摘 要：天津市漢沽區(qū)海擋外移工程（防波堤工程）大堤內(nèi)側(cè)圍區(qū)很大，儲(chǔ)水量約7900萬立方米，導(dǎo)致漲落潮時(shí)口門位置流速達(dá)到6～8 m/s，口門位置灘面沙礫流失嚴(yán)重，危及工程安全。通過拋填合金鋼網(wǎng)石兜對堤頭進(jìn)行防沖保護(hù)，有效的遏制了水流對堤頭的沖刷，消除了隱患，達(dá)到了預(yù)期的防沖效果。

關(guān)鍵詞：防波堤 合金鋼網(wǎng)石兜 防沖保護(hù) 治理措施

中圖分類號：TV698 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0042-02

1 工程概況

天津市漢沽區(qū)海擋外移工程（防波堤工程）位于天津市漢沽區(qū)東南、渤海灣西北灣頂、蔡家堡至大神堂村之間的海岸帶，距原海岸線約3.75～5.81km。其東、西端分別與北疆電廠瀝水蓄水池西堤、天津中心漁港引航道東堤相接。

該工程圍堤采用充砂管袋堤心斜坡堤結(jié)構(gòu)。堤基表面鋪砂被，打設(shè)塑料排水板。堤心采用大型充灌袋結(jié)構(gòu)，臨海側(cè)護(hù)面為鋼筋混凝土柵欄板和局部扭王字塊，背海側(cè)護(hù)面為混凝土預(yù)制板，拋石護(hù)底。堤頂設(shè)混凝土胸墻和混凝土路面。

本區(qū)潮汐類型為不規(guī)則半日潮型，其（H01+HK1）/HM2=0.53。本海區(qū)常浪向ENE和E，頻率分別為9.68%和9.53%，強(qiáng)浪向ENE，該向H4%>1.5 m的波高頻率為1.35%，全年T≥7.0 s的頻率僅為0.33%。本海區(qū)基本為往復(fù)流型，漲潮主流向NW，落潮主流向SE，漲潮流速大于落潮流速，大潮漲潮實(shí)測最大流速2節(jié)左右，最大流速垂直分布大致是由表層向底層逐漸減小，平面分布是由岸邊向外海隨著水深增加而逐漸增大。

2 口門位置堤頭受沖刷情況

原設(shè)計(jì)防波堤口門位置（Z2+627-Z3+127）灘面上充填50 cm厚沙被，沙被上拋50 cm厚，規(guī)格100～200 kg塊石作為灘面保護(hù)。堤頭主體結(jié)構(gòu)為大型充填袋，袋裝碎石填平三角區(qū)，高強(qiáng)長絲機(jī)織布320 g/m2鋪設(shè)在三角區(qū)填平后的大型充填袋棱體上部，機(jī)織布上方直接拋填規(guī)格200～300 kg塊石一層，塊石厚60 cm；采用拋石護(hù)腳塊石規(guī)格200～300 kg，最外側(cè)安裝扭王塊。

堤頭保護(hù)按照原設(shè)計(jì)完成施工5個(gè)月后，在對竣工水深測量時(shí)發(fā)現(xiàn)，口門段尤其是防波堤堤頭部位受潮水沖刷，堤頭坡腳灘面沙礫流失非常嚴(yán)重，最深處的泥面標(biāo)高已由施工前的-1.1 m沖刷至-8 m，部分扭王塊已經(jīng)出現(xiàn)沉降并向下滑移。一旦防波堤堤頭垮塌，大型充填袋將在堤頭位置裸露，嚴(yán)重危及整個(gè)防波堤工程的質(zhì)量安全。

3 堤頭防沖處理方案

考慮到堤頭防沖保護(hù)問題的嚴(yán)重性和緊迫性，業(yè)主單位組織設(shè)計(jì)單位、施工單位以及監(jiān)理單位共同討論堤頭防沖保護(hù)永久性處理方案。根據(jù)本工程堤頭保護(hù)的特殊性和業(yè)主要求的永久耐用性，要實(shí)現(xiàn)永久性防沖堤頭保護(hù)必須要具備一下幾個(gè)條件。

3.1 必須具有很高的防沖及抗風(fēng)浪能力

所謂高的防沖能力具體包括兩方面的含義，即：首先在急流、涌浪的沖擊之下，產(chǎn)品本身應(yīng)有足夠的抗沖擊能力，不能出現(xiàn)破損；其次產(chǎn)品必須有足夠的凝結(jié)力，不能在急流和波浪的沖擊下，發(fā)生破損和漂移。

