深弧型防浪墻在堤防工程中的應用分析

鄭毅

（中國水利水電第八工程局有限公司 湖南長沙 410000）

前言

堤防工程一般在堤頂的迎水一側設置防浪墻，如此可以降低工程投資、減小堤防斷面尺寸，直立型、淺弧型屬于較為常見的防浪墻形式，而所用材料則一般有混凝土、漿砌塊石、鋼筋混凝土。為豐富堤防工程建設中防浪墻設計形式的選擇范圍，便于更為經濟、合理地選擇防浪墻形式，本文圍繞深弧型防浪墻在堤防工程中應用價值及施工質量控制要點開展研究。

1 深弧型防浪墻結構形式與特點

一般的防浪墻高度在12m以內，圖1為本文研究的深弧形防浪墻，結合該圖開展分析不難發現，該防浪墻弧線下部起點與堤防外坡相切、弧線上部終點切線水平。為直觀展示深弧型防浪墻結構形式與特點，本文選擇了圓弧半徑為0.6m且經過實際驗證的深弧型防浪墻作為研究對象，該防浪墻下部與護面相切，防浪墻前的壅水大大減少，波浪爬上防浪墻的便利性也大大提升，弧形作用則使得該防浪墻大大消減波浪能量。

圖1 深弧形防浪墻結構示意圖

對于深弧型防浪墻來說，其與人工塊體的平順相接存在較高困難，因此需采用相對平順的板式結構作為上坡護面，圖1便采用了柵欄板結構的上坡護面，該結構有效控制了波浪的爬高，并保證了深弧型防浪墻與上坡護面的平順連接。深入分析不難發現，相較于普通的防浪墻，深弧形防浪墻的特點在于擁有深弧型的迎水面，波浪因此需要沿弧線上爬并會通過反挑引導而引導回去，堤防外側為深弧形防浪墻波浪離開時的運動方向，該運動方向與水平面的夾角接近0°，相較于直立型防浪墻斜向上方的波浪反射后運動方向，深弧形防浪墻的越浪量較小，而在相同的越浪量情況下，深弧形防浪墻穩定性受到的沖擊較大，因此堤防工程的深弧形防浪墻應用必須關注其穩定性[1]。

表1 斷面1越浪量實測值

表2 斷面2越浪量實測值

2 深弧型防浪墻防浪效果分析

2.1 工程概況

表3 斷面3越浪量實測值

結合上文分析可初步了解深弧形防浪墻具備的獨特消浪機理，其具備的消浪優勢也證明了深弧形防浪墻的先進性，而考慮到現階段我國堤防領域的深弧形防浪墻應用范圍較窄，本文選擇了位于我國上海某地區河口治理及綜合開發項目的深弧形防浪墻作為研究對象。研究對象的深弧形防浪墻結構形式與圖1相同，設計標準為100年一遇風浪標準，外坡坡比、設計潮位分別為1：3與3.11m，按允許部分越浪設計[2]。

2.2 防浪效果分析

為證明深弧形防浪墻的防浪效果，工程人員基于3個斷面開展了物理模型試驗，表1、表2、表3分別為斷面1、斷面2、斷面3越浪量實測值。

表1、表2、表3所示數據應用了公式（1）所示的防浪墻墻頂高程與越浪量的關系函數式，其中Q、h分別為越浪量、堤頂高程，a、b為系數。

Q=aexp（-bh） （1）

結合表1、表2、表3所示數據開展斷面試驗成果擬合，可確定0.02m3/（m·s）越浪量控制標準下，斷面1直立型防浪墻臨界墻頂高程為5.01m，而深弧型防浪墻則為4.85m，斷面2直立型防浪墻為5.78m，深弧型防浪墻則為5.58m，斷面3直立型防浪墻為5.25m，深弧型防浪墻為5.01m，由此可見斷面1、斷面2、斷面3中相較于直立型防浪墻，深弧型防浪墻分別能降低墻頂高程16cm、20cm、24cm。同時，在相同防浪墻高度條件下，深弧型防浪墻的優勢隨著越浪量的減少而不斷提升，在斷面1、斷面2、斷面3墻頂高程分別為5.80m、6.70m、6.30m情況下，直立型防浪墻越浪量均達到了深弧型防浪墻的10倍以上，深弧型防浪墻具備的防浪效果優勢可見一斑[3]。

