深弧型防浪墙在堤防工程中的应用分析

郑毅

（中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410000）

前言

堤防工程一般在堤顶的迎水一侧设置防浪墙，如此可以降低工程投资、减小堤防断面尺寸，直立型、浅弧型属于较为常见的防浪墙形式，而所用材料则一般有混凝土、浆砌块石、钢筋混凝土。为丰富堤防工程建设中防浪墙设计形式的选择范围，便于更为经济、合理地选择防浪墙形式，本文围绕深弧型防浪墙在堤防工程中应用价值及施工质量控制要点开展研究。

1 深弧型防浪墙结构形式与特点

一般的防浪墙高度在12m以内，图1为本文研究的深弧形防浪墙，结合该图开展分析不难发现，该防浪墙弧线下部起点与堤防外坡相切、弧线上部终点切线水平。为直观展示深弧型防浪墙结构形式与特点，本文选择了圆弧半径为0.6m且经过实际验证的深弧型防浪墙作为研究对象，该防浪墙下部与护面相切，防浪墙前的壅水大大减少，波浪爬上防浪墙的便利性也大大提升，弧形作用则使得该防浪墙大大消减波浪能量。

图1 深弧形防浪墙结构示意图

对于深弧型防浪墙来说，其与人工块体的平顺相接存在较高困难，因此需采用相对平顺的板式结构作为上坡护面，图1便采用了栅栏板结构的上坡护面，该结构有效控制了波浪的爬高，并保证了深弧型防浪墙与上坡护面的平顺连接。深入分析不难发现，相较于普通的防浪墙，深弧形防浪墙的特点在于拥有深弧型的迎水面，波浪因此需要沿弧线上爬并会通过反挑引导而引导回去，堤防外侧为深弧形防浪墙波浪离开时的运动方向，该运动方向与水平面的夹角接近0°，相较于直立型防浪墙斜向上方的波浪反射后运动方向，深弧形防浪墙的越浪量较小，而在相同的越浪量情况下，深弧形防浪墙稳定性受到的冲击较大，因此堤防工程的深弧形防浪墙应用必须关注其稳定性[1]。

表1 断面1越浪量实测值

表2 断面2越浪量实测值

2 深弧型防浪墙防浪效果分析

2.1 工程概况

表3 断面3越浪量实测值

结合上文分析可初步了解深弧形防浪墙具备的独特消浪机理，其具备的消浪优势也证明了深弧形防浪墙的先进性，而考虑到现阶段我国堤防领域的深弧形防浪墙应用范围较窄，本文选择了位于我国上海某地区河口治理及综合开发项目的深弧形防浪墙作为研究对象。研究对象的深弧形防浪墙结构形式与图1相同，设计标准为100年一遇风浪标准，外坡坡比、设计潮位分别为1：3与3.11m，按允许部分越浪设计[2]。

2.2 防浪效果分析

为证明深弧形防浪墙的防浪效果，工程人员基于3个断面开展了物理模型试验，表1、表2、表3分别为断面1、断面2、断面3越浪量实测值。

表1、表2、表3所示数据应用了公式（1）所示的防浪墙墙顶高程与越浪量的关系函数式，其中Q、h分别为越浪量、堤顶高程，a、b为系数。

Q=aexp（-bh） （1）

结合表1、表2、表3所示数据开展断面试验成果拟合，可确定0.02m3/（m·s）越浪量控制标准下，断面1直立型防浪墙临界墙顶高程为5.01m，而深弧型防浪墙则为4.85m，断面2直立型防浪墙为5.78m，深弧型防浪墙则为5.58m，断面3直立型防浪墙为5.25m，深弧型防浪墙为5.01m，由此可见断面1、断面2、断面3中相较于直立型防浪墙，深弧型防浪墙分别能降低墙顶高程16cm、20cm、24cm。同时，在相同防浪墙高度条件下，深弧型防浪墙的优势随着越浪量的减少而不断提升，在断面1、断面2、断面3墙顶高程分别为5.80m、6.70m、6.30m情况下，直立型防浪墙越浪量均达到了深弧型防浪墙的10倍以上，深弧型防浪墙具备的防浪效果优势可见一斑[3]。

