一种宽肩台护岸的应用研究

卢少彦，谢乔木

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

宽肩台防波堤是较早提出的一种防波堤设计理念[1-2]，但直到1983年在冰岛Keflavik的防波堤[1-2]上应用后，才开始迅速的推行，在PIANC以及ROCK MANUAL上把宽肩台防波堤分为3种（Statically stable non-reshaped，Statically stable reshaped，Dynamically stable reshaped[1-2]）：第 1 种同普通防波堤，是不允许破坏的稳定结构，第2种是允许断面变形，但断面及护面块石都要求在波浪作用下是稳定的，第3种就是我国规范中提到的堤身断面（断面外侧）容许在波浪作用下发生变形，直到外坡形成一个动力平衡断面[3]。本文所述属于波浪作用下允许变形的动力平衡断面。

1 工程概况

本工程位于广东省内的金狮湾港区，属于纳泥区的临时护岸[4]，也作为二期工程的陆域形成围堰，位于二期岸线的前沿线之内，整个护岸长约1 100 m[4]，各建筑物位置相互关系见图1。

图1 码头、护岸位置相互关系图Fig.1 Relationship between the quay and the revetment location

临时护岸区域内，高水位下，25 a一遇H13%波高为4.3 m，波长为115 m，护岸范围内地质为标准贯入度15击以上的砂层，无软弱土层[4]。

2 临时护岸结构

根据临时护岸的功能及地质等条件，采用斜坡式结构，经计算，外侧护面需要采用扭王字块护面，见图2。

图2 临时护岸初定典型断面图Fig.2 Temporary revetment initial typical section

图2中断面较大，造价较高，工期较长，且临时护岸结构在预留二期的陆域回填范围内，采用扭王字块护面将影响二期陆域形成的地基处理。通过计算本工程的挖泥量及土石方平衡，临时护岸前沿线退后，波浪降低，25 a一遇H13%=3.8 m，经过核算，仍需要采用3 t扭王字块护面。

而本工程有自己的开山石场，石料充足，采用块石护面更加有优势且经济合理，因此采用动力平衡的宽肩台抛石结构作为临时护岸的结构形式。

宽肩台护岸结构的肩台宽度、肩台高程、外侧护面块石以及坡度[5]等是设计的关键参数。

现行防波堤规范条款仅有“宽肩台斜坡堤的肩台高程可定在设计高水位以上1.0～3.0 m处，肩台宽度取2.3～2.9倍设计波高值，且不小于6.0 m[3]”，具体计算结果见表1。

表1 主要计算结果Table 1 Main calculation results

在国外规范rock manual以及PIANC中会对宽肩台有更加详细的设计方法说明：利用VAN DER MEER浅水区[1]的计算公式，计算得Dn50=0.91 m，M50=2 t，可取护面块石 1～3 t。

VAN DER MEER公式与防波堤规范中护面块体计算公式的最大区别是采用护面破坏等级[1]的参数Sd，而不是采用护面块体稳定系数[1]Kd，而本设计是允许在波浪作用下达到动力平衡的一个断面，因此采用VAN DER MEER计算公式可以得出更加合适的护面块石重量，Sd可以根据防波堤、护岸的生命周期，使用相应取值，本工程计算中Sd取值为8。

确定护面块体的重量后，可计算变形的宽度Rec与深度hf（变形的宽度与深度[1，6]见图3）来确定肩台的宽度[1，7]，计算得 Rec=6.57 m，hf=1.48 m，肩台宽度取值不得小于Rec[1-2]，本工程取10 m。

图3 变形宽度与深度的位置示意图Fig.3 The schematic diagram of deformation width and depth location

堤顶高程可以通过计算波浪爬高以及越浪量确定，与普通防波堤、护岸类似，不再详述。由于本工程为临时性工程，只要保证在波浪作用下，后方回填土不被冲刷流出。根据陆域的回填高度以及水位，确定堤顶高程为7.5 m，在极端高水位情况下，计算得越浪量0.068 m3/s/m，后方护面块石同外坡护面块石大小。最终设计断面见图4。与扭王字护面断面比，总投资节省1 000多万元。

图4 宽肩台护岸典型断面图Fig.4 The typical section of wide-berm revetment

施工期间由于台风的影响，在临时护岸拐弯圆弧段对肩台范围进行了补抛[8]，其他范围变形都在可接受范围，且状况良好。本项目于2012年6月份完工后至今，期间经历了几次台风，均未出现失稳问题，显然护岸断面在波浪作用下已趋于稳定。

3 宽肩台断面适用条件及设计要点

首先护面块石的重量[5-8]相对常规稳定断面来说较小，整个断面需要的石料用量较大，其次堤顶上部不适合有稳定要求的结构，比如混凝土挡墙，混凝土路面等，因为波浪的作用下容易导致上部结构的变形[5-6]，上部结构可在动力平衡后再行设置。

肩台上下坡度取值，可根据项目实际情况取用，坡度的不同也会影响护面块体破坏程度参数Sd的取值，坡度较缓，Sd的取值可相对提高，护面块石重量也可以相对降低。本项目设计中考虑到宽肩台的变形[5-6]主要是肩台以及下部，见图5，下部坡度在波浪作用下最终达到一个平衡的坡度，因此设计中为了相对缩小断面的宽度，下部坡度采用了1∶1.5而上部坡度采用的是1∶3。

图5 典型宽肩台变形断面Fig.5 Typical deformation section of wide-berm revetment

另外若堤顶高度较高，越浪量及爬高都较小，后方护面块石可取比外坡护面小的块石，否则内外侧护面块石取相同重量。越浪量的要求以及内外坡块石大小都可参考ROCK MANUAL相关章节进行计算，有条件可通过物模试验[5-6]进行验证后确定。

综上所述，本项目的成功建设主要有以下因素：首先项目所在地石料丰富，石料场就在项目所在地，有大量的石材，为宽肩台护岸的成功实施提供了基础；其次，本护岸为纳泥区临时护岸，只需保证后方回填的土不流出，护岸变形不影响后方的稳定；另外，施工期的监测很关键，发现变形过大应及时采取相关措施；最后设计通过多规范对比计算得出宽肩台抛石护岸的关键尺寸也是本护岸成功建设的一个因素。

4 结语

本项目中的宽肩台护岸设计虽然具有一定的特殊性，但其设计及应用仍具有一定的参考价值。有条件的项目，设计后可进行物模试验来验证。另外，在施工期应加强观测，发现变形过大时应采取及时补抛等相关措施，这样更有利于动力平衡宽肩台护岸的适应性。