3 深弧型防浪墻在堤防工程中的具體應用

3.1 質量問題分析

同樣以上文提到的上海某地區河口治理及綜合開發項目的深弧形防浪墻作為研究對象，由于深弧形防浪墻獨特的結構形式，其圓弧面施工質量控制難度大，對混凝土和易性、施工模板要求較高，目前尚無一套成熟的施工工法。混凝土外觀質量與尺寸偏差是影響深弧形防浪墻質量的主要因素。主要表現為混凝土表面出現砂線、麻面、蜂窩、露筋、缺楞掉角、表面氣泡較多等問題。

通過現場研究調查，造成上述質量問題原因主要有：

（1）原材料及配合比方面：水泥泌水率過高、配合比砂率過大、骨料含泥量過大；

（2）拌制、澆筑方面：拌和時間不足、拌和不均、下料高度過高、分層厚度過大、混凝土振搗不密實；

（3）模板方面：模板加工尺寸及線型偏差大、模板表面平整度不足、模板拼接不嚴、模板及支撐強度低、拆模操作不規范、過早拆模。

通過分析施工單位采用的一系列針對性較高的施工質量控制措施，對深弧型防浪墻施工要點進行歸納，以便深弧形防浪墻更好地應用于堤防工程。

3.2 施工控制要點

3.2.1 模板加工偏差控制

為保證深弧型防浪墻結構模板形狀、尺寸的準確且曲線平滑，工程采用了專業的計算機輔助軟件，通過在計算機上準確畫出反弧型弧模形狀，再利用AutoCAD制圖軟件具備的計算、測量功能準確放出大樣，即可配合現場的專業技術指導，做好現場模板加工、安裝質量的檢查和監督。在實際的模板加工中，使用計算機輔助軟件的模板加工尺寸偏差被控制在3mm以內，深弧型防浪墻結構施工質量由此得到了較好保障。

3.2.2 模板及支撐強度控制

為保證鋼筋綁扎骨架及模板的支撐穩定性，施工單位結合以往經驗和現場試驗，采用了在弧模內側加設斜撐的施工方式，斜撐的間距控制為2m，同時加密弧模側對拉螺桿，構件線性偏差、空洞、砂線、漏漿等質量問題得以避免。值得注意的是，為最大化發揮斜撐效用，工程施工過程中還在二級坡側預先放置了斜撐支撐的底座（2塊柵欄板），模板及支撐強度控制得以更好實現。

3.2.3 水泥等量置換礦粉

由于工程防浪墻施工多數時間處于冬季，為避免出現開裂問題，施工單位原計劃在混凝土中摻入了礦粉，但在早期的施工中發現，作為負壓區的反弧區很容易匯聚氣泡，施工質量因此受到了一定影響，因此施工單位在反復研究后決定采用相對于礦粉細度較細且早強高的水泥替代礦粉，并采用了挖機分層緩緩下料施工方式。

在具體的施工過程中，需保證反弧區部分先行下料厚度控制在30cm內，隨后進行振搗，振搗時間的控制需結合混凝土不同坍落度，同時需避免出現過振或漏振問題出現，下部集聚的氣泡由此實現了較好釋放。此外，為協助模板內側空氣釋放，施工過程中施工人員還在模板外側使用小型平板振、榔頭輕微敲打了鋼模板。

3.2.4 制定結構模板安裝方案

結合設計圖紙開展分析，可確定反弧型弧模下部屬于銜接段，該段的長、高分別為28.2cm與11.1cm，而在混凝土配合比不變情況下，施工單位發現縮短此部分銜接段可有效減少氣泡數量，最終經過反復的試驗、計算驗證，施工單位發現反弧型弧模下部銜接段長10.0cm時氣泡數量相對較少，且斜面鋁合金尺收面平整也能夠得到較好保障。在具體施工中，改進后的模板方案收獲了較為喜人的成果，現澆構件外觀質量、節點部位細部處理水平均得到提高，在160個混凝土外觀質量及尺寸偏差點數檢查中，不合格點數僅為8個（5%），質量控制效果良好。

4 結論

綜上，深弧型防浪墻較直立型防浪墻防浪效果更優，并基于其獨特的結構形式，可提供良好的景觀效果，雖然其穩定性較弱，且圓弧面施工質量控制難度較大，但通過采取本文所論述的模板加工偏差控制、模板及支撐強度控制、水泥等量置換礦粉、制定結構模板安裝方案等措施，可提供可行性較高的深弧型防浪墻應用路徑。此外，為更好地保證深弧型防浪墻施工質量，整體式模板的合理利用、機械輔助拆立模也需得到重視。