印尼爪哇岛面临印度洋海域波浪特性及防波堤施工技术分析

周加杰，曹兵，李汉渤

（中交四航局第二工程有限公司，广东 广州 510300）

印尼位于亚洲东南部，由太平洋和印度洋之间的17508个大小岛屿组成，是世界第四人口大国，人口总数2.38亿，其中近60%的人集中在爪哇岛，爪哇岛也是其首都雅加达、经济特区日惹和主要经济城市泗水、万隆、三宝垄所在地。自2005年以来其经济增长率一直保持在4.5%～6.5%，根据其2011—2025年国民经济15 a中期规划，未来15 a的年均经济增长率为7%～8%，但印尼基础设施建设相对滞后，已成为制约其经济增长的一大瓶颈。近年来其大力发展水运及港口建设，爪哇岛面临印度洋的港工建设越来越多。港口及电厂建设均需要进行防波堤围护以创造港内良好的水文环境，如已建的Cilacap一期电厂（C），在建的 Pacitan电厂（A）、Adipala电厂（B）及拟建的Cilacap二期（C）、Gama水泥厂项目（D），见图1。本文将对爪哇岛面临印度洋的风浪水文进行分析，结合已建、在建和拟建的项目资料，为在爪哇岛印度洋海域进行防波堤建设提供参考与建议。

图1 印尼面临印度洋防波堤地理位置图Fig.1 Location of the breakwater facing Indian Ocean in Indonesia

1 自然条件

1.1 气象

工程所在地属热带雨林气候，全年分为旱（季风期）、雨（非季风期）两季，旱季为每年的5—10月，这段时间基本无雨，雨季为11月—次年4月，基本天天降雨，年降雨量超过3.0 m。

1.2 潮流与水位

防波堤所在海域为不规则半日潮，即每天发生2次低潮、2次高潮，设计高低水位差值约2.0 m，工程所在地外海潮流方向常年为SSW向。

1.3 风

工程所在地受季风气候影响，每年5—9月常风向及强风向为向岸，11月—次年3月常风向及强风向为离岸，10月及4月为过渡月份，50 a一遇最大风速为20.96m/s。

1.4 波浪

堤前波浪由外海涌浪及风成浪组成，外海涌浪常年为SSW向，波高较大，周期较长；工程海区风成浪随风向变化，旱季增强波浪作用，雨季则减弱波浪作用。

1.5 泥砂

海岸为砂质海岸，泥砂运动活跃，近岸波浪破碎，垂直海岸及平行海岸输砂随季节变化。

2 波浪特征分析

工程区域为混合浪，波浪以涌浪为主，风成浪为辅。受地形、洋流等影响，涌浪自印度洋中心形成，呈面状袭击爪哇岛海域，4个工程所在区波浪情况因地形地貌、水深变化有所差异，但均不改变其涌浪为特征的波浪形式；风成浪与当地气候相互关联，每年雨季风向与涌浪方向相反，同时降雨较多，降低了波浪活跃程度，雨季综合表现出波浪平均强度较弱，适宜于工程施工活动，但是每月仍有强浪袭击，强浪周期长达21 s，波高超过3.5m（图2），旱季则风向与涌浪方向相同，同时基本无降雨，远海洋流活跃，风浪与涌浪的叠加增大了波浪的携能，近堤前波浪冲击力大，施工期防波堤出现经常性越浪，陆上施工处于停滞状态。

图2 某大浪来临时海面波高及流向分布图Fig.2 The sea surface wave height and flow distribution when a huge wave comes

通过某波浪预测网站波浪观测数据，对4个工程所在地外海波高进行统计分析，沿爪哇岛海岸线波高变化规律具有很大相似性，其波高占比统计规律如图3所示，几个工程外海侧波浪常年波高大于1.3m的天数占比均超过70%，5—10月份波高超过2m的占比达到40%～85%。结合Adipala防波堤工程施工经验，6—9月份时间段防波堤陆上基本无法施工，风浪较大，5月份及10月份为风浪过渡季节，11月—次年4月风浪稍平静，但每月仍有1～3次较大波浪，为防波堤陆上有效施工季节。

图3 波高大于1.3m及2m月出现频率图Fig.3 The frequency of the wave height higher than 1.3m and 2m of each month

大浪出现时间无确定规律性，但根据Adipala工程现场施工观察，通常在每月阴历初一、十五前后几天波浪水流变化会较平时剧烈，在这段时间前后几天出现强浪的几率较多，其他时间也有出现大浪的可能性。强浪绝大部分可以根据监测网站波高变化进行推断，但现场也有监测数据较小而堤前波浪较大的情况，这与潮位、水流速度、风速风向等因素综合相关，在Adipala防波堤1 a的施工时间中，出现不可预测的情况大概2次，所占比例较小。

3 工程布置特点

Pacitan[1]、Adipala[2]、Cilacap 3 个防波堤均为长短双突堤环抱形式，Gama防波堤因布置在岬角位置，故布置成单突堤形式，上述4种防波堤均为采用人工护面块体进行防护的斜坡式抛石堤，块体分别采用扭工字块、扭王字块、A-JACK块体，Gama防波堤拟采用具有自主产权的双联块体；长突堤在布置时主要考虑为内侧港池形成良好的水域，突堤外侧迎浪，短突堤穿越浪溅区，阻断泥砂回淤和减弱沿岸输砂对港池造成的回淤。

