桩式离岸堤保滩促淤工程消浪效果试验研究(1)
2014-08-17 01:04
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摘要：在上海奉贤南门港保滩促淤工程中,采用了一种新型结构型
摘要：在上海奉贤南门港保滩促淤工程中,采用了一种新型结构型式--桩式离岸堤,并通过物理模型试验进行了桩式离岸堤消浪效果研究。针对离岸堤通常建于近岸浅水区破波带的特点,重点研究水深、堤高以及堤身结构对波浪衰减的影响,同时对桩式离岸堤堤后水域的波浪底流速进行了分析探讨。研究结果表明,桩式离岸堤不仅具有良好的消浪效果,而且可在较大范围内改变波态,即由引起水体剧烈紊动的破波转变为浅水推进波,从而有效地改善海滩上的动力条件,保护海滩免受侵蚀,是一种具有广泛应用前景的新型保滩促淤结构。
关键词：桩式离岸堤 保滩促淤工程 浅水波浪 消浪 波浪是造成海滩侵蚀的主要动力因素之一,在开敞式海岸地区尤为明显。在近岸潮间带,由于波浪和潮流的共同作用,尤其是在近岸破碎波浪掀沙和潮流输沙情况下,大部分被侵蚀泥沙向外海扩散运移,造成海滩前缘的不断淘刷后退,进而威胁海堤安全。因此,必须采取工程措施对海滩加以保护。海滩防护工程的关键是消浪,同时还应阻止潮流输沙。对于正向波浪作用为主的海滩,通常使用离岸堤消减波浪。传统的离岸堤大多采取斜坡式抛石方案,堤身不透水,消浪效果较佳。然而,这种消浪结构的主要缺点在于堤身护面块石的重量需达数百公斤,一般施工条件下难以达到,较小的护面块石又易被波浪打坏,如果采用异形块体加固,则造价较高。有鉴于此,一种新型的保滩促淤离岸堤结构——透空桩式离岸堤已经开始受到人们的重视,这种结构的主体为预应力高强钢筋混凝土管桩,将其间隔排列即构成离岸堤,可用于消减近岸区浅水波浪的波高,改变波态,以达到保护海滩的目的。目前已在上海、南汇东滩二期围垦促淤工程、奉贤南港及青年河、宝山横沙保滩工程和江苏滨海六合庄、响水保滩工程等多处应用,取得了令人满意的效果。关于透空桩式堤,国外学者曾经做过一些试验研究和理论探讨,取得了一定的成果。但这些研究主要局限于水深较大和非淹没状态的防波堤,其成果难以推广到近岸浅水区的保滩促淤工程中。通常,离岸堤都是修建在近岸破波带内,而且由于经济上的原因,堤顶高程一般较低,允许越浪,经常处于淹没状态。因此,开展相关课题研究非常必要。本文结合上海市奉贤南门港段的保滩工程,研究透空桩式离岸堤的消浪效果,重点研究近岸浅区的水深、堤高以及桩式离岸堤结构对波浪衰减的影响,同时就桩式离岸堤堤后波浪底流速进行分析探讨。奉贤南门港段保滩工程长766.2ｍ,采用桩式离岸堤方案作为保滩试验工程,以取代传统的斜坡式抛石离岸堤。离岸堤堤轴线距主海堤约50ｍ,堤身由圆形管桩间隔排列构成,以减少作用于桩体的波浪压力。堤线处滩面高程为zb= 1.0ｍ(吴淞零点,下同),堤顶高程z0= 4.0ｍ,桩的自由端长ｈ=3.0ｍ。为了保护离岸堤附近滩面免受因波浪破碎而造成的冲刷,在其前后各布设一段平抛块石护底,宽度分别为10.0ｍ和5.0ｍ,桩基处抛石顶标高 2.0ｍ,设计高潮位为z=6.15ｍ,设计波高ｈ0=3.60ｍ,设计波周期ｔ=6.8ｓ。考虑到离岸堤处的滩面高程为zt= 1. 0ｍ,设计高潮位时的水深为ｄ=5.15ｍ,此时的设计波高ｈ0=0.7ｄ,已为极限波高。奉贤南门港段在修建透空桩式离岸堤之前,海堤部分堤脚已因滩地淘刷而被淘空,修建桩式离岸堤保滩工程一年后,堤后滩面已淤高1.0ｍ左右,起到了明显的消浪保滩效果。1 模型试验按重力相似准则设计模型。取模型几何比尺λｌ=20。试验在长40ｍ、宽0.5ｍ、深0.9ｍ的波浪水槽中进行,水槽一端装置悬挂式推板生波机。采用电容式波高仪测量波浪要素,数据采集和分析处理由计算机完成。试验时紧靠桩式离岸堤之前和堤后1.25ｍ(对应于原体25ｍ)处设置1#和2#波高仪,测定在各潮波组合条件下堤前、堤后的波高值,以对比分析各方案的消浪效果(见图1)。
根据分析,影响桩式离岸堤消浪效果的主要因素有:堤前水深ｄ,堤身高度ｈ,堤前波高ｈ0,桩径ｄ以及桩间距ｂ等。定义桩式离岸堤堤后波高ｈ′与堤前波高ｈ0之比为波高透射率ｋ,其可表示为以下函数:ｋ=ｈ′/ｈ0=ｆ(ｄ,ｈ,ｈ0,ｂ,ｄ)由于桩式离岸堤采用混凝土预制桩径ｄ=600ｍｍ的成品管桩,故试验中不考虑桩径变化的影响。将上述函数中的变量进行无因次变换,可得:ｋ=ｆ(ｈ/ｄ,ｈ0/ｄ,ｂ/ｂ ｄ)其中,ｈ/ｄ为堤身相对高度,表示在水深方向上桩式离岸堤所占的比例;ｈ0/ｄ为相对波高;η=ｂ/(ｂ ｄ)为桩的相对间距,表示桩式离岸堤的透空率。模型中,共对5种桩间距:ｂ=0.00、0.20、0.30、0.40和0.60ｍ,6级潮位:ｚ=6.15、5.50、5.00、4.50、4.0和3.50ｍ,每级潮位下包含极限波高在内的多组波高进行了试验,其中,桩间距ｂ=0 00ｍ的桩式离岸堤为连续板桩离岸堤。共3页: 1 [2] [3] 下一页 论文出处(作者):
