防波堤建設有著不同于其它以風浪為主地區的建設特點；工程的設計必需要考慮如何平穩度過施工期的問題；此外，由于臺風的登陸特點和一般的風浪及寒潮的作用特點有所不同，施工期的防護也要有不同的特點。

1 工程概述

茂名港博賀新港區位于廣東省電白縣博賀，根據博賀新港區總體規劃布置、擬建東、西防波堤工程。其中東防波堤總長5 423 m，西防波防波堤總長3 315 m。東防波堤內側回填形成陸域的區段長1 925 m區段，西防波堤北段長2 590 m的內側將回填形成陸域，防波堤口門處采用沉箱直立堤結構，堤頭段長78 m。東、西防波平面布置，見圖1。

工程位置的常浪向為ESE向，次常浪向和強浪向均為SE向。防波堤處50年一遇設計波浪要素及施工期5年一遇設計波浪要素見表1。從表1中可以看出由于工程位置的控制波浪多以臺風為代表，因此相對而言重現期5年的波浪相對一般的風浪地區較大。而在隨后的施工工程中這一問題得到了很好地揭示。

圖1 防波堤平面布置

表1 工程位置波浪要素（SE～SSE）

鑒于本工程附近的山嶺可以進行開山取石，防波堤的建設有較為充足的石料來源，且工程位置的下臥土的承載能力較好，考慮到工程區域的施工能力和環境條件博賀防波堤采用了拋石斜坡式結構；圖2對應典型的護岸段斷面，圖3對應越浪防波堤段的典型斷面。

圖2 護岸段典型斷面

圖3 防波堤段典型斷面

2 施工期的臺風登陸情況

茂名地區屬于臺風多發區域，本項目東防波堤自2014年初開工后至今，已經經歷了2個臺風季，共遭遇3次強臺風過程：2014年9#超強臺風“威馬遜”和15#強臺風“海鷗”，2015年強臺風“彩虹”。西防波堤自2015年初開工至今，已經經歷了1個臺風季，遭遇了1次強臺風過程，即2015年強臺風“彩虹”。

2014年9#臺風“威馬遜”7月18日15時30分前后在海南文昌市翁田鎮沿海登陸，登陸時中心附近最大風力17級（60 m/s），中心附近最低氣壓91 kPa。根據當地氣象站資料，臺風登陸湛江徐聞時，博賀海域浪高達到8.6 m以上。

2014年15#臺風“海鷗”9月16日09時40分前后在海南文昌市翁田鎮沿海登陸，登陸時中心附近最大風力13級（40 m/秒），隨后在湛江徐聞登陸。臺風登陸時，最大風速46 m/s（14~15級），增水1.5~2.0 m以上，博賀水文站區域最大波高約5 m，平均波高約3 m。

2015年22#臺風“彩虹”于10月4日14時左右登陸廣東湛江坡頭區，登陸時中心最大風力達到了15級（50 m/秒），最高潮位1.99 m，博賀水文站區域最大波高約7.1 m。

圖4為臺風造成的破壞。在得知臺風即將登陸的消息后，施工隊伍按照一般的防大浪方式在施工通道的海側（施工通道高7.0 m）加設了2塊11 t的扭王字塊體且在堤頭做了全斷面壓護。但從圖4中可以看出，由于波浪越過加護的扭王字塊體而并沒有落到內坡，因此造成了堤頂的淘刷破壞，堤頭由于高程過高，因此即便做了防護也造成了較大的損壞。

圖4 臺風造成的破壞

通過對這3次強臺風襲擊所造成施工期防波堤破壞情況看，發現臺風均是通過自身引起的巨浪對施工期堤頂堤心石部分進行沖刷掏空，外坡護面在失去堤心石整體支撐的情況下進而向內側傾倒，致使防波堤頂部受損。

