主要完成人：  于汝民  黄力军  李  伟  张凤展  别社安

刘  欣  余厚新  王世明  李宝强  张玉柱

邹  立  张佩良  谢善文  吴凤亮  孟凡利

主要完成单位：天津港（集团）有限公司

天津大学

成果简介：

一、 项目研究概况

天津港的海底表层及浅层土为淤泥和淤泥质粘土，当防波堤和围埝工程向深水区发展时，现采用的抛石堤、抛石基床和半圆体结构的混合堤对水深和软土地基的适应能力有限，导致工程造价大幅度上升，有必要针对天津港的海床地质和建材资源情况，开发研究新型防波堤和围埝结构。2001年，天津港集团公司(原天津港务局)组织天津大学、中港第一航务工程局一公司和中交第一航务工程勘察设计院开展了插入式箱筒型基础防波堤结构的研究和工程试验工作，创新性地提出了插入式箱型基础防波堤结构，进行了相应的理论分析和室内模型试验，提出了改进型的插入式箱筒型基础防波堤结构，并于2003年底至2005年建造了实体工程。

二、项目研究成果创新

(1) 首次提出箱筒型基础防波堤这一创新性结构形式

箱筒型基础防波堤建立在全新的结构稳定性概念和机理之上。以往的防波堤结构主要从降低作用于结构上的波浪力方面考虑，结构的稳定性依靠结构自重来满足。而箱筒型基础防波堤结构一方面其上部挡浪结构可选择具有最小波浪力作用的结构，另一方面其基础结构可充分利用周边软土的粘聚力和摩擦阻力来保证结构的抗滑和抗倾稳定性，利用插入埋深来提高基底的承载力和整体稳定性。结构底部软粘土的吸附力可以降低波浪作用下结构底部的地基应力，增强结构的稳定性。

在施工方面，与传统的防波堤结构相比，该结构省去了基槽挖泥、基床抛石、基床穷实和基床整平等一系列施工工序，简化了基础施工，现场作业时间短，风险小，节省投资。

(2) 箱筒型基础结构气浮拖运与传统的驳船运输相比，不需要大型的船机设备，施工简便，安全度高，节省船机费用。

(3) 箱筒型基础结构采用负压下沉施工工艺，不需要大型设备，具有施工简单、能耗小、成本低的特点。结构下沉过程中还具有自纠偏的功能，安装精度高。

(4) 该结构适用于深水软土地基，其经济和社会效益显著，具有较高的推广价值和应用前景。

三、成果应用情况

(1)天津港防波堤延伸工程

该工程位置水深7.8m-9.2m，设计波高5.5m，深水区的3630m长的防波堤采用了插入式箱筒型基础结构，工程投资4.02亿元，2005年10月开始施工。由于插入式箱筒型基础防波堤结构为新结构，在此前还没有在工程中大规模应用的先例，故在初期的结构断面设计中，为防止波浪作用下箱筒型基础前后侧的软土弱化，对箱筒型基础前侧的土体采用挤密砂桩加固，后侧的土体采用打设塑料排水板加固。为了论证波浪作用下箱筒型基础前后侧的软土是否会弱化，以及结构断面设计中利用挤密砂桩和塑料排水板加固箱筒型基础前后侧软土的措施是否必要，天津港第二次又建造了试验工程（北防波堤延伸工程典型施工段）。典型施工段共4组箱筒型基础结构，其中两组按正常标准设计，另外两组为按低标准设计（基础筒体高度由正常的9.0m降为7.5m），对箱筒型基础前后侧的软土均不作加固处理，2005年底施工，至2006年初建造完毕，之后进行了现场观测。至今，按两种标准设计，且未进行土体加固处理的结构稳定性很好，沉降变形稳定，在波浪作用下，两种结构均未观测到水平和沉降变位。

(2) 天津港南疆港区北围埝工程

该工程位置水深8.8m-9.5m，设计波高5.5m，围埝前后侧泥面高差10.2m，插入式箱筒型基础围埝结构长1389m，工程投资1.90亿元，2005年10月开始施工。

四、推广应用前景预测

插入式箱筒型基础防波堤结构可充分利用软土的粘聚力和摩擦阻力来保证结构的抗滑和抗倾稳定性，利用插入埋深来提高基底的承载力和整体稳定性。在水深较大的软土地基上，箱筒型基础防波堤结构具有造价优势，在天津港防波堤延伸工程、天津港南疆港区北围埝工程等工程中采用插入式箱筒型基础结构防波堤较其它形式的结构已节省工程投资约1.65亿元，较半圆体混合堤结构平均节省工程投资25%。专家们一致认为该研究课题所提出的沉入式箱型基础防波堤结构先进，其结构原理、设计理论和施工技术均为首创，是一项开创性的研究成果，具有重要的理论意义和工程应用价值，达到了国际先进水平。

在我国沿海，有大量的软土海底地基，如天津港附近海域，上海长江口海域，广州珠江口海域等，这些河口海域均是我国大型枢纽港所在地，随着国民经济的进一步发展，在这些港区还会有大量的深水防波堤将要建造。采用插入式箱筒型基础结构建造深水防波堤经济效益明显，施工工艺简便，其将具有强大的市场竞争力，具有广泛的推广应用前景。