开孔沉箱在港口工程施工的实践分析

    杨毓耀　欧阳万虎

    

    

    摘 要：本文以港口施工中的防波提作为主要研究对象，深入分析此项工程技术的特点以及使用情况，并且就实践效果与发展前景作出了简要分析，希望给予港口施工的技术人员以及管理人员提供参考价值，为港口建设施工提供可靠理论依据。

    关键词：开孔沉箱；港口工程；工程项目

    中图分类号：U655 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）02-0036-02

    开孔沉箱是目前新研发的一种防波提的组织结构形式，其主要用途是保证自身的坚固可靠，同时还要确保停靠船只所处区域的稳定性，减轻波浪的冲击力，让船只稳定停靠。本文主要以某港口工程的防波提为主要研究对象，以某港口工程的防波提建设为实践依据，从整个系统的设计、结构以及物理试验等方面，深入探讨其在港口防波工程中的应用效果。

    1 开孔沉箱在港口工程的案例分析

    目前，港口施工技术有了较大发展和进步，纵观国内外工程实例，大部分港口工程已经逐渐增加了开孔沉箱结构，其主要优点是能有效消除波浪对堤坝的冲击力，进而保证整个工程的稳定性。由于开孔沉箱结构具有独特的消浪结构，能有效防止波浪冲击力的相互叠加，进而大大减小受力，减轻对结构的影响。下文将以实际工程实例进行详细讲述。

    1.1 港口工程简介

    我国某港口的在建设15万吨船坞工程的主要包括：15万吨浮船坞、15万吨浮船坞沉坞坑和修船泊位，同时还有工程的部分配套设施。在整个港口工程中，防波提的建设是工程中非常重要的一部分，会直接影响整个港口区域所有的工厂以及居民的生命安全。据工程前提的调研得知，本工程的施工具有有着非常良好的自然环境，河流与泥沙对工程质量的影响也不是很大。下表中主要描述的是本次工程中的部分重要设计数据。

    2 港口防波堤工程结构

    2.1 工程中的防波提轴线分析

    依据本次防波提设计中的主要数据可以发现，工程的施工区域内浪型主要为ES浪，并且浪高比较大，对施工区域的港区安全有着比较大的影响。因此，在确定防波提的轴线参数时，必须要慎重考虑该项因素的影响，同时在港口工程的前期设计过程中，应该注意防波提对厂区的保护作用，同时应该提高其防护效果。除此之外，应该结合其他影响因素分析本工程中现有航道，同时应该注重未来对于扩容的远期规划等。在充分考虑所有设计方案，且对比后，最终将轴线确定在船坞西北侧，且分别设置防波提。

    2.2 港口防波提的结构分析

    目前我国已经投入运营的防波堤结构中，已经有比较成熟的两种结构形式，一种是斜坡式防波提，第二种是立式防波堤。从目前的实际使用情况来看，前一种结构形式主要使用在水不深的区域，同时防波提的地基条件非常一般，并且工程中使用了较为丰富的石料、回填料。由于材料比较丰富和全面，故而在投入运营之后，只要发现了结构被外力破坏，导致其工程性能下降的情况，后期补救起来较为容易。而后一种结构形式主要是使用在深水区，同时，由于该项工程中防波提的地基非常坚固和可靠，石料与回填料一般比较匮乏。充分对比上述两种结构形式，同时详细分析其使用环境以及优劣势后，本工程决定选择第二种结构形式，结合此次施工的具体工程特点，同时依据当地建设条件，该种结构形式具有非常明显的優势，一方面可以将岸线资源合理的保留，同时还能为将来大规模的发展打下坚实基础。

    然而，由于该种结构形式的优势在于施工部分的断面宽度非常长，站在工程造价角度，必须要保证本次工程造价的合理性，保证工程经济效益的最大化，同时还能保证此次防波提工程附近的越浪参数处在较为合理的范围之内，进而保证本次工程防波提内部的安全性与可靠性，保障处于防波提内部的厂区与居民区的安全，保证人民生命财产安全不被影响。（表2为设计波浪要素的主要参数）。

