烟台港西港区防波堤结构方案比选_李秀英

港工技术
第 48 卷
表 1 50 a 一遇设计波浪要素
所在位置
设计水位
H1%/m H13%/m
极端高水位、设计高水 防波堤外侧 位、设计低水位
6wenku.baidu.com3
4.5
极端低水位
6.2
4.5
防波堤内侧 极端高水位、设计高水
（E 向）
位
4.7
3.3
堤头内侧绕 极端高水位、设计高水
射波
位、设计低水位
1.9
1.4
堤内小风区 极端高水位、设计高水
文 献 标 志 码 ：B
文 章 编 号 ：1004-9592（2011）03-0021-04
Comparison and Selection of Marine Structure Plan for Breakwater in West Port Area of Yantai Port Li Xiuying1， Yang Wenbin2
该方案防波堤的堤顶高程 8.6 m，为满足通车 要 求 堤 顶 宽 8.0 m， 在 堤 面 的 临 海 侧 设 有 顶 高 程 10.0 m 的现浇挡浪墙，挡浪墙上部设有反弧段。 堤 身主体为沉箱结构， 沉箱底板加宽并在两侧设置 肋板以减小基床应力。 沉箱底部设 3 m 厚的抛石 基床，为满足沉箱水平滑移稳定的要求，在沉箱底 部埋设有橡胶垫； 在满足沉箱抗倾稳定性要求的
第 48 卷 第 4 期 2011 年 8 月 总第 201 期
港工技术 Port Engineering Technology
Vol. 48 No.4 Aug.2011 Total 201
烟台港西港区防波堤结构方案比选
李秀英 1，杨文斌 2
（1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230； 2. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）
收 稿 日 期 ：2010-06-30
修 回 日 期 ：2011-06-18
作者简介：李秀英（1963-），女，教授级高级工程 师 ，公 司 副 总 工 程 师 ，
主要从事港口工程结构设计和技术管理工作。
1.2 水文条件 1.2.1 潮位
本工程设计高水位 2.46 m（以当地理论最低潮面 起算，下同）；设计低水位 0.25 m；极端高水位 3.56 m， 极端低水位-0.95 m。 1.2.2 设计波浪要素
（1. CCCC FHDI Engineering Co.， Ltd.， Guangzhou Guangdong 510230， China； 2. CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）
Abstract：West Port Area breakwater project of Yantai Port is located in the sea area where deep water level and strong wave exist， the bearing capacity of natural foundation is worse. As for breakwater design， through comprehensive comparison among traditional riprap slope type， compound vertical type， cylindrical caisson vertical type and large cylinder vertical type breakwaters， the economic and reasonable breakwater design plan that suits the project is determined.
设 有 混 凝 土 连 接 墙 ，圆 筒 顶 部 设 有 现 浇 盖 板 ；上 部 石 ，护 面 下 为10～100 kg 块 石 。 箱 筒 型 直 立 式 防 波
结 构的 2 个圆筒 直径 12.5 m，外 侧 圆 筒 高 23.3 m， 堤结构，见图 4。
