嶺澳核電站(二核)海域工程位于南海北部大亞灣的西南部，在大亞灣核電站(一核)的東側(cè)， 兩者相距約1公里。海域工程是保障核電廠安全運(yùn)行的重要組成部分之一。它主要由核電廠的循環(huán)冷卻水和核安 全用水的取排水設(shè)施及海工防護(hù)建筑物所構(gòu)成。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括防波堤、護(hù)岸、排水渠防滲隔 熱設(shè)施和取排水交叉構(gòu)筑物等。防波堤主要用于保護(hù)廠區(qū)和取排水構(gòu)筑物免受波浪的襲擊，保護(hù)泵房取水不受波浪的影響； 排水渠和取排水交叉構(gòu)筑物主要用于把撘緩藬排放的熱水與摱藬泵房抽取的海水分開(kāi) ，防止形成冷熱水短路。該工程于1996年4月完成初步設(shè)計(jì)，目前廠區(qū)陸域回填、排水渠護(hù)岸和防波堤主體工程施工 正在進(jìn)行，海域工程總工期約6年，其中防波堤約為2年。
設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的確定
由于核電廠和常規(guī)的火電廠不同，它對(duì)安全性的要求非常高，因此，核電廠海工建筑物的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)與常規(guī)的港工建筑物不同。下面就其設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)波浪、防波堤越浪量和抗震 等標(biāo)準(zhǔn)的確定進(jìn)行分析和闡述。
設(shè)計(jì)波浪標(biāo)準(zhǔn)
211 設(shè)計(jì)波浪的重現(xiàn)期
(1)我國(guó)《港口工程技術(shù)規(guī)范》(1987)中規(guī)定，對(duì)一般港工建筑物規(guī)定為五十年一遇；
(2)國(guó)外海工建筑物的標(biāo)準(zhǔn)一般為五十年至一百年一遇；
(3)本工程對(duì)海域工程防波堤設(shè)計(jì)波浪重現(xiàn)期的標(biāo)準(zhǔn)確定為一百年一遇。根據(jù)波浪統(tǒng)計(jì)分析 結(jié)果，百年一遇與五十年一遇波高的比值約為11。
212 設(shè)計(jì)波浪的累積頻率
(1)我國(guó)《海港水文》規(guī)范中，對(duì)斜坡式防波堤規(guī)定采用有效波Ｈ13%(即H１／３ )；對(duì)直立式防波堤和斜坡堤胸墻規(guī)定為H1%；
(2)國(guó)外有關(guān)規(guī)范如英國(guó)《海工建筑物》(BS6349-7)，對(duì)斜坡堤設(shè)計(jì)波浪的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 為H4%(即H1/10)；
(3)《濱海核電廠廠址設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水的確定》(HAF0111)中，設(shè)計(jì)波浪的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)一般安全物項(xiàng)按如下規(guī)定：剛性構(gòu)筑物為H１／１００ (即H04%)；半剛性構(gòu)筑物為H１／１００～H1/3；柔性構(gòu)筑物為H １３％。但對(duì)核 安全重要物項(xiàng)則規(guī)定