漩门二期蓄谈围垦工程海堤高程防潮标准模型试验研究

吴才华，金华辉

（1.玉环漩门湾观光农业开发有限公司，浙江 玉环 317605；2.浙江广川工程咨询有限公司，浙江 杭州 310020）

1 问题的提出

漩门二期蓄淡围垦工程于2005年竣工，自施工毕至今海堤发生了不同程度的固结沉降，根据运行期海堤顶高程测量，各段堤坝发生了较大的差异性不均匀固结沉降，截止到2013年12月，0 + 200 m断面防浪墙沉降最为严重，沉降量为1.11 m，堤顶沉降0.69 m；1 + 100 m断面堤顶沉降量最大，堤顶沉降量为0.85 m，防浪墙沉降值为1.09 m。由于海堤发生沉降，导致堤顶高程降低，按现行相关规范计算要求该段海堤防潮高程已不满足要求，同时堤顶高程降低有可能会导致越浪加重、结构失稳，有鉴于此，亟需开展海堤波浪断面试验验证[1-3]。

本次采用物理模型试验方法，对海堤发生沉降的典型断面进行了波浪断面物理模型试验，根据试验得出的越浪量对沉降后的海堤高程的安全标准进行了评价。

2 工程概况

漩门二期蓄淡围垦工程为III等工程，主要建筑物堵坝、海堤和泄水闸为3级建筑物，引水闸为4级建筑物，临时建筑物为5级建筑物。工程主要由二期堵坝、二期海堤、一级堵坝闭气、二期海堤加固闭气、泄水闸和引水闸6个项目组成。其中二期海提位于鹰公山与小青山之间，堤线位置涂面一般在- 1.50 ～ 0.50 m。堤线成折线布置，堤顶高程7.00 m，堤顶长度6 200.50 m。

海堤设计断面堤顶高程7.00 m，防浪墙顶高程7.70 m，顶宽6.00 m（包括防浪墙)。迎潮面设“L”型挡浪墙，墙身高度为1.20 m，其中有0.50 m后的底脚埋入堤顶之下；外坡结构采用直立堤形式，海堤外坡自高程6.50 m到3.30 m处为1∶0.4直立式灌砌石陡墙，内侧设干砌块石棱体，高程3.30 m处设消浪平台，2.00 m处设1镇压平台，两级平台之间为1∶2.0的斜坡，镇压平台与涂面之间采用1∶2.5的边坡连接；石坝内坡自高程6.50 m处按坡度1∶0.4至3.30 m高程，后接宽3.30 m的平台，再以1∶1.0斜坡至2.00 m或2.50 m高程，后接宽7.00 m的平台，再以1∶1.5斜坡至涂面。海堤典型设计断面见面1。

图1 海堤典型设计断面图

3 波浪物理模型试验

3.1 试验内容

在海堤段选取2个代表性断面，进行海堤段护面稳定性、波浪爬高及越浪物理模型试验，并根据模型试验结果，提出海堤的安全标准。

3.2 模型设计

断面物理模型试验在南京水利科学研究院长波浪水槽中进行（见图2），该水槽可同时产生波浪、水流和风，该系统可根据需要产生规则波和不同谱型的不规则波。

图2 试验水槽断面布置示意图

遵照JTJ/T 234 — 2001《波浪模型试验规程》的规定[4]，采用正态模型，按重力相似模型设计。根据场地条件和工程的平面尺寸，断面物理模型试验的模型比尺均取为1∶1.2。

几何长度比尺：Lr= 1∶12；时间比尺：Tr= Lrl/2；重量比尺：Wr= Lr3；越浪量比尺：qr= Lr1.5；波压力比尺：pr= Ir。

模型平面尺寸与建筑物（包括地形)等满足几何长度比尺。地形采用断面法确定高程，其偏差控制在士1 mm之内；建筑物高程偏差控制在士1%以内，符合JTJ/T 234 — 2001《波浪模型试验规程》的规定[4]。

3.3 试验方法

进行稳定性试验时，先用小波进行作用，以使堤身密实，然后采用试验波浪要素进行试验，测量堤顶越浪量和越浪落点，观察挡浪墙、护面块体及护底块石等的稳定性。

观察试验断面各部位在波浪作用下的稳定性情况时，每一波况累计试验持续时间不小于原型3 h，为保证试验结果的可靠性，每组试验至少重复3次。当3次重复试验的试验结果差别较大时，则增加重复次数。每次试验均重新铺放断曲。

防浪墙的稳定性判别标准为：挡浪墙不动或有轻微震动而不位移为稳定，有明显震动而无明显位移为临界稳定，挡浪墙有位移或倾斜为失稳。护面块体失稳判别标准以块体滚落或位移超过块体长度的1/2为失稳。护底块石的稳定标准为在波浪作用下允许有少量块石原地摆动，个别块石位移，护底表层没有明显变形为稳定。越浪量试验量测不规则波一个波列作用下的越浪水体，然后除以一个波列作用时间得到平均单宽越浪量。每次试验重复3次，取3次平均值作为试验结果。

本次试验选取原型抛石重量为70 kg。图3为顶高程6.59 m海堤断面在50 a一遇设计高潮位、50 a一遇风速风浪作用情况。

图3 物理模型概况图

4 试验结果分析

根据二期海堤发生沉降的情况，本次选取2个试验断面，第一断面选取观测中所发现沉降最为严重的位置，也就是0 + 200 m断面，该处防浪墙顶高程为6.59 m，另外1个断面选取为观测中各断面发生沉降的平均值，该断面为防浪墙沉降为7.07 m，断面位置位于2 + 200 m断面。

