吳才華，金華輝

（1.玉環(huán)漩門灣觀光農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司，浙江 玉環(huán) 317605；2.浙江廣川工程咨詢有限公司，浙江 杭州 310020）

1 問題的提出

漩門二期蓄淡圍墾工程于2005年竣工，自施工畢至今海堤發(fā)生了不同程度的固結(jié)沉降，根據(jù)運行期海堤頂高程測量，各段堤壩發(fā)生了較大的差異性不均勻固結(jié)沉降，截止到2013年12月，0 + 200 m斷面防浪墻沉降最為嚴重，沉降量為1.11 m，堤頂沉降0.69 m；1 + 100 m斷面堤頂沉降量最大，堤頂沉降量為0.85 m，防浪墻沉降值為1.09 m。由于海堤發(fā)生沉降，導致堤頂高程降低，按現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范計算要求該段海堤防潮高程已不滿足要求，同時堤頂高程降低有可能會導致越浪加重、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，有鑒于此，亟需開展海堤波浪斷面試驗驗證[1-3]。

本次采用物理模型試驗方法，對海堤發(fā)生沉降的典型斷面進行了波浪斷面物理模型試驗，根據(jù)試驗得出的越浪量對沉降后的海堤高程的安全標準進行了評價。

2 工程概況

漩門二期蓄淡圍墾工程為III等工程，主要建筑物堵壩、海堤和泄水閘為3級建筑物，引水閘為4級建筑物，臨時建筑物為5級建筑物。工程主要由二期堵壩、二期海堤、一級堵壩閉氣、二期海堤加固閉氣、泄水閘和引水閘6個項目組成。其中二期海提位于鷹公山與小青山之間，堤線位置涂面一般在- 1.50 ～ 0.50 m。堤線成折線布置，堤頂高程7.00 m，堤頂長度6 200.50 m。

海堤設計斷面堤頂高程7.00 m，防浪墻頂高程7.70 m，頂寬6.00 m（包括防浪墻)。迎潮面設“L”型擋浪墻，墻身高度為1.20 m，其中有0.50 m后的底腳埋入堤頂之下；外坡結(jié)構(gòu)采用直立堤形式，海堤外坡自高程6.50 m到3.30 m處為1∶0.4直立式灌砌石陡墻，內(nèi)側(cè)設干砌塊石棱體，高程3.30 m處設消浪平臺，2.00 m處設1鎮(zhèn)壓平臺，兩級平臺之間為1∶2.0的斜坡，鎮(zhèn)壓平臺與涂面之間采用1∶2.5的邊坡連接；石壩內(nèi)坡自高程6.50 m處按坡度1∶0.4至3.30 m高程，后接寬3.30 m的平臺，再以1∶1.0斜坡至2.00 m或2.50 m高程，后接寬7.00 m的平臺，再以1∶1.5斜坡至涂面。海堤典型設計斷面見面1。

圖1 海堤典型設計斷面圖

3 波浪物理模型試驗

3.1 試驗內(nèi)容

在海堤段選取2個代表性斷面，進行海堤段護面穩(wěn)定性、波浪爬高及越浪物理模型試驗，并根據(jù)模型試驗結(jié)果，提出海堤的安全標準。

3.2 模型設計

斷面物理模型試驗在南京水利科學研究院長波浪水槽中進行（見圖2），該水槽可同時產(chǎn)生波浪、水流和風，該系統(tǒng)可根據(jù)需要產(chǎn)生規(guī)則波和不同譜型的不規(guī)則波。

圖2 試驗水槽斷面布置示意圖

遵照JTJ/T 234 — 2001《波浪模型試驗規(guī)程》的規(guī)定[4]，采用正態(tài)模型，按重力相似模型設計。根據(jù)場地條件和工程的平面尺寸，斷面物理模型試驗的模型比尺均取為1∶1.2。