3.2 使用材料要有一定的柔性

較高的柔性能有效地緩解急流的沖擊，消能減速，提高堤頭本身的抗沖擊性能；另一方面可以充分補(bǔ)償?shù)谭阑A(chǔ)的塌陷，適應(yīng)地基的變形，阻止急流對堤防基礎(chǔ)的進(jìn)一步淘刷。在砌體塊石構(gòu)建的堤壩防護(hù)中，此性能尤為重要。

3.3 能有效的和原設(shè)計(jì)堤頭相結(jié)合

堤頭保護(hù)方案要與原設(shè)計(jì)堤頭進(jìn)行有效的結(jié)合，保證防沖措施和防波堤原有堤頭保護(hù)形成一個(gè)整體。

結(jié)合以上對堤頭防沖的技術(shù)要求，我部提出采用合金鋼網(wǎng)石兜拋填方案，該方案不僅能滿足上述技術(shù)要求，而且有較高的耐磨和耐腐蝕性能，能在惡劣的自然環(huán)境中使用并可以經(jīng)受泥砂海水的沖刷和各種有害化學(xué)物的侵蝕，具有較長的使用壽命。經(jīng)過各單位論證最終一致通過采用合金鋼網(wǎng)石兜拋填方案保護(hù)堤頭安全。并由設(shè)計(jì)單位出具了合金鋼網(wǎng)石兜拋填作為堤頭防沖保護(hù)的設(shè)計(jì)方案。

合金鋼網(wǎng)兜防沖施工工藝與散拋塊石防護(hù)比較，合金鋼網(wǎng)石兜防護(hù)具有整體性好，抗沖能力強(qiáng)，拋石方量容易控制，施工時(shí)減少塊石流失等優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)兜材料由合金鋼絲編織而成，耐腐性能好，設(shè)計(jì)壽命可達(dá)50～100年，抗剪、抗磨、抗沖擊強(qiáng)度高，單兜2.5 m3允許不沖流速可達(dá)10 m/s左右。我施工區(qū)域運(yùn)輸塊石便利，裝入網(wǎng)石兜后使相互獨(dú)立的塊石構(gòu)成一個(gè)整體，兜與兜之間可串聯(lián)，進(jìn)一步提高網(wǎng)石兜的抗沖能力；網(wǎng)石兜中塊石的間隙很多，一部分水流可通過網(wǎng)兜，以降低水流沖擊強(qiáng)度，當(dāng)塊石間隙被砂泥淤積后，網(wǎng)兜和灘涂泥面融為一體，穩(wěn)定性能更好；網(wǎng)石兜具有柔性，能適應(yīng)地基的變化，自動(dòng)補(bǔ)償基礎(chǔ)的塌陷，并能充分密實(shí)網(wǎng)兜之間的空隙，保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定。合金鋼網(wǎng)石兜具有眾多優(yōu)點(diǎn)，能滿足本工程的工況，故決定采用該工藝保證防波堤堤頭安全，進(jìn)而保證天津市漢沽區(qū)海擋外移防波堤工程的整體安全。

4 施工工藝

4.1 施工條件

合金鋼網(wǎng)石兜施工應(yīng)用較多，但以往主要用于淺水區(qū)或流速較小的區(qū)域，施工相對比較簡單。而本工程的堤頭防護(hù)施工，平均作業(yè)水深達(dá)4～5 m，施工區(qū)位于口門處，水流速很大，只有在平潮時(shí)才能作業(yè)，需趕潮作業(yè)，時(shí)間較緊。施工難度較大，可以借鑒的工程資料很少，對項(xiàng)目部來說是一項(xiàng)新的施工工藝。

4.2 相關(guān)設(shè)計(jì)方案及技術(shù)指標(biāo)

4.2.1 合金鋼網(wǎng)石兜規(guī)格

防護(hù)范圍表層鋪設(shè)厚1.3 m±0.2 m合金鋼網(wǎng)石兜一層，每個(gè)合金鋼網(wǎng)石兜容積2.5 m3，重約4.5 t。

4.2.2 網(wǎng)兜技術(shù)指標(biāo)

合金鋼網(wǎng)石兜鋼絲直徑3.0±0.03 mm，平均網(wǎng)眼邊長≤25 cm；每只合金鋼網(wǎng)石兜展開面積≥16.0 m2，單位面積承載強(qiáng)度≥30 kPa。