4.1 稳定性试验

在50 a一遇设计高潮位及相应的50 a一遇风速风浪作用下，当波浪累积作用时间相当于原型3 h后，200 #细骨料混凝土灌砌石挡浪墙、外海侧200 #细骨料混凝土灌砌石护坡、外海侧800 #厚干砌块石和库内侧300 mm厚干砌块石满足波浪作用下的稳定性要求；外坡抛石护底个别发生移动，但是整体形式不变，因此满足稳定性要求。

4.2 越浪量试验结果

海堤断面越浪量试验结果见表1。从表中可知0 + 200 m和2 + 200 m断面越浪量最大分别为0.0340 m3/（s · m）、0.0180 m3/（s · m），《浙江省海塘工程技术规定》允许的最大越浪量为0.0500 m3/（s · m）[3]。 因此海堤0 + 200 m断面和2 + 200 m断面沉降后仍能满足《浙江省海塘工程技术规定》关于越浪量的要求[3]。

表1 海堤断面越浪量测量结果表

5 与规范设计对比分析

5.1 规范设计

5.1.1 堤顶高程计算

根据《浙江省海塘工程技术规定》[3]，对于设有防浪墙的海塘，海塘高程则是防浪墙顶面的高程，但防浪墙必须稳定、坚固。防浪墙顶高程按下式计算：

Zp = Hp+ RF%+ΔH = 7.49 m

式中：Zp为设计频率的堤顶（防浪墙顶）高程，m；Hp为设计频率高潮位，m，本工程50 a一遇高潮位为5.37 m；RF%为波浪爬高，m（允许部分越浪F = 13）；ΔH为安全加高，m；P为设计频率，P = 2%。

5.1.2 越浪量计

无风条件下越浪量计算下式如下：

式中：q为单位时间单宽海塘上的越浪水量，m3/（s · m）；Hc为挡浪墙顶至静止水位（设计高潮位）的高度，m；KΔ为糙渗系数；A、B系数按《浙江省海塘工程技术规定》表6.2.2查得[3]，其它符号意义同前。风对越浪量的影响的校正系数K′计算公式如下：

式中：Wf为风速影响系数；θ为海塘临潮边坡坡角，°；R为波浪在海塘上的爬高，m。

5.2 与规范计算对比分析

《浙江省海塘工程技术规定》[3]所要求现海堤防浪墙顶高程设计计算值为7.49 m，而现状0 + 200 m断面防浪墙项高程仅为6.59 m，已不满足规范关于防浪墙顶高程的要求，但根据规范越浪量相关计算公式可得，0 + 200 m断面和2 + 200 m断面现状越浪量分别为0.0310 m3/(s · m)、0.0140 m3/(s · m) 与试验结构越浪量为 0.0340 m3/(s · m)、0.0180 m3/(s · m)保持较大的一致性，根据试验和设计计算结果来看，防浪墙顶高程6.59 m仍然可以满足相关爬高和越浪要求，同时海堤前坡高程3.30 m处设消浪平台，2.00 m处设1镇压平台，2级平台之间为1∶2的斜坡连接，相关公式中未能考虑该2处平台影响，导致计算结果与试验现象差异较大，另外，工程区域滩涂近年呈淤积加快的趋势，对于0 + 200 m断面根据2015年11月观测数据滩面已经从- 1.50 m淤积至0.21 m，总体来说堤前平台变高变宽，将会使得风成波浪波高减小，也会对漩门二期蓄淡围垦工程会带来有利影响。

6 结 论

本次采用1∶12正态物理模型，对浙江省玉环县漩门二期蓄淡围垦工程海堤进行断面物理模型试验。主要结论如下：

（1）依据相关观测资料，二期海堤沉降最严重处防浪墙顶高程为6.59 m，整个二期海堤沉降后防浪墙顶高程平均值为7.07 m，本次试验基于该2种防浪墙顶高程断面进行，在各级水位及相应的50 a一遇波浪作用下，该断面堤身各个部位均满足波浪作用下的稳定性要求；

（2）对于0 + 200 m和2 + 200 m断面，设计高潮位50 a一遇波浪作用下，规范设计和物理模型结果发最大越浪保持较大的一致性，均满足《浙江省海塘工程技术规定》的关于越浪量不超过0.0500 m3/(s · m)的要求；

（3）《浙江省海塘工程技术规定》[3]

未能考虑本次试验断面所设两级平台影响，而可能导致挡浪墙设计高程大于实际需要值；

（4）工程区域滩涂近年呈淤积加快的趋势，总体来说堤前平台变高变宽，将会使得风成波浪波高减小，也会对漩门二期蓄淡围垦工程会带来有利影响。

[1] 王克勤，董承赞.天津临港工业区围海造陆一期工程防潮标准及高程设计探讨[J].港工技术，2009(186)：16 - 19.

[2] 刘志明，李维涛.海堤工程防潮标准研究[J].中国水利，2008(16)：29 - 33.

[3] 浙江省水利厅.浙江省海塘工程技术规定[R].杭州：浙江省水利厅，1999.

[4] 南京水利科学研究院.波浪模型试验规程：JTJ/T 234 — 2001[S].北京：中国水利水电出版社，2002.