图 4 箱筒型结构直立式防波堤的结构
该结构防波堤的沉降量小，整体稳定性好，施工 工期较短，造价相对较低，与爆破挤淤方案抛石斜坡 堤的单延米造价之比约为 1.09：1；但圆筒结构预制、 运输及沉放需要专用工艺和设施，施工难度较大。 2.2.2 复合堤方案
图 6 沉入式大圆筒方案直立式防波堤的结构断面
分采用 60～150 kg 块石。 沉入式大圆筒方案直立式 的情况下，应为直立堤中首选方案；
防波堤的结构断面，见图 6。
反压戗台为一阶宽戗台， 在堤身基础宽度内的淤泥 上部铺设 1.0 m 厚的中粗 砂垫层作为 排水通道，在 淤泥深度范 围内按 1.0 m 间距 布设塑料 排水板，回
第4期
李秀英，等：烟台港西港区防波堤结构方案比选
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填开山石时需分 2 级施加荷载， 控制好施加荷载的 速率，施加荷载的时间间隔为 60 d。 该斜坡堤方案 的对沉降的适应性较强， 水下插排水板的施工作业 受水深和天气的影响较大，施工工期较长，淤泥只在
前提下，尽量减小沉箱内的填料高度，在沉箱前墙 上部设有开孔，将前仓格作为波浪消能室以减少堤 前反射；为满足结构整体稳定性，堤底6 m 厚的淤 泥需进行加固处理，加 固措施为打 设直径 0.8 mm、 间距 2.0 m 的挤密砂桩，沉箱两侧需抛填块石反压 棱 体 ，反 压 棱 体 护 面 采 用 400～600 kg 块 石 和 200～ 300 kg 块石， 护面下为 10～100 kg 块石， 采 用60～ 100 kg 块石进行 内坡护底 ， 外坡护底采 用 60～150 kg 块石。 复合堤方案直立式防波堤的结构断面 ，见 图 5。
该方案防波堤的堤顶高程为 4.5 m， 堤身为直 径 13.5 m 的预制混凝土圆筒，圆筒在泥面以上壁厚
400 mm， 在泥面以下壁厚 300 mm， 圆筒内设有 18 道肋板，圆筒内回填 10～100 kg 块石；为满足结构的 整体稳定性要求，需对圆筒两侧 6 m 厚的淤泥进行 加 固 处 理 ，加 固 措 施 为 打 设 直 径 0.8 m、间 距 2.0 m 的挤密砂桩，并需在圆筒两侧抛填块石反压棱体，反 压棱体护面采用 300～500 kg 块石和 200～300 kg 块 石，护面下为 10～100 kg 块石，防波堤的外坡护底部
高程-13.5～-14.5 m， 表层为 流塑性淤泥 质粉质粘 土 层 ，分 布 于-14.0～-21. 9 m 之 间 ；其 下 为 中 塑 性 粉 质 粘 土 混 砂 层 ， 分 布 在 -21. 9～-25.9 m 之 间 ； 在-25.9～-30.7 m 之间为密实中粗砂层。 本工程防 波堤为永久 建筑物，总长 约 2 km，结构安全 等级按 Ⅱ级设计。 本工程所在地区的地震基本烈度为 7°， 设计基本地震加速度为 0.15 g。
过程中会有部分淤泥被挤出， 对周边水域的海洋生 到挖泥船施工效率的制约， 本结构方案斜坡堤与
态环境会产生一定影响。
爆破挤淤方案相比，施工速度较慢，开山石用量更
2.1.2 挖泥换填方案
多 ，工 程 造 价 较 高 ， 其 单 延 米 造 价 比 约 为 1.15：1，
该方案斜坡堤的堤身上部结构和护面部分的 大 量 外 抛 的 淤 泥 同 样 还 会 对 海 洋 环 境 造 成 不
本工程 50 a 一遇波浪要素，见表 1。
2 水工结构方案比选
防波堤结构型式的选择需要综合考虑当地的水
深、水文气象和工程地质等方面的条件，本工程防波 堤地处外海，水深浪大，地基比较软弱，应选择对地 基沉降适应性较强的水工结构方案， 在具体设计中 针对防波堤结构分别选取抛石斜坡式、复合式、箱筒
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图 1 爆破挤淤方案抛石斜坡堤的结构断面
该结构方案对地基沉降适应性强，施工简单、速 挖出的淤泥外抛至抛泥区。 该结构方案对沉降适
度快，造价较低（以该结构方案斜坡堤的造价为基数 应性较强，施工工序简单，但施工中需动用深水挖