編制合金鋼網(wǎng)石兜的鋼絲抗拉強(qiáng)度≥1400 MPa，三氯化鐵點(diǎn)腐蝕試驗(yàn)的腐蝕率≤50 g/m2·h。

4.2.3 石料規(guī)格

石兜中塊石粒徑應(yīng)大于網(wǎng)眼平均邊長，單塊石頭重量≥60～100 kg。石兜中填石總量約2200 m3。

4.3 施工投入主要設(shè)備

500 t自航甲板駁上50 t吊機(jī)1臺(tái)套，500 t自航甲板駁2條，（0～5）m/s流速儀1臺(tái)，0～50 m回聲測深儀1臺(tái)，GPS1臺(tái)，交通船1條，裝載機(jī)1臺(tái)，25 t吊機(jī)1臺(tái)。

4.4 施工流程

施工測量→劃分區(qū)段→合金鋼網(wǎng)石兜裝石→裝船運(yùn)輸→定位沉放合金鋼網(wǎng)石兜。

4.5 施工方法

4.5.1 施工測量

沉放合金鋼網(wǎng)石兜前，測量放線，定出施工樁號，實(shí)測沉放前水下地形圖和控制斷面圖。沉放合金鋼網(wǎng)石兜施工過程中，根據(jù)設(shè)計(jì)給定的方向或方位角及沉放區(qū)域，用GPS定出石兜的方向線（包括縱向定位索和橫向定位索），控制吊船定位，每一個(gè)班次沉放石兜后，實(shí)測沉放77efb3981000bd55aa097dd7a059295730c947cb03f5f945abebe08f9bb9088d石兜的控制斷面圖，以檢驗(yàn)和分析沉放石兜的效果。

4.5.2 劃分區(qū)段

按樁號根據(jù)作業(yè)面由內(nèi)向外進(jìn)行沉放石籠施工，在岸上設(shè)置斷面控制點(diǎn)2個(gè)，在定位船上設(shè)置斷面控制點(diǎn)2個(gè)，形成橫向定位索，在橫向定位索上每檔再設(shè)縱向定位索。

4.5.3 石料運(yùn)輸、裝石兜

在載重甲板駁上鋪6 mm厚鋼板，用鋼板連接成2×2×1 m的箱型框格，框格內(nèi)放鋼絲網(wǎng)籠≥16 m2，底部鋪一層砂，然后裝合格的石料。封好口，運(yùn)抵沉放現(xiàn)場。

4.5.4 合金鋼網(wǎng)石兜沉放

50 t吊機(jī)甲板駁船在施工水域駐位，拋設(shè)上游迎水錨和下游尾錨，施工按從內(nèi)向外，由遠(yuǎn)向近岸施工的順序，逐個(gè)沉放石兜，GPS定位，并做好現(xiàn)場記錄。吊裝時(shí)將先加工好的吊鉤穿入已封好的石籠封口處，然后吊裝沉放，到達(dá)指定位置后，松弛吊繩，吊鉤就會(huì)自動(dòng)脫鉤，吊裝沉放完成，完成后，配合測量檢查沉放質(zhì)量，根據(jù)石兜在水下成型情況，提出實(shí)測資料，以便及時(shí)調(diào)整水上作業(yè)的定位位置。

4.5.5 施工質(zhì)量控制

水下沉放合金鋼網(wǎng)石兜，由GPS逐一定位沉放與水下檢查相結(jié)合，嚴(yán)格按施工程序作業(yè)，使工程質(zhì)量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

5 合金鋼網(wǎng)兜石應(yīng)用效果

本工程采用合金鋼網(wǎng)石兜處理堤頭防沖永久保護(hù)，完成至今已經(jīng)有40余天，先后經(jīng)歷了幾次較大潮汐，堤頭位置扭王塊無較大沉降和位移，堤頭處于穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)踐證明，該工藝及施工工法滿足防沖要求，局部基礎(chǔ)砂礫石有沖刷流失情況，但網(wǎng)石兜自動(dòng)補(bǔ)償了淘刷的空洞和沉降的影響，阻止了淘刷的發(fā)展，整體結(jié)構(gòu)無變化；網(wǎng)石兜產(chǎn)品表面亦無銹蝕；達(dá)到了防波堤堤頭防沖保護(hù)的永久性效果。從整個(gè)項(xiàng)目成本控制上來看，網(wǎng)石兜僅需散拋塊石量的1/3，就可以達(dá)到更好的防護(hù)效果，減少石料費(fèi)用和施工的工程量，且一勞永逸，不需考慮防護(hù)工程中的重復(fù)施工，減少工程維修量，大大降低了堤頭防沖工程的工程造價(jià)。

參考文獻(xiàn)

[1]童思陳，許光祥，鐘亮.彎道水流縱向流速剖面的試驗(yàn)研究[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào)，2010（4）.

[2]王繼敏，練繼建，崔廣濤.溢流拱壩反拱型水墊塘性能的原型觀測與模型試驗(yàn)研究[J].水利學(xué)報(bào)，2009（7）.