在防波堤断面形式的选择上，因为工程所在区域波浪周期长、波长长、波高大、大波出现频率高，大型水工施工设备匮乏，施工难度较大，不适宜直立式岸壁结构施工，同时，结合当地石材丰富的特征，辅以陆上施工，防波堤多选用人工护面块体斜坡式结构。

4 工程施工特殊性分析

4.1 堤头防护频次

中国沿海地处西北太平洋沿岸，防波堤施工受西北太平洋热带气旋影响，其影响时间主要发生在7—9月份，其他季节热带气旋数量明显减少且强度减弱，1945—2009年登陆中国沿海的热带气旋个数年均9.2个，形成热带风暴并对防波堤安全构成威胁的热带气旋个数年均1～3个[3-4]，热带气旋的形成及发展已能够得到准确的监测，对于沿海防波堤施工能够提供足够的预警时间做好防波堤施工期防护，呈现出防护频次低等特性。

印度尼西亚地处印度洋东北侧，防波堤施工常年受印度洋季风气候影响。季风期为每年5—10月，防波堤基本无法推填施工；非季风期为11—次年4月，非季风期中每月有1～3次波高在2.5～3.5m、波浪周期在18～21 s的波浪袭击防波堤，施工期防波堤堤头防护频次高。

相比国内防波堤施工每年受1～3次台风影响的情况，印度洋环境下防波堤施工每月受1～3次强浪影响，强浪表现出频次高、多发特征。

4.2 波浪特征差异

中国沿海近岸强浪主要由热带气旋（台风）引起，多为风成浪，平时波浪周期一般在10 s以下，波长较短，台风来临时台风中心的波浪周期会增大至18～18.5 s[5]，海水水位受地理环境限制会产生较大增水，风成浪及潮水水位上涨形成对堤头的双重破坏。

印尼沿海受印度洋波浪影响，强浪主要由涌浪和风成浪组成，季风期外海涌浪与风成浪相互叠加，近岸水流变化剧烈，基本无法施工；非季风期波浪主要表现为外海环境变化所引起的近岸涌浪，涌浪周期一般大于10 s，平均周期大于13 s，最大周期达21 s，波长大于180m，波高达3.5 m，高波高、大周期、长波长波浪是破坏堤头的主因，根据Adipala工程2012年4月—2013年3月观测站点数据，强浪周期及相应波高见表1。

表1 强浪周期及相应波高表（2012-04—2013-03）Table1 Strong wave period and the corresponding wave height（2012-04—2013-03）

国内防波堤施工以受短周期、风成浪为主因的波浪影响，印度洋环境的波浪则表现为周期大、波长长，有研究表明，当波浪周期达到20 s时，波浪所携带的能量较为集中不易扩散，快速推进的波浪将深深地渗透到防波堤内，易导致块体随水流力起伏而造成防波堤护面损坏。

5 防波堤施工工艺分析

国内斜坡式抛石人工块体防护防波堤施工工艺通常如表2所示，但在印度洋海域，因为受到高频次、大波长、长周期波浪的影响，大型的施工船舶如大型开体驳、自航方驳、专用抛石船均无法适用，采用小型开体驳抛填更为适宜此风浪环境下的防波堤施工，用以缓解陆上推填的进度压力，同时，因无法使用定位方驳或自航方驳进行定位补抛，需要在陆上推填出去后采用陆上起重机配抛石斗定点吊抛的方式补抛断面成型，确保质量效果，本工艺在Adipala防波堤施工中已得到成功验证。

表2 防波堤施工机械设备组合表Table 2 Mechanical equipment combination of the breakwater construction

施工期防波堤堤头遭受高频次强浪袭击时要做到及时防护。Pacitan[1]防波堤开始施工时无印度洋波浪变化规律预测数据，堤头被冲毁10次以上，给项目施工带来了巨大损失；结合Pacitan施工经验和波浪预测的Adipala防波堤施工，采用小开体驳水上抛填减小陆上推填数量，以减少堤头临时防护次数，降低工程造价，施工期的堤头防护次数仍超过15次，与国内项目相比，堤头临时防护费用大大增加。

拟施工的Gama防波堤长550 m，其中近500 m堤身底标高为-16.0m，堤头段护面块体拟采用30 t双联块体，如块体全部采用陆上施工，则需要配置起重能力400 t的大型起重设备，造价高同时也不利于堤头及时防护，因此拟结合Adipala项目施工经验，采用小开体驳进行粗抛，同时采用工艺创新，在风浪平静时采用横鸡趸抓抛石及安装双联块体，以实现水下安装工艺，减轻陆上施工压力和减少防护次数，创造防波堤施工的“时空效应”，确保工程施工质量与造价。

6 结语

印度尼西亚近印度洋海岸线水工建设一般需要建设防波堤进行防护，以抵抗长周期、大波高、高频率的波浪袭击，同时防波堤一般布置成环抱形以减弱泥砂运动对港内的回淤，防波堤施工工艺成为制约工程实施的关键。本文基于对某波浪预测网站监测数据和现场施工经验对比分析，掌握了印度洋海域波浪变化规律，分析了此环境条件下防波堤施工面临的问题和难题，提出了防波堤施工的有效模式，其中小开体驳施工工艺在Adipala项目得到验证和实施，在即将开始的Gama项目防波堤和Cilacap电厂二期防波堤施工中，将进一步创新和改进施工工艺，以实现在印度洋环境条件下防波堤施工最经济有效的模式。

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