雖然臺風過后堤頂受到不同程度損壞，但是防波堤坡外側坡面上護面塊體未發生滑移和破壞，防波堤主體結構是安全的。

通過對這3次強臺風登陸時水文氣象資料的分析看，造成施工期防波堤損壞的原因不僅僅是因為臺風引起的巨浪，臺風引起的增水現象也是主要原因。根據防波堤設計與施工規范，對未成形的斜坡堤進行施工期復核時，計算水位可采用設計高水位和設計低水位。由于臺風引起的增水和潮位疊加組合，臺風期間可能出現極端高水位。因此，在臺風多發區域，斜坡堤施工期的復核時，建議計算水位不僅采用設計高水位和設計低水位，還應考慮極端高水位的情況。

3 施工期防臺措施的制定

根據最初的項目建設要求，原東西防波堤護岸段的設計條件是后方的陸域回填與護岸同期建設，但在項目開工建設后，由于各種原因，護岸段后方的陸域回填不能及時跟上，這種設計條件的變化，使得施工期內坡將暴露在外海條件，原常規的護岸內坡設計在這種條件下將不再適用。為此結合施工期遭遇的3次臺風的特點和施工隊伍的施工組織設計，對防波堤的施工方案做了適當的有針對性的改進。關于防波堤的臨時堤頭在臺風情況下的破壞主要是由于水下高程過高引起的，因此對于防波堤的臨時堤頭防護的有效性主要是通過降低堤頭的水下高程（控制在－3.0 m以下）實現的。除此之外針對防波堤的內坡防護、施工通道頂部防護主要采用了下述各兩個方案。

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3.1 內坡的大塊石護面

東防波堤護岸段施工期內坡主要承受S~SSW向波浪，該方向5年一遇波浪要素H5%=4.3 m，該方向波浪雖然很大，但考慮到該方向不是常浪向，且該向波浪出現頻率較低，故綜合考慮施工期內坡防護采用2 000~3 000 kg大塊石，見圖2。目前東防波堤護岸內坡已經歷了3次強臺風的考驗，均未出現破損現象，實踐證明這種防臺措施是合理有效的方案。

3.2 內坡的寬肩臺過度

對于西防波堤，在施工期東防波堤未能對其形成良好掩護的條件下，內坡主要承受SE~SSE向波浪，該方向5年一遇波浪要素H5%=6.3 m，由于該方向波浪較大，且為常浪向，出現頻率很高，在建設單位要求不增加造價的情況下，給西防波堤內坡的防臺設計帶來了一定的困難和挑戰。最終經各種方案比選，推薦采用了寬肩臺結構。

為了確定寬肩臺結構的寬度、塊石穩定重量和粒徑級配，以及寬肩的沖刷范圍和沖刷形態，委托天津港灣工程研究院進行了物理模型試驗，根據試驗驗證結果，最終內坡寬度設置為13 m，塊石穩定重量為800~2 500 kg，其中800~1 500 kg和1 500~2 500 kg范圍內的塊石各占50 %。圖5為波浪作用后寬肩的沖刷形態和沖刷范圍。

圖5 波浪作用后內坡沖刷情況

3.3 堤頂胸墻兩次澆注

對應防波堤的護岸段借助胸墻的兩次澆注幫助解決相應段頂面的防臺淘刷問題。即在初步完成其它部分的填注后，在臺風季節來臨前，先期澆筑一部分的胸墻（只是底部的1 m高）；同時其它堤頂區域采用灌砌塊石防護，之后仍保證該段作為施工通道；在底部胸墻的海側外安裝扭王字塊體，通過這些措施對堤頂形成了充分防護，從而防止了臺風對堤頂的直接沖刷造成的堤身損壞，見圖6。待施工通道功能完成前，根據觀測獲得的施工期沉降量最終進行胸墻的二次澆注完成護岸段的胸墻施工。

