茂名港博贺新港区防波堤工程防台措施设计

高万国，李 梅，李元音，刘 滨

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



茂名港博贺新港区防波堤工程防台措施设计

高万国，李 梅，李元音，刘 滨

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

摘要：茂名港博贺新港防波堤由护岸段和越浪段防波堤组成，由于建设时序的变化，护岸段后方回填未能及时实施，内坡在施工期将暴露在外海，这种设计条件的变化，使得护岸段的内坡结构不同与常规结构。同时结合工程经历的三次强台风过程，分析了台风期由于增水和浪大造成施工期防波堤堤顶损坏的原因，针对台风特点，制定了相应的堤顶和内坡防护措施，为今后类似工程建设提供一定的参考价值。

引 言

茂名地区属于台风多发区域，据1951—2005年资料统计，登陆粤西(台山-徐闻)的台风共98个，平均每年有1.9个，占登陆广东总次数的49 %，登陆粤西最多年份为4个，90 %以上的台风集中在6~10月，其中8~9月最多，占50 %以上。茂名博贺防波工程直面外海，无任何掩护，所处海域水深、浪大，且建设工期长，需经历2~3个台风季，因此，在茂名这种地区的防波堤建设有着不同于其它以风浪为主地区的建设特点；工程的设计必需要考虑如何平稳度过施工期的问题；此外，由于台风的登陆特点和一般的风浪及寒潮的作用特点有所不同，施工期的防护也要有不同的特点。

1 工程概述

茂名港博贺新港区位于广东省电白县博贺，根据博贺新港区总体规划布置、拟建东、西防波堤工程。其中东防波堤总长5 423 m，西防波防波堤总长3 315 m。东防波堤内侧回填形成陆域的区段长1 925 m区段，西防波堤北段长2 590 m的内侧将回填形成陆域，防波堤口门处采用沉箱直立堤结构，堤头段长78 m。东、西防波平面布置，见图1。

工程位置的常浪向为ESE向，次常浪向和强浪向均为SE向。防波堤处50年一遇设计波浪要素及施工期5年一遇设计波浪要素见表1。从表1中可以看出由于工程位置的控制波浪多以台风为代表，因此相对而言重现期5年的波浪相对一般的风浪地区较大。而在随后的施工工程中这一问题得到了很好地揭示。

图1 防波堤平面布置

表1 工程位置波浪要素（SE～SSE）

鉴于本工程附近的山岭可以进行开山取石，防波堤的建设有较为充足的石料来源，且工程位置的下卧土的承载能力较好，考虑到工程区域的施工能力和环境条件博贺防波堤采用了抛石斜坡式结构；图2对应典型的护岸段断面，图3对应越浪防波堤段的典型断面。

图2 护岸段典型断面

图3 防波堤段典型断面

2 施工期的台风登陆情况

茂名地区属于台风多发区域，本项目东防波堤自2014年初开工后至今，已经经历了2个台风季，共遭遇3次强台风过程：2014年9#超强台风“威马逊”和15#强台风“海鸥”，2015年强台风“彩虹”。西防波堤自2015年初开工至今，已经经历了1个台风季，遭遇了1次强台风过程，即2015年强台风“彩虹”。

2014年9#台风“威马逊”7月18日15时30分前后在海南文昌市翁田镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力17级（60 m/s），中心附近最低气压91 kPa。根据当地气象站资料，台风登陆湛江徐闻时，博贺海域浪高达到8.6 m以上。

2014年15#台风“海鸥”9月16日09时40分前后在海南文昌市翁田镇沿海登陆，登陆时中心附近最大风力13级（40 m/秒），随后在湛江徐闻登陆。台风登陆时，最大风速46 m/s（14~15级），增水1.5~2.0 m以上，博贺水文站区域最大波高约5 m，平均波高约3 m。

2015年22#台风“彩虹”于10月4日14时左右登陆广东湛江坡头区，登陆时中心最大风力达到了15级（50 m/秒），最高潮位1.99 m，博贺水文站区域最大波高约7.1 m。

图4为台风造成的破坏。在得知台风即将登陆的消息后，施工队伍按照一般的防大浪方式在施工通道的海侧（施工通道高7.0 m）加设了2块11 t的扭王字块体且在堤头做了全断面压护。但从图4中可以看出，由于波浪越过加护的扭王字块体而并没有落到内坡，因此造成了堤顶的淘刷破坏，堤头由于高程过高，因此即便做了防护也造成了较大的损坏。

图4 台风造成的破坏

通过对这3次强台风袭击所造成施工期防波堤破坏情况看，发现台风均是通过自身引起的巨浪对施工期堤顶堤心石部分进行冲刷掏空，外坡护面在失去堤心石整体支撑的情况下进而向内侧倾倒，致使防波堤顶部受损。

虽然台风过后堤顶受到不同程度损坏，但是防波堤坡外侧坡面上护面块体未发生滑移和破坏，防波堤主体结构是安全的。

通过对这3次强台风登陆时水文气象资料的分析看，造成施工期防波堤损坏的原因不仅仅是因为台风引起的巨浪，台风引起的增水现象也是主要原因。根据防波堤设计与施工规范，对未成形的斜坡堤进行施工期复核时，计算水位可采用设计高水位和设计低水位。由于台风引起的增水和潮位叠加组合，台风期间可能出现极端高水位。因此，在台风多发区域，斜坡堤施工期的复核时，建议计算水位不仅采用设计高水位和设计低水位，还应考虑极端高水位的情况。