幾何長度比尺：Lr= 1∶12；時間比尺：Tr= Lrl/2；重量比尺：Wr= Lr3；越浪量比尺：qr= Lr1.5；波壓力比尺：pr= Ir。

模型平面尺寸與建筑物（包括地形)等滿足幾何長度比尺。地形采用斷面法確定高程，其偏差控制在士1 mm之內(nèi)；建筑物高程偏差控制在士1%以內(nèi)，符合JTJ/T 234 — 2001《波浪模型試驗規(guī)程》的規(guī)定[4]。

3.3 試驗方法

進行穩(wěn)定性試驗時，先用小波進行作用，以使堤身密實，然后采用試驗波浪要素進行試驗，測量堤頂越浪量和越浪落點，觀察擋浪墻、護面塊體及護底塊石等的穩(wěn)定性。

觀察試驗斷面各部位在波浪作用下的穩(wěn)定性情況時，每一波況累計試驗持續(xù)時間不小于原型3 h，為保證試驗結(jié)果的可靠性，每組試驗至少重復3次。當3次重復試驗的試驗結(jié)果差別較大時，則增加重復次數(shù)。每次試驗均重新鋪放斷曲。

防浪墻的穩(wěn)定性判別標準為：擋浪墻不動或有輕微震動而不位移為穩(wěn)定，有明顯震動而無明顯位移為臨界穩(wěn)定，擋浪墻有位移或傾斜為失穩(wěn)。護面塊體失穩(wěn)判別標準以塊體滾落或位移超過塊體長度的1/2為失穩(wěn)。護底塊石的穩(wěn)定標準為在波浪作用下允許有少量塊石原地擺動，個別塊石位移，護底表層沒有明顯變形為穩(wěn)定。越浪量試驗量測不規(guī)則波一個波列作用下的越浪水體，然后除以一個波列作用時間得到平均單寬越浪量。每次試驗重復3次，取3次平均值作為試驗結(jié)果。

本次試驗選取原型拋石重量為70 kg。圖3為頂高程6.59 m海堤斷面在50 a一遇設計高潮位、50 a一遇風速風浪作用情況。

圖3 物理模型概況圖

4 試驗結(jié)果分析

根據(jù)二期海堤發(fā)生沉降的情況，本次選取2個試驗斷面，第一斷面選取觀測中所發(fā)現(xiàn)沉降最為嚴重的位置，也就是0 + 200 m斷面，該處防浪墻頂高程為6.59 m，另外1個斷面選取為觀測中各斷面發(fā)生沉降的平均值，該斷面為防浪墻沉降為7.07 m，斷面位置位于2 + 200 m斷面。

4.1 穩(wěn)定性試驗

在50 a一遇設計高潮位及相應的50 a一遇風速風浪作用下，當波浪累積作用時間相當于原型3 h后，200 #細骨料混凝土灌砌石擋浪墻、外海側(cè)200 #細骨料混凝土灌砌石護坡、外海側(cè)800 #厚干砌塊石和庫內(nèi)側(cè)300 mm厚干砌塊石滿足波浪作用下的穩(wěn)定性要求；外坡拋石護底個別發(fā)生移動，但是整體形式不變，因此滿足穩(wěn)定性要求。

4.2 越浪量試驗結(jié)果

海堤斷面越浪量試驗結(jié)果見表1。從表中可知0 + 200 m和2 + 200 m斷面越浪量最大分別為0.0340 m3/（s · m）、0.0180 m3/（s · m），《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》允許的最大越浪量為0.0500 m3/（s · m）[3]。 因此海堤0 + 200 m斷面和2 + 200 m斷面沉降后仍能滿足《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》關(guān)于越浪量的要求[3]。

表1 海堤斷面越浪量測量結(jié)果表

5 與規(guī)范設計對比分析

5.1 規(guī)范設計

5.1.1 堤頂高程計算

根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》[3]，對于設有防浪墻的海塘，海塘高程則是防浪墻頂面的高程，但防浪墻必須穩(wěn)定、堅固。防浪墻頂高程按下式計算：

Zp = Hp+ RF%+ΔH = 7.49 m

式中：Zp為設計頻率的堤頂（防浪墻頂）高程，m；Hp為設計頻率高潮位，m，本工程50 a一遇高潮位為5.37 m；RF%為波浪爬高，m（允許部分越浪F = 13）；ΔH為安全加高，m；P為設計頻率，P = 2%。