进行比较，设其单延米造价为 1.0）；但水下爆破施工 泥 船 ，基 槽 挖 泥 需 运 到 指 定 抛 泥 区 ，由 于 施 工 要 受
摘要：烟台港西港区防波堤工程所在海域水深浪大，天然地基的承载能力较差。 在防波堤结构方案设计中，通过对传统抛
石斜坡式、复合直立式、箱筒结构直立式和大圆筒结构直立式等多种防波堤结构型式的综合比较，选定适合于本工程且经
济合理的防波堤结构方案。
关键词：爆破挤淤；斜坡堤；箱筒结构；复合直立式；大圆筒结构
中 图 分 类 号 ：U656.2
2.2.1 箱筒型方案
设在底部的圈梁与下部圆筒的盖板连接形成整
箱筒型结构是近年来在天津港防波堤工程中 体，每组结构间距 1.0 m。 顶部圆筒的下层回填石
使 用 的 新 型 结 构 ， 其 单 组 结 构 长 、 宽 各 为 28.0 m， 碴，上层回填 10～100 kg 块石。 圆筒 两侧需抛填 块
原地进行加固处理，对环境影响较小，该方案的工程 造价较挖泥换填方案略低， 与爆破挤淤方案的单延 米造价比约为 1.06：1。 排水板固结方案抛石斜坡堤 的结构断面，见图 3。
2.2 直立式结构
图 3 排水板固结方案抛石斜坡堤的结构断面
内侧 圆 筒 高 20.8 m，筒 间 设 有 混 凝 土 连 接 墙 ，通 过
波浪
位、设计低水位
1.9
1.4
平 均 周 期 /s 9.6
7.7 8.3 4.2
和大圆筒等结构，进行多方案技术经济比选。 2.1 抛石斜坡式结构
抛石斜坡式防波堤是适应较浅海域的经典防波 堤结构，具有地基应力小、施工简便等优点，特别适 用于本工程的软弱地基。 在结构方案比选中主要根 据防波堤的基础处理方式， 提出 3 种抛石斜坡式防
波堤结构方案。 2.1.1 爆破挤淤方案
根据本工程防波堤的功能要求，堤顶高程为4.5 m， 堤顶宽 8.0 m， 当潮位达到设计高水位以上时堤顶 允许少量越浪，堤顶外侧设现浇混凝土挡浪墙，墙顶 高程 10.0 m，挡浪墙上部设有反弧段。 堤心部分采 用含泥量<10 %的开山石， 采用爆破挤淤方式处理 堤底基础约 6 m 厚的淤泥并换填开山石，堤心石外 包 1～2 m 厚的 10～100 kg 块石。 堤外坡护面采用 6 t 扭王字块， 扭王字块底部垫层和外坡压脚护面层均 采用 300～500 kg 块石，内坡护面层采用200～300 kg 块石，内坡护底层采用 60～100 kg，外坡护底层采用 80～150 kg 块石。 爆破挤淤方案抛石斜坡堤的结构 断面，见图 1。
做法基本与爆破挤淤方案斜坡堤相同，对堤底淤泥 利 影响。 挖泥换填方案抛石斜坡堤的结构断面，
层的处理则采用开挖换填开山石，挖泥边坡 1：4， 见图 2。
图 2 挖泥换填方案抛石斜坡堤的结构断面
2.1.3 排水板固结方案 该结构方案斜坡堤的堤身上部结构和护面部分
的做法基本与上述 2 种结构方案相同， 堤身两侧的
复合型直立式防波堤对沉降比较敏感， 由于水 深较深，水下挤密砂桩的施工难度较大，施工速率较
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港工技术
第 48 卷
图 5 复合堤方案直立式防波堤的结构断面
低； 沉箱需在专门预制场地预制， 沉箱安装数量较 多，施工效率受天气条件的影响较大，施工工期长， 工程造价较高， 与爆破挤淤方案抛石斜坡堤的单延 米造价之比约为 1.37：1。 2.2.3 沉入式大圆筒方案
Key words：blasting compaction； slope embankment； cylindrical caisson structure； compound vertical type； large cylinder structure
1 工程所在地的自然条件
1.1 工程地质条件 烟台港西港区北防波堤工程所处海域天然泥面
由 上 、下 2 层 圆 筒 结 构 组 成 ，用 厚 板 整 体 连 接 。 其 石反压棱 体护脚，外 侧反压棱体 护面采用 300～400
下 部 结 构 的 4 个 圆 筒 直 径 12.5 m，高11.8 m，筒 间 kg 块 石 ， 内 侧 反 压 棱 体 护 面 采 用 200～300 kg 块