连云港港徐圩港区防波堤工程

沈雪松，祁小辉，丁大志



综合

连云港港徐圩港区防波堤工程

沈雪松1，祁小辉2，丁大志1

（1.连云港港30万吨级航道建设指挥部，江苏连云港222042；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海200032）

为了节省连云港港徐圩港区防波堤工程投资和建设工期，采用方案比较方法，分析爆破挤淤堤、袋装砂被堤及桶式防波堤等设计方案，根据波浪、潮流、泥沙、地质条件、建材供应以及施工技术等条件下建设的特点，再经综合比选，推荐出斜坡堤与新型桶式结构组合的防波堤设计方案，为类似工程设计提供借鉴。

防波堤；斜坡堤；直立堤；桶式结构

0　引言

根据《连云港港总体规划》，连云港港将按照“一体两翼”的总体发展思路，形成由港湾内的连云港区、北翼的赣榆港区、前三岛港区和南翼的徐圩港区、灌河港区组合的组合港[1-3]。徐圩港区地处淤泥质海岸开敞海域，其开发建设的关键是防波堤工程。受波浪、潮流、泥沙、地质条件、建材供应以及施工技术等条件的影响，防波堤工程技术方案经综合论证，选择了斜坡堤与新型桶式结构组合的方案，工程实践证明了该方案的安全可靠性和经济合理性。本文重点介绍徐圩防波堤工程建设条件、结构选型、关键技术等方面的解决思路。

1　徐圩港区防波堤平面布置

根据港区水文、泥沙流条件以及港区规划建设要求等，徐圩港区经综合比较选择了大环抱的平面布置方案，防波堤口门位于该海域波浪破碎水深以外，约-5 m水深处，经物模、数模研究分析论证，港内水域掩护条件大大改善，回淤强度小。防波堤布置形态见图1。

徐圩港区防波堤口门方向北偏东向，与港区进港航道平顺衔接，按照进港航道双向通航有效宽度取500 m的要求，防波堤口门宽度确定为1 200 m。港区防波堤工程分东、西防波堤，总长约21.77 km，其中，东防波堤长约12.2 km，西防波堤长约9.57 km。

图1　防波堤总平面示意图Fig.1　Schematic plan of the general layout of the breakwater

2　防波堤的建设条件

徐圩港区防波堤工程的建设条件较为复杂，其中地形地质条件、建材供应、海上施工条件以及建设要求是防波堤工程结构方案确定必须重点考虑的因素。

2.1地形、地质条件

徐圩港区地处淤泥质海岸开敞海域，水下地形较为平缓，港区位于0～-5 m水域，是典型的浅水深用港区。防波堤区无岛屿、暗礁等，地势上总体皆呈西南高东北低走势[1-3]。

防波堤所在位置属于淤泥质海岸，浅部淤泥土层物理力学指标较差，下部黏土层、粉砂层物理力学指标相对较好。淤泥层厚度在10.0 m左右，底面标高在-13.0～-17.0 m之间；黏性土层与粉砂性土层交替出现，黏土层标贯击数12击，粉砂性土层标贯击数23击；钻孔范围内未见基岩。防波堤结构选型应重点考虑表层淤泥土层的处理问题。

2.2建材供应

徐圩防波堤工程量大，总长度约22 km。根据防波堤建材一般首选砂石料资源调查，当地砂石料资源较为紧张，可供本工程使用的砂石料有限，且资源不可控，砂石料价格的变动对工程投资影响较大。再考虑防波堤工程需要先行建设，工程进度要求高，工程的推进受到陆域交通制约较大，后方陆路交通和建材供应状况在防波堤结构选型中必须重点考虑。

2.3海上施工条件

徐圩港区地处开敞海域，潮流强度总体不大，大潮涨急垂线平均流速在0.49～0.67 m/s，落急垂线平均流速0.37～0.73 m/s；中潮涨急垂线平均流速0.42～0.64 m/s，落急垂线平均流速0.34～0.71 m/s。该水域波况条件较差，水上施工主要受到台风和季风影响，年作业天数约220 d。

