茂名港博贺港区西防波堤修复断面稳定性试验研究

王亚东，黄宣军，李景辉

（1.中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116083；2.中交天津港湾工程研究院有限公司，中国交建海岸工程水动力重点实验室，天津 300222）

1 概述

茂名港西防波堤工程总长3 315 m，防波堤采用抛石斜坡式和沉箱直立式相结合的方案。2015年22号台风“彩虹”过境后，西防波堤0+270—0+650区段受损严重，外坡出现大量块石堆积体，若恢复原貌存在一定施工难度，需在破坏后的基础上设计新的防波堤断面结构，并通过断面物理模型试验研究进行验证和优化。

2 防波堤断面结构

为了方便防波堤修复施工，在堤顶中部留出宽8 m的临时通道，堤顶前后分别安放2排11 t和2排5 t扭王字块体，外侧护面采用11 t扭王字块体护面，底部为100～200 kg的护底块石，坡度为1颐1.5，详见图1。

台风过境后，外坡出现大量块石堆积体，修复方案是在顶高程-2 m位置处设置宽13 m的块石护面戗台，戗台下部采用2～3 t块石护面，其坡度为1颐3，戗台上部采用11 t扭王字块体护面，坡度为1颐1.5，详见图2。

图1 原防波堤断面结构图（堤顶中部为临时通道）Fig.1 Original breakwater cross-section（middle of the top is a temporary passage）

图2 防波堤破坏后初始修复方案结构图Fig.2 Intitial repair plan cross-section after breakwater damage

3 试验研究的依据和条件

3.1 试验水位与波浪

根据JTS 154-1—2011《防波堤设计与施工规设计波高应采用重现期为50 a或25 a，对未成型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，波高的重现期可采用2～5 a。根据试验技术要求，考虑一定安全系数，试验波浪重现期分为使用期50 a一遇波浪和施工期10 a一遇波浪两种。试验水位与对应的波浪要素[2]见表1所示。

3.2 波浪模拟

表1 试验水位与对应的波浪要素Table1 Test water level and corresponding wave parameters

1）波浪模拟按照重力相似律及JTJ/T 234—2001《波浪模型试验规程》等[3-5]有关规定采用不规则波进行，波浪频谱采用JONSWAP谱[6]。

2）作用时间：试验过程中波浪持续作用时间不小于原型3.0 h，以便观察断面在波浪累积作用下的变化情况。

4 试验结果

4.1 初始修复断面稳定性试验

图3给出了初始修复断面在极端高水位4.34 m，H13%=6.5 m、T =10.6 s的不规则波作用下的试验结果。波浪刚开始作用不久，堤顶后部最外侧1排5 t扭王字块失稳，个别被冲到堤后坡面处，随后堤顶的扭王字块体和1～2 t块石也很快被冲刷后移；堤顶外侧的11 t扭王字块体也开始向堤后坡滚落。波浪作用1.2 h（原型）后，坡面上部的3排11 t扭王字块体、2层垫层块石及堤心石均被冲刷后移至后坡面处，堤心石被冲刷掉的厚度约为1.60 m。

4.2 修复断面优化方案稳定性试验

图3 初始修复断面稳定性试验结果Fig.3 Test results of stability on the initial repair breakwater cross-section

1）优化方案1

在防波堤断面修复施工期间，在原修复断面-2.0 m护面戗台上，加护厚度为2 m的2～3 t块石，考虑设计高水位、10 a一遇的波浪作用下断面的稳定性。

试验结果显示，在设计高水位3.2 m、10 a一遇H13%=4.6 m、T =10.6 s的不规则波作用下，堤顶最外侧一排个别11 t扭王字块体发生轻微位移，但未失稳；堤顶中间临时通道1～2 t块石和前坡2～3 t块石均有少量发生位移，断面的其它各部位均稳定。

2）优化方案2

在优化方案1断面的基础上，在堤顶的两侧分别加护1排11 t扭王字块体，以增强堤顶的防台能力。

在极端高水位4.34 m，H13%=6.5 m、T =10.6 s的不规则波作用下，堤顶前部最外侧一排个别扭王字块体后移至堤顶后部的块体前；堤顶后部的块体及其下部1～2 t块石整体向后错动并稍有抬高。波浪作用约0.95 h（原型）后，堤顶后部的5 t扭王字块体成片滚落，堤顶后部的11 t块体和1～2 t块石也相继出现后移滚落，修复断面优化方案2稳定性试验结果详见图4。