3 深弧型防浪墙在堤防工程中的具体应用

3.1 质量问题分析

同样以上文提到的上海某地区河口治理及综合开发项目的深弧形防浪墙作为研究对象，由于深弧形防浪墙独特的结构形式，其圆弧面施工质量控制难度大，对混凝土和易性、施工模板要求较高，目前尚无一套成熟的施工工法。混凝土外观质量与尺寸偏差是影响深弧形防浪墙质量的主要因素。主要表现为混凝土表面出现砂线、麻面、蜂窝、露筋、缺楞掉角、表面气泡较多等问题。

通过现场研究调查，造成上述质量问题原因主要有：

（1）原材料及配合比方面：水泥泌水率过高、配合比砂率过大、骨料含泥量过大；

（2）拌制、浇筑方面：拌和时间不足、拌和不均、下料高度过高、分层厚度过大、混凝土振捣不密实；

（3）模板方面：模板加工尺寸及线型偏差大、模板表面平整度不足、模板拼接不严、模板及支撑强度低、拆模操作不规范、过早拆模。

通过分析施工单位采用的一系列针对性较高的施工质量控制措施，对深弧型防浪墙施工要点进行归纳，以便深弧形防浪墙更好地应用于堤防工程。

3.2 施工控制要点

3.2.1 模板加工偏差控制

为保证深弧型防浪墙结构模板形状、尺寸的准确且曲线平滑，工程采用了专业的计算机辅助软件，通过在计算机上准确画出反弧型弧模形状，再利用AutoCAD制图软件具备的计算、测量功能准确放出大样，即可配合现场的专业技术指导，做好现场模板加工、安装质量的检查和监督。在实际的模板加工中，使用计算机辅助软件的模板加工尺寸偏差被控制在3mm以内，深弧型防浪墙结构施工质量由此得到了较好保障。

3.2.2 模板及支撑强度控制

为保证钢筋绑扎骨架及模板的支撑稳定性，施工单位结合以往经验和现场试验，采用了在弧模内侧加设斜撑的施工方式，斜撑的间距控制为2m，同时加密弧模侧对拉螺杆，构件线性偏差、空洞、砂线、漏浆等质量问题得以避免。值得注意的是，为最大化发挥斜撑效用，工程施工过程中还在二级坡侧预先放置了斜撑支撑的底座（2块栅栏板），模板及支撑强度控制得以更好实现。

3.2.3 水泥等量置换矿粉

由于工程防浪墙施工多数时间处于冬季，为避免出现开裂问题，施工单位原计划在混凝土中掺入了矿粉，但在早期的施工中发现，作为负压区的反弧区很容易汇聚气泡，施工质量因此受到了一定影响，因此施工单位在反复研究后决定采用相对于矿粉细度较细且早强高的水泥替代矿粉，并采用了挖机分层缓缓下料施工方式。

在具体的施工过程中，需保证反弧区部分先行下料厚度控制在30cm内，随后进行振捣，振捣时间的控制需结合混凝土不同坍落度，同时需避免出现过振或漏振问题出现，下部集聚的气泡由此实现了较好释放。此外，为协助模板内侧空气释放，施工过程中施工人员还在模板外侧使用小型平板振、榔头轻微敲打了钢模板。

3.2.4 制定结构模板安装方案

结合设计图纸开展分析，可确定反弧型弧模下部属于衔接段，该段的长、高分别为28.2cm与11.1cm，而在混凝土配合比不变情况下，施工单位发现缩短此部分衔接段可有效减少气泡数量，最终经过反复的试验、计算验证，施工单位发现反弧型弧模下部衔接段长10.0cm时气泡数量相对较少，且斜面铝合金尺收面平整也能够得到较好保障。在具体施工中，改进后的模板方案收获了较为喜人的成果，现浇构件外观质量、节点部位细部处理水平均得到提高，在160个混凝土外观质量及尺寸偏差点数检查中，不合格点数仅为8个（5%），质量控制效果良好。

4 结论

综上，深弧型防浪墙较直立型防浪墙防浪效果更优，并基于其独特的结构形式，可提供良好的景观效果，虽然其稳定性较弱，且圆弧面施工质量控制难度较大，但通过采取本文所论述的模板加工偏差控制、模板及支撑强度控制、水泥等量置换矿粉、制定结构模板安装方案等措施，可提供可行性较高的深弧型防浪墙应用路径。此外，为更好地保证深弧型防浪墙施工质量，整体式模板的合理利用、机械辅助拆立模也需得到重视。