    经过综合对比所有的设计数据发现，工程设计人员结合多方位的考虑选择了消角开孔消浪重力式沉箱的结构形式。这种结构形式的优点非常明确，能大大降低波浪对工程结构的冲击力，其主要应用原理在于：首先该结构能将波浪力有效的分成两个方面，这两个方向的力分别影响着此次工程结构的前壁与后壁，经过深入研究其力学结构形式可以得出，本次工程中的前壁与后壁之间的受力存在着比较大的差异，同时由于调节此次工程中的前壁与后壁之间的距离，能有效将对前壁与后壁的巨大冲击力相互抵消，同时能尽量减轻波浪、水流对防波堤结构的影响，大大的保护了结构不被损坏；其次，一旦有水流穿过消角开孔板时，会大大降低水流冲击力，增大其能量的消耗，进而大大减小浪高，这种结构形式也能够减少工程造价，实现经济利益的大幅度提升。经过上述设计方案以及设计数据的对比，可以发现本次选择的防波提的结构形式，具备非常高的实用性，且具有较高安全性效果，大大的降低了波浪对于防波提的冲击能量。

    2.3 港口防波堤设计

    港口防波提在施工过程中，在工程最底层的基础结构使用粉质黏土，在黏土层的上方采用10～100公斤/块的石块进行填充，并且使用相关机器进行夯实处理。为了能有效的节约此次施工成本，提高经济效益，在港口防波提的西侧使用10m高的石块，东侧使用11m高的石块，能大大提高防波提的安全性能。在本次工程的港口防波提基床的厚度上应该至少保证在3.5m以上。在迎浪的一侧波提上，为了保证港口区域的安全性以及工程的使用寿命，此次工程中使用的是300吨每块的大石料保护其基层底部，长度设置为12m。此种防波提的结构形式，完全能保证实用性以及安全性，也是大量实践经验总结出来的，因此具有非常高的现实意义。

    目前是提高整个港口防波提工程的关键时期，同时会大大影响本次工程的实际造价成本，也是保证工程实际经济效益的关键时期。为了提高工程的施工进度，同时合理降低胸墙混凝土的使用数量，将本次工程的消角开孔消浪重力式沉箱结构的整体高度确定为4m，并且在每个沉箱结构的组织上都要填充10～100公斤每块的石料。为了实现有效的降低防波提基地应力的目标，在沉箱施工弯沉之后，将每个结构部分都填充完成了石料，同时又在其结构之上增加1m长度 结构，以充分保证其安全性。

    为了有效降低波压，在消角开孔消浪重力式沉箱的迎浪一侧增加一层消浪开孔的结构，孔的深度通常设置为3.5X0.8m。同时将本工程中位于前排的舱格设置成消除能量的部分。综上所述，本次港口设计的主要优点在于：将消角开孔消浪重力式沉箱前壁开孔的方向变化为纵向的放线，这种结构形式与传统的设计结构相比，能大大降低波浪穿过开孔部分的能量，同时减轻整个防波提的冲击，减小防波提所承受的压力，提高整个工程的安全性。

    2.4 模型验证

    目前在工程实践中，消角开孔消浪重力式沉箱结构设计并没有一个统一的形式，也没有一个具体的设计数据可以参考和模仿，同时也不具备一套完整的模型可以进行详细的验证及测算。本文中所设计的一些防波浪力数值，就目前来说也没有标准的验证方法。本次研究中选择的模型试验方法，最终所得出的结论是：能尽量的缩短防波提防波提，以实现较强的掩护效果。与传统的沉箱结构形式相比较可以看出，此次使用的是消角开孔消浪重力式沉箱结构形式，所以其结构的断面一般比较小，堤顶比较低，可以很好的避免直立式防波提中经常出现的越浪现象，所以其具有非常好的实践价值，可以在工程中大力的推广，以提高我国港口工程中防波提的安全性。

    3 结语

    本次研究中对船坞工程以实例进行详细的分析，工程中在防波提的结构形式选择上，使用的是豎向大开孔的结构形式，这种型式最大的优点在于开孔率要比其他型式的开孔方位高，所以能大大提高透浪量，进而大大减少波浪的能量。文中所提到的港口防波提的施工模式，主要有以下两个优点：其一是能突出开孔沉箱结构在工程实践中的应用优势，大大降低工程成本，进而提高工程实际的经济效益，还能够促进施工技术的提高；其二是在国内类似港口工程施工与设计中有着非常积极的促进作用。

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