整体式预制构件在导堤工程中的应用

整体式预制构件在导堤工程中的应用

夏高响, 佘然

（安徽省交通勘察设计院有限公司， 安徽 合肥，230011）

摘  要：为确保导堤自身稳定性、结构设计经济型及船舶通航安全性，提出了一种新型导堤建设方案，并开展了波浪断面物理模型试验，选取1：20的模型比尺对导堤进行模拟。结果表明：整体式构件方案导堤满足巢湖水域各级水位及相应波浪作用下的稳定性要求，相关研究成果可供类似工作参考使用。

关键词：整体式；航道整治；生态导堤；模型试验

工程所在位置位于巢湖西南侧，有效波高在1.1~1.88m之间，百分之一波高可达到2.6m以上，波浪传播至导堤后，不利于导堤结构稳定。地貌单元为湖积地貌，淤泥层厚度较大，若采用传统筑堤方案因堤身重量过大，易引起不均匀沉降，同时航道内波况也较为复杂，对船舶通航可能造成不利影响，综合以上因素，提出了一种新型的整体式预制构件筑堤方案。

1 试验设计

1.1试验模型

整体式预制构件方案结构参考图1。堤顶宽度3m，内外坡坡比均为1：1，底板厚0.6m，堤顶、迎浪侧、底板分别开设排气孔及泄压孔。

1.2试验组次

波浪断面试验波浪要素具体见表1，选取了最大波浪要素作为+10.6m水深下的试验波浪要素并对波浪要素适当加大进行校核，多年平均水位也选取了口波要素进行试验并对波浪要素加大后进行校核，其余各级水位采用了不同水深下的极限波高。

表1  整体式构件方案波浪断面试验波要素

1.3试验方法

（1）模型比尺

试验遵照《波浪模型试验规程》相关规定，采用正态模型，按照Froude数相似律设计。根据试验内容、设计水位、波浪要素、试验断面及试验设备条件等因素，模型几何比尺取为1:20，各物理量比尺如下：几何比尺：Lr=20；时间比尺：Tr= Lr 1/2；重量比尺：Gr= Lr3。

（2）波浪模拟

波浪按重力相似准则模拟，不规则波波谱采用JONSWAP谱，谱密度函数为：

式中α为无因次常数；fp为谱峰频率；r为谱峰升高因子，取3.3；σ为峰形参数量，f ≤ fp时，σ=0.07，f > fp时，σ=0.09。

每组试验不规则波波数大于150个，每组试验重复三次。模型试验中波高和周期模拟值与设计值的误差控制在±2%以内。

（3）研究方法

波压力测量时，采样频率均不小于100Hz。为保证试验结果的可靠性，每组试验重复三次，取三次平均值作为试验结果。波压力测点布置见图2。

图2  整体式构件波压力测点布置图

2 试验结果

2.1 稳定性试验结果

在20年一遇最高通航水位及相应的不规则波作用下，波浪传播至导堤并沿迎浪侧爬高，波浪发生浅水变形，其中不规则波列中的部分大波在导堤顶部发生破碎；补充水位1及相应波浪作用下的试验现象与20年一遇高水位时相似，但由于堤顶水深减少，在堤顶发生破碎的波浪个数增加；补充水位2与堤顶齐平，波峰作用时水体在迎浪面爬高，对堤身形成冲击，产生正压力，波谷作用时，整体式构件受到负压影响；设计最低通航水位及相应波浪作用下，水深相对较浅，波高较小；多年平均水位及相应波浪作用下，波浪累计作用时间相当于原型3小时后，整体式构件未出现明显晃动及位移，相邻构件间无错位，满足波浪作用下的稳定性要求。试验照片见图3及图4。

2.2 波压力试验结果

试验分别测量了20年一遇最高通航水位、多年平均水位及相应的波浪条件作用下，导堤所受到的波压力分布情况，波压力点位布置图见图3，试验结果见表2。

由试验结果可见，多年平均水位及相应波浪要素作用下各点位处的波压力均大于20年一遇最高通航水位时的试验结果，两者差值在40%左右。堤顶测得的波压力相对较大，前坡各测点处的波压力由上向下基本呈现出减小趋势；后坡7#~8#点位测得的波压力由上到下也呈现出减小趋势；底板共布置有10#~14#点位，所受到的最大波压力由来浪向至背浪向逐渐减小。

表2  最大波压力试验结果（kPa）

3结论

（1）新型整体式（梯形）预制构件方案导堤构件能够满足巢湖水域各级水位及相应波浪作用下的稳定性要求。

（2）整体式构件（梯形）在20年一遇最高通航水位和多年平均水位下受到的最大波压力为13.33kPa和21.86kPa。

（3）开发了一种新型整体式（梯形）预制构件，满足工程需求，为类似项目提供参考。

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