2.4工程建设要求

徐圩港区防波堤工程是港区开发建设的关键。根据港区开发建设的要求，防波堤工程建设工期为4 a。

3　防波堤结构选型

结合防波堤建设条件分析，可供选择的技术方案为斜坡堤方案、直立堤方案和斜坡堤与直立堤组合的技术方案。

3.1斜坡堤结构

1）爆破挤淤堤

爆破挤淤法是利用炸药爆炸将淤泥排开，以石料置换淤泥，一般适合于后方陆域石料供应充足，石料进场方便、海域周边允许爆破施工的情况下筑堤。爆破挤淤法通过陆上抛石和爆破推进形成堤身（图2），一般爆破推进速度6～8 m/d。该法施工为单向推进，不需清淤挖泥，不需大型施工机械和复杂的施工技术，软基处理深度一般可达到10～15 m。随着水深的增加，结构断面大，需要石方量大，延米造价高。该方案施工期主要受石料供应的制约，由于施工单向推进，全部采用爆破挤淤方案，工期也难以满足要求。

2）塑料排水板+袋装砂堤芯堤

本方案通过对天然地基打设排水板，形成竖向排水通道，再分层填筑袋装砂被和抛石（图3），使土体中孔隙水排出逐渐固结，土体强度逐步提高，主要解决沉降问题和稳定问题。该方案水上施工时间较长，堤身需要分级加载。本工程地处开敞海域，袋装砂堤芯抗风浪能力差，袋装砂堤芯施工后必须立即进行防护，因此现场必须具备石料供应的条件。随着水深的增加，结构断面大，需要砂石方量大，延米造价高。受现场石料砂料来源、水上施工作业时间长、抗风浪要求高等影响，防波堤全部采用该方案存在不足。

图2　爆破挤淤堤断面Fig.2　Section of the embankment disposed of mud displacement by blasting

图3　塑料排水板+袋装砂堤芯堤断面Fig.3　Section of the sand bag quilt dike with plastic drainage plates

3.2直立堤

结合连云港徐圩港区建设条件，设计提出了一种新型直立式防波堤结构，即桶式基础防波堤结构[4-6]。桶式防波堤结构主要由桶式基础结构单元组成。每一组结构单元由1个基础桶体和2个上部筒体组成（图4）；基础桶体呈椭圆形，桶内通过隔板划分为9个隔仓；2个上部筒体坐落在基础桶体顶板上，相邻两组桶间安装间距为1.0 m。

图4　桶式防波堤结构断面Fig.4　Section of the bucket-based breakwater

该结构形式的桶式结构单元可以工厂化预制，半潜驳运输，现场定位后抽水抽气下沉，施工速度快，可以多作业面同时开工建设，不需进行地基加固，工期有保障，工程投资较省。但是该结构单元施工时需要考虑桶体的运输对于水深的要求，当水深不满足要求时，需考虑挖泥。对于徐圩防波堤工程而言，由于近岸水深较浅，采用该方案存在水下疏浚工程量较大等不足。

3.3斜坡堤与直立堤组合结构

本防波堤工程所在区域泥面标高在0.0～-5.0 m之间，离岸越远水越深，表层普遍存在7～15 m淤泥。如防波堤全部采用斜坡堤结构，在离岸较远水深较深、淤泥较厚处，抛石（砂被）堤断面大，工程量大，且受陆域来料约束大，以及施工期风浪影响较大。如防波堤全部采用桶式直立堤结构，则在近岸水深较浅处，需要人工开挖形成桶式结构运输通道，工程量较大。因此，经综合技术经济比较，设计在水深-4.5 m以外区域，采用桶式基础直立堤结构，而在水深较浅处采用斜坡堤结构。这样可以满足防波堤工程施工进度、砂石料供应和造堤经济性等要求。

考虑到徐圩港区后方石料来源、运输通道以及水上施工环境等要求，斜坡堤结构采用塑料排水板+袋装砂堤芯堤。根据地形，徐圩港区东防波堤工程的直立堤段长度约为4.2 km，斜坡堤约为8 km；西防波堤工程的直立堤段长度2.7 km，斜坡堤约6.8 km。

4　桶式防波堤工程关键技术研究

桶式基础结构作为一种新型基础结构形式，其应用中的关键技术主要包括：桶式基础结构-地基静动力相互作用、波流与桶式基础结构相互作用、桶式基础设计方法、桶式基础施工工艺关键技术、桶式基础监测和检测技术等。

围绕这些关键技术，在工程建设之初，建设单位组织开展了试验研究、数值分析、现场观测等一系列研究工作，包括：“连云港港徐圩港区防波堤工程桶型基础结构断面波浪模型试验”，“潮流泥沙定床物理模型试验研究波浪局部整体物理模型试验研究”，“桶式基础防波堤结构整体工程特性的数值分析”，“新型桶式基础结构浮运稳定试验”，“连云港港徐圩港区防波堤工程离心模型试验”，“防波堤沿线、堤头冲刷及防护试验研究”，“桶式基础结构构造及内力研究”，“新型桶式基础防波堤与地基动力相互作用数值模拟研究”，“连云港港徐圩港区地基土在波浪荷载作用下土体软化特性及现场旁压试验研究”，“1∶6模型桶式基础结构施工工艺研究”等[4-6]。通过上述研究，在桶式防波堤设计和施工方面获得了一系列技术成果。

