某斜坡式防波堤越浪量试验结果分析

第19卷 第4期 中 国 水 运 Vol.19 No.4 2019年 4月 China Water Transport April 2019

收稿日期：2019-03-02

作者简介：王建良（1984-），男，中铁建苏州设计研究院有限公司工程师。

某斜坡式防波堤越浪量试验结果分析

王建良

（中铁建苏州设计研究院有限公司，江苏 苏州 215100）

摘 要：斜坡式防波堤的越浪量对港内波稳条件及防波堤内坡护面的稳定性均有重要的影响，越浪量的确定是外海开敞式防波堤设计的重要内容。在进行威海港靖海湾港区张家埠新港作业区防波堤工程设计过程中，对防波堤进行了越浪量物理模型试验，并对模型试验结果与规范计算结果进行了比较，提出了相关建议，供类似设计参考。 关键词：斜坡堤；越浪量；防波堤设计

中图分类号：U656.3 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）04-0150-02

外海防波堤的主要功能是防止或大幅度降低波浪对掩护区域的影响，因此，越浪量的准确确定对防波堤设计至关重要。《防波堤与护岸设计规范》（JTS154-2018）规定“对防护要求较高的斜坡堤，应按波浪爬高计算确定其堤顶高程，

并需控制越浪量。”国内外学者对越浪量进行过大量研究，提出了多种计算越浪量的建议方法，但由于各计算方法考虑的因素不尽相同，

导致计算结果差别较大。《港口与航道水文规范》（JTS145-2015）斜坡堤顶越浪量采用了南京水利科学研究院提出的计算方法，是目前计算确定防波堤越浪量的主要依据。在进行威海港靖海湾港区张家埠新港作业区防波堤工程设计过程中，采用该方法对防波堤典型断面越浪量进行了计算。同时，对防波堤越浪量进行了物理模型试验，以为工程设计提供可靠依据。本文给出了越浪量物理模型试验结果和规范计算结果，并进行了对比分析，以供类似设计参考。

一、越浪量模型试验

1．试验水位（当地理论最低潮面）

设计高水位 +3.7m；极端高水位 +4.5m；堤前底高程：-6.0m。

2．试验断面

图1 K0+400试验断面图

图2 K1+300试验断面图

3．试验波浪要素

表1 试验波浪要素表（-6m 等深线）

试验断面 试验水位 H 13%（m） T s （s） 极端高水位 2.45 8.0 K0+400

设计高水位

2.54 8.0 极端高水位

3.03

9.9 K1+300 设计高水位

3.70

9.9

注：波浪重现期均为50年 4．试验设备

模型试验在长60m、宽3m、深1.5m 的宽断面波流水槽中进行。造波机安装在水槽的首端，为低惯量伺服电机推板式造波机，另一端为消能设施。

图3 宽断面波流水槽

图4 低惯量伺服电机推板式造波机

第4期 王建良：某斜坡式防波堤越浪量试验结果分析 151

5．试验方法

根据《波浪模型试验规程》规定，本研究采用称重法测量不规则波累计10min 波列作用下的总越浪水量，单宽平均越浪量按下式计算：

bt

V

q =

式中，q 为单宽平均越浪量[m 3

/（m·s）]；

V 为一个波列作用下的总越浪水量（m 3）；

b 为收集越浪量的接水宽度（m）；

t 为1个波列作用的持续时间（s）。

6．试验结果

物理型试验越浪量结果如表2所示。

表2 模型试验越浪量统计表

断面

水位

测量质量kg 体积V （m 3

）接水宽度b （m）

单宽越浪量 q（m 3

/（s·m））

设计高水位 0 0.0000 1 0.0000

K0+400 极端高水位 4.24 0.0042 1 0.0009

设计高水位 2.63 0.0026 1 0.0005

K1+300 极端高水位 42.47 0.0425 1 0.0088

二、规范方法计算越浪量

根据《港口与航道水文设计规范》（JTS145-2015），防波堤堤顶越浪量按下式计算：

3/122

3/12

3

/13/11/2ln

8.23.025.0exp 07

.03

/1H m gT H d th m T H BK H b Q p p A H H C ⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎥⎦⎤⎢⎣

⎡-=

式中:

Q—单位时间单位堤宽的越浪量；

'c H —堤顶在静水面以上的高度；

B—经验系数，取为0.60；

K A —护面结构影响系数，取为0.40； T P —谱峰周期，T P =1.05T s =1.21T 。

表3 越浪量计算表

分段位置

设计水位 设计波浪H 13%

（m） T p （s） 坡度 计算值 （m 3

/（s·m））

设计高水位 2.45 8.0 1:1.5 0.0122 K0+400

极端高水位 2.54 8.0 1:1.5 0.0368 设计高水位

3.03

9.9

1:1.5

0.0037

K1+300

极端高水位

3.70

9.9

1:1.5

0.0129

三、越浪量结果对比分析

对试验测得越浪量和按规范公式计算越浪量值进行对比，见表4。

表4 越浪量结果对比表 单位：m 3

/（s·m）

分段位置 设计水位 试验结果 计算结果 设计高水位 0.0000 0.0122 K0+400

极端高水位 0.0009 0.0368 设计高水位 0.0005 0.0037 K1+300

极端高水位

0.0088

0.0129

由表4中数据可以看出，越浪量模型试验结果和规范公式计算结果的总体变化趋势是相同的，但二者之间数据差别较大。对本工程设计断面而言，防波堤挡浪胸墙顶高程超出设计水位越大，二者之间的数值比例便越大。如前文所述，影响越浪量的因素较多，目前国内外学者对越浪量研究成果的理论公式计算结果本身便差别较大，这便不难理解本工程模型试验越浪量与采用规范公式计算越浪量差别较大的原因。鉴于此，《防波堤与护岸设计规范》（JTS154-2018）指出，对防护要求较高的防波堤，应通过试验测试浪爬高和越浪量。

参考文献

[1] JTS154-2018 防波堤与护岸设计规范 [S]. [2] JTS145-2015港口与航道水文规范[S].

[3] 中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室.威海港靖海湾

港区张家埠新港防波堤工程水工物理模型试验报告[R].2013.

（上接第149页） 方驳上的挖掘机也带上1根缆。沉箱固定牢靠后前往预定位置，施工人员同时打开沉箱进水阀门向舱格内压水，当沉箱距基床600mm 时关闭阀门。沉箱之间也要放橡胶垫以降低沉箱的撞击力。

（14）测量人员利用GPS 对前沿两个端点进行定位，使用全站仪进行校核。

（15）在已安装好的沉箱上设置两台3t 卷扬机，通过2组2×4×12t 滑车与拖带沉箱交叉连接，卷扬机后面采用尼龙缆连接。沉箱经仔细调平定位后，随落潮平稳坐落在基床上。沉箱安装后应定期观测沉降位移。

六、结语

以上工程中的经验与体会是所有参加这一工程的广大设计、施工、科研人员辛勤实践的丰硕成果，为了使这些成果能为其他工程所借鉴，使这些资料发挥更大的作用，特将之介绍出来，仅供各位参考。

参考文献

[1] 于汝民.港口规划与建设[M].北京：人民交通出版社，

2003.

[2] 邱驹.港工建筑物[M].天津：天津大学出版社，2002. [3] 中交第一航务工程局有限公司.港口工程施工手册[M].北

京：人民交通出版社，1994.

[4] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司.港口工程设计手

册[M].北京：人民交通出版社，2001.