圖6 護岸段堤頂防臺措施

護岸段在經歷了2015年22#臺風“彩虹”后，堤頂和內坡結構基本未造成破壞，本區段防臺措施效果顯著。

越浪段防波堤總長3 420 m，根據施工組織設計，堤頂扭王字塊體的安裝采用陸上施工，且采用的施工方式為從防波堤堤頭倒退施工安裝。因此3 420 m的臨時施工通道需經歷2~3個臺風季，施工中無法形成設計斷面，抵御強風浪能力較弱。在臺風季來臨之前，施工期堤頂采用1 m厚的1 000~2 000 kg灌砌塊石進行防護，灌砌塊石內設置排水通道。同時內外坡需及時安裝扭王字塊體進行防護。為了保證灌砌塊石層與其頂面1 000~2 000 kg墊層塊石層的咬合，1 m厚的灌砌塊石層只準許灌注底部70 cm，剩余30 cm頂部不允許灌注混凝土層，以保證灌砌塊石頂面的粗糙及銜接面。越浪段堤頂防臺措施，見圖7。

圖7 越浪段堤頂防臺措施

4 結論與建議

茂名博賀東防波堤本工程自開工到目前為經歷了3次強臺風的考驗，在總結臺風對防波堤造成破壞原因的同時，提出了相應的解決方案，確保了施工期防波的安全穩定，同時降低了臺風給工程帶來的經濟損失，為今后在臺風多發區且建設類似工程提供了可以借鑒的工程經驗：

1）臺風多發區域，防波堤應結合施工方案和通道高程的確定，開展專門的物模試驗研究，以有效地減小施工期間由于遭遇臺風而造成的損失。

2）由于臺風登陸的特點與一般的風浪過程差別較大，一般情況是增水在先且較快，因此對其施工期的計算水位，不僅要考慮設計高水位和設計低水位，尚需要考慮極端高水位的情況。

3）對于兼做護岸的防波堤，應注意后方陸域回填工程的建設時序，若二者不能同步實施，應注意護岸內坡在施工期間的防臺保護。

4）施工期的堤頂臨時道路防臺可考慮采用大塊石，為了達到更好的防臺效果，可以采取灌砌的方式將堤頂形成整體，但應注意設置排水孔，防止堤頂在浮托力的作用下發生破壞。

5）在臺風多發地區建設工期較長需要經歷2~3個臺風季的防波堤，施工單位應采用合理的施工組織計劃，在臺風季來臨之前，應預留充足時間，將出水段防波堤堤身和堤頭進行防護。在臺風季選擇水上施工方案，以降低臺風造成的風險。

參考文獻：

[1] JTS 154-1-2011 防波堤設計與施工規范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2] JTS 145-2-2013 海港水文規范[S].北京：人民交通出版社，2013.

[3] 中交第一航務工程勘察設計院有限公司. 茂名港博賀新港區東防波堤工程初步設計[R].2015.

Design Research of Anti-typhoon Measures in Construction of Breakwater in Maoming Harbor Area of Bohe Port

Gao Wanguo, Li Mei, Li Yuanyin, Liu Bin
(CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300222, China)

Abstract:The breakwater in Maoming harbor area of Bohe port is consisted of revetment and allowable wave overtopping breakwater. Because the construction sequence has been changed, backfill material behind the revetment can’t be constructed in time, so the inner slop of revetment will be exposed to the open sea. Since the design condition has been changed, the structure type of inner slop will be different from the conventional structure. The project has experienced three typhoon processes. The reasons are summarized as follow: because of huge waves and typhoon surge, the top of breakwater is damaged during construction time. According to the characteristic of typhoon, making measures about top protection and inner slop protection, which are certain references to similar project.

Key words:breakwater; typhoon surge; top protection; inner slop protection

作者簡介：高萬國（1984-），男，工程師，主要從事水工結構設計工作。

收稿日期：2016-01-20

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160110

中圖分類號：U656.2+1

文獻標識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）01-0043-05

關建詞：防波堤；臺風增水；堤頂防護；內坡防護