1）提出了一种适合于在软土地基建设防波堤、导流堤、护岸等工程的新型桶式基础结构。

2）建立了桶式基础结构抗滑、抗倾等稳定验算方法，计算方法简便。

3）创建了桶式基础结构气浮稳定计算公式，计算方法适合于单隔仓或多隔仓桶式结构浮游稳定的计算。

4）研发了桶式结构施工的成套工艺技术。提出了大型无底薄壁混凝土新型预制工艺，薄壁构件防开裂的混凝土浇筑技术，陆域运输工艺，水上气浮拖运运输工艺，负压下沉施工工艺，结构纠偏施工工艺等。

通过这些研究，掌握了桶式基础结构特性，建立了新型桶式基础结构的设计、施工方法等应用技术，形成了桶式结构成套设计施工技术以及检验标准等，为徐圩港区防波堤工程的顺利建设奠定了基础。

5　结语

连云港徐圩防波堤工程位于淤泥质开敞海域，通过技术经济比较，选用了桶式防波堤结构与砂被+抛石堤结构的组合方案。桶式结构作为一种新型防波堤结构，在徐圩港区防波堤工程中得到成功应用，每月可安装20～22个桶，建设速度快，工程质量优，实际造价在18万元以内。工程建设效果见图5。

图5　徐圩港区直立式防波堤建设效果Fig.5　Scenes of the up-right breakwater in Xuwei District

连云港港徐圩港区桶式防波堤工程建设的创新与实践，极大地丰富了我国水运工程的建设技术，特别是在桶式防波堤结构形式、结构稳定性和竖向承载力的验算方法、结构内力及强度计算、结构运输技术等设计应用技术方面，以及无底薄壁混凝土结构陆域运输、海上气浮运输及结构定位下沉、纠偏施工等方面所开发的应用技术，通过工程实际检验是成功的。连云港徐圩港区防波堤工程应用技术研究成果具有十分重要的推广应用价值。

[1]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.连云港港徐圩港区防波堤工程工程可行性研究报告[R].2011. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study of the breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R].2011.

[2]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.连云港港徐圩港区直立式结构东防波堤工程初步设计[R].2012. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Preliminary design of the east up-right breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R]. 2012.

[3]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.连云港港徐圩港区斜坡式结构东防波堤工程初步设计[R].2012. CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Preliminary design of the east slopping mound breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R].2012.

[4]天津大学.连云港港徐圩港区防波堤工程桶型基础结构断面波浪模型试验[R].2011. Tianjin University.Wave model test of bucket based structure sections in the breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R]. 2011.

[5]南京水利科学研究院.连云港港徐圩港区防波堤工程离心模型试验[R].2012. Nanjing Hydraulic Research Institute.Centrifugal modeling test of breakwater project in Xuwei,Lianyungang Port[R].2012.

[6]南京水利科学研究院.新型桶式基础防波堤与地基动力相互作用数值模拟研究[R].2012. Nanjing Hydraulic Research Institute.Numerical simulation of the dynamic interactions between bucket-based breakwater and the ground[R].2012.

Breakwater project of Xuwei District in Lianyungang Port

SHEN Xue-song1,QI Xiao-hui2,DING Da-zhi1
（1.Lianyungang Port 300 000 Tonner Channel Construction Headquarters,Lianyungang,Jiangsu 222042,China; 2.CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

To reduce the investment and shorten the construction period for the breakwater project of Xuwei District in Lianyungang Port,we made the contrastive analysis of three design schemes,namely embankment disposed of mud displacement by blasting,sand bag quilt dike and bucket-based breakwater.After considering the in-site conditions of wave, tide,sediment,geology,material supplies and construction techniques,the combination design of slopping mound breakwater and the bucket-based structure is selected as the final engineering scheme.The structure will provide much reference for other similar projects.

breakwater;slopping mound breakwater;upright breakwater;bucket-based structure

U656.21；U656.22

A

2095-7874（2016）03-0001-05

10.7640/zggwjs201603001

2016-01-05

江苏省科技支撑计划项目（BE2013663）；江苏省交通运输科技项目（2013Y20）

沈雪松（1960—），男，江苏泰兴人，工程硕士，市港口管理局总工，研究员，港口航道与海岸工程专业。E-mail：lygshenxuesong@163.com