3 施工期防台措施的制定

根据最初的项目建设要求，原东西防波堤护岸段的设计条件是后方的陆域回填与护岸同期建设，但在项目开工建设后，由于各种原因，护岸段后方的陆域回填不能及时跟上，这种设计条件的变化，使得施工期内坡将暴露在外海条件，原常规的护岸内坡设计在这种条件下将不再适用。为此结合施工期遭遇的3次台风的特点和施工队伍的施工组织设计，对防波堤的施工方案做了适当的有针对性的改进。关于防波堤的临时堤头在台风情况下的破坏主要是由于水下高程过高引起的，因此对于防波堤的临时堤头防护的有效性主要是通过降低堤头的水下高程（控制在－3.0 m以下）实现的。除此之外针对防波堤的内坡防护、施工通道顶部防护主要采用了下述各两个方案。

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3.1 内坡的大块石护面

东防波堤护岸段施工期内坡主要承受S~SSW向波浪，该方向5年一遇波浪要素H5%=4.3 m，该方向波浪虽然很大，但考虑到该方向不是常浪向，且该向波浪出现频率较低，故综合考虑施工期内坡防护采用2 000~3 000 kg大块石，见图2。目前东防波堤护岸内坡已经历了3次强台风的考验，均未出现破损现象，实践证明这种防台措施是合理有效的方案。

3.2 内坡的宽肩台过度

对于西防波堤，在施工期东防波堤未能对其形成良好掩护的条件下，内坡主要承受SE~SSE向波浪，该方向5年一遇波浪要素H5%=6.3 m，由于该方向波浪较大，且为常浪向，出现频率很高，在建设单位要求不增加造价的情况下，给西防波堤内坡的防台设计带来了一定的困难和挑战。最终经各种方案比选，推荐采用了宽肩台结构。

为了确定宽肩台结构的宽度、块石稳定重量和粒径级配，以及宽肩的冲刷范围和冲刷形态，委托天津港湾工程研究院进行了物理模型试验，根据试验验证结果，最终内坡宽度设置为13 m，块石稳定重量为800~2 500 kg，其中800~1 500 kg和1 500~2 500 kg范围内的块石各占50 %。图5为波浪作用后宽肩的冲刷形态和冲刷范围。

图5 波浪作用后内坡冲刷情况

3.3 堤顶胸墙两次浇注

对应防波堤的护岸段借助胸墙的两次浇注帮助解决相应段顶面的防台淘刷问题。即在初步完成其它部分的填注后，在台风季节来临前，先期浇筑一部分的胸墙（只是底部的1 m高）；同时其它堤顶区域采用灌砌块石防护，之后仍保证该段作为施工通道；在底部胸墙的海侧外安装扭王字块体，通过这些措施对堤顶形成了充分防护，从而防止了台风对堤顶的直接冲刷造成的堤身损坏，见图6。待施工通道功能完成前，根据观测获得的施工期沉降量最终进行胸墙的二次浇注完成护岸段的胸墙施工。

图6 护岸段堤顶防台措施

护岸段在经历了2015年22#台风“彩虹”后，堤顶和内坡结构基本未造成破坏，本区段防台措施效果显著。

越浪段防波堤总长3 420 m，根据施工组织设计，堤顶扭王字块体的安装采用陆上施工，且采用的施工方式为从防波堤堤头倒退施工安装。因此3 420 m的临时施工通道需经历2~3个台风季，施工中无法形成设计断面，抵御强风浪能力较弱。在台风季来临之前，施工期堤顶采用1 m厚的1 000~2 000 kg灌砌块石进行防护，灌砌块石内设置排水通道。同时内外坡需及时安装扭王字块体进行防护。为了保证灌砌块石层与其顶面1 000~2 000 kg垫层块石层的咬合，1 m厚的灌砌块石层只准许灌注底部70 cm，剩余30 cm顶部不允许灌注混凝土层，以保证灌砌块石顶面的粗糙及衔接面。越浪段堤顶防台措施，见图7。

图7 越浪段堤顶防台措施

4 结论与建议

茂名博贺东防波堤本工程自开工到目前为经历了3次强台风的考验，在总结台风对防波堤造成破坏原因的同时，提出了相应的解决方案，确保了施工期防波的安全稳定，同时降低了台风给工程带来的经济损失，为今后在台风多发区且建设类似工程提供了可以借鉴的工程经验：

1）台风多发区域，防波堤应结合施工方案和通道高程的确定，开展专门的物模试验研究，以有效地减小施工期间由于遭遇台风而造成的损失。

2）由于台风登陆的特点与一般的风浪过程差别较大，一般情况是增水在先且较快，因此对其施工期的计算水位，不仅要考虑设计高水位和设计低水位，尚需要考虑极端高水位的情况。

3）对于兼做护岸的防波堤，应注意后方陆域回填工程的建设时序，若二者不能同步实施，应注意护岸内坡在施工期间的防台保护。

4）施工期的堤顶临时道路防台可考虑采用大块石，为了达到更好的防台效果，可以采取灌砌的方式将堤顶形成整体，但应注意设置排水孔，防止堤顶在浮托力的作用下发生破坏。

5）在台风多发地区建设工期较长需要经历2~3个台风季的防波堤，施工单位应采用合理的施工组织计划，在台风季来临之前，应预留充足时间，将出水段防波堤堤身和堤头进行防护。在台风季选择水上施工方案，以降低台风造成的风险。

参考文献：

[1] JTS 154-1-2011 防波堤设计与施工规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

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

[3] 中交第一航务工程勘察设计院有限公司. 茂名港博贺新港区东防波堤工程初步设计[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

作者简介：高万国（1984-），男，工程师，主要从事水工结构设计工作。

收稿日期：2016-01-20

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160110

中图分类号：U656.2+1

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0043-05

关建词：防波堤；台风增水；堤顶防护；内坡防护