3）优化方案3

图4 修复断面优化方案2稳定性试验结果Fig.4 Test resultsof stability on the optimization plan 2

在优化方案2基础上，将堤顶中部再加护2排11 t扭王字块体，使堤顶形成全掩护形式。

其试验顺序为：设计低水位、设计高水位及极端高水位，以此验证优化方案3断面的稳定性。

淤设计低水位

在设计低水位0.26 m，H13%=6.2 m、T=10.6 s的不规则波作用下，前坡护面戗台肩角附近少量2～3 t块石沿坡面滚落，并有些块石移动至扭王字块体前。在波浪作用3.0 h（原型）后，前坡的2～3 t块石护面基本处于平衡稳定状态，护面戗台肩角附近的块石被冲刷掉一层，最大冲刷厚度约为0.98 m，一部分块石镶嵌在11 t块体的缝隙中，详见图5。

于设计高水位

在设计高水位3.2 m，H13%=6.4 m、T =10.6 s的不规则波作用下，堤顶前部最外侧个别扭王字块体随波浪晃动，前坡块体护面肩角处有轻微扒缝现象；堤顶后部与后坡面相邻5 t扭王字块体中，个别块体被越浪水体掀动后移约1/3块体的宽度，并改变了摆放姿态；前坡2～3 t块石护面表层的少数块石随波浪往复晃动，个别块石发生位移；断面的其它各部位均稳定。

图5 修复断面优化方案3稳定性试验结果Fig.5 Test resultsof stability on theoptimization plan 3

盂极端高水位

在极端高水位4.34 m，H13%=6.5 m、T=10.6 s的不规则波作用下，试验现象与设计高水位相近，经过3个水位及相应波浪的累计作用后，前坡2～3 t块石护面的外轮廓线变化不大，基本处于平衡稳定状态，试验结果详见图5。

5 结语

经过台风破坏后的防波堤恢复原貌存在一定施工难度，最常用的做法是在破坏后的基础上进行新断面结构的设计与施工，通过物理模型试验验证和优化后，试验结果显示：

1）堤顶的临时通道对防波堤的断面稳定性有重要影响。在极端高水位及其相应的波浪作用下，有临时通道的优化方案1和方案2断面，堤后5 t扭王字块体成片滚落，堤顶后部的11 t块体和1～2 t块石也相继出现后移滚落。

2）优化方案1在高程-2.0 m护面戗台上，加护厚度为2 m的2～3 t块石，对底部外侧第一排的11 t扭王字块体有掩护作用。

3）优化方案3的堤顶为11 t扭王字块体全掩护形式下，堤顶及坡面未有块体滚落，断面的整体稳定性明显改善。

4）试验结果也表明，在防波堤的掩护过程中不仅要考虑坡面的块体稳定性，同时也要关注堤顶的块体掩护程度。

[1]JTS154-1—2011，防波堤设计与施工规范[S].JTS154-1—2011,Code of design and construction of breakwaters[S]..

[2] 茂名港博贺港区西防波堤工程台风“彩虹”后修复断面物理模2016.Physical model test on repair cross-section of west breakwater in Bohe harbor of Maoming Port after typhoon"Mujigae"[R].Tianjin:CCCCTianjin Port Engineering Institute Co.,ltd.,2016.

[3]JTJ/T 234—2001，波浪模型试验规程[S].JTJ/T 234—2001,Wavemodel test regulation[S].

[4]JTS165—2013，海港总体设计规范[S].JTS165—2013,Overall design codefor seaport[S].

[5]JTS145—2015，港口与航道水文规范[S].JTS145—2015,Codeof hydrology for harbor and waterway[S].

[6] 李玉成，滕斌.波浪对海上建筑物的作用[M].北京：海洋出版社，2002.LI Yu-cheng,TENG Bin.Wave action on maritime structure[M].Beijing:Maritime Press,2002.