5.1.2 越浪量計

無風條件下越浪量計算下式如下：

式中：q為單位時間單寬海塘上的越浪水量，m3/（s · m）；Hc為擋浪墻頂至靜止水位（設計高潮位）的高度，m；KΔ為糙滲系數(shù)；A、B系數(shù)按《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》表6.2.2查得[3]，其它符號意義同前。風對越浪量的影響的校正系數(shù)K′計算公式如下：

式中：Wf為風速影響系數(shù)；θ為海塘臨潮邊坡坡角，°；R為波浪在海塘上的爬高，m。

5.2 與規(guī)范計算對比分析

《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》[3]所要求現(xiàn)海堤防浪墻頂高程設計計算值為7.49 m，而現(xiàn)狀0 + 200 m斷面防浪墻項高程僅為6.59 m，已不滿足規(guī)范關(guān)于防浪墻頂高程的要求，但根據(jù)規(guī)范越浪量相關(guān)計算公式可得，0 + 200 m斷面和2 + 200 m斷面現(xiàn)狀越浪量分別為0.0310 m3/(s · m)、0.0140 m3/(s · m) 與試驗結(jié)構(gòu)越浪量為 0.0340 m3/(s · m)、0.0180 m3/(s · m)保持較大的一致性，根據(jù)試驗和設計計算結(jié)果來看，防浪墻頂高程6.59 m仍然可以滿足相關(guān)爬高和越浪要求，同時海堤前坡高程3.30 m處設消浪平臺，2.00 m處設1鎮(zhèn)壓平臺，2級平臺之間為1∶2的斜坡連接，相關(guān)公式中未能考慮該2處平臺影響，導致計算結(jié)果與試驗現(xiàn)象差異較大，另外，工程區(qū)域灘涂近年呈淤積加快的趨勢，對于0 + 200 m斷面根據(jù)2015年11月觀測數(shù)據(jù)灘面已經(jīng)從- 1.50 m淤積至0.21 m，總體來說堤前平臺變高變寬，將會使得風成波浪波高減小，也會對漩門二期蓄淡圍墾工程會帶來有利影響。

6 結(jié) 論

本次采用1∶12正態(tài)物理模型，對浙江省玉環(huán)縣漩門二期蓄淡圍墾工程海堤進行斷面物理模型試驗。主要結(jié)論如下：

（1）依據(jù)相關(guān)觀測資料，二期海堤沉降最嚴重處防浪墻頂高程為6.59 m，整個二期海堤沉降后防浪墻頂高程平均值為7.07 m，本次試驗基于該2種防浪墻頂高程斷面進行，在各級水位及相應的50 a一遇波浪作用下，該斷面堤身各個部位均滿足波浪作用下的穩(wěn)定性要求；

（2）對于0 + 200 m和2 + 200 m斷面，設計高潮位50 a一遇波浪作用下，規(guī)范設計和物理模型結(jié)果發(fā)最大越浪保持較大的一致性，均滿足《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》的關(guān)于越浪量不超過0.0500 m3/(s · m)的要求；

（3）《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》[3]

未能考慮本次試驗斷面所設兩級平臺影響，而可能導致?lián)趵藟υO計高程大于實際需要值；

（4）工程區(qū)域灘涂近年呈淤積加快的趨勢，總體來說堤前平臺變高變寬，將會使得風成波浪波高減小，也會對漩門二期蓄淡圍墾工程會帶來有利影響。

[1] 王克勤，董承贊.天津臨港工業(yè)區(qū)圍海造陸一期工程防潮標準及高程設計探討[J].港工技術(shù)，2009(186)：16 - 19.

[2] 劉志明，李維濤.海堤工程防潮標準研究[J].中國水利，2008(16)：29 - 33.

[3] 浙江省水利廳.浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定[R].杭州：浙江省水利廳，1999.

[4] 南京水利科學研究院.波浪模型試驗規(guī)程：JTJ/T 234 — 2001[S].北京：中國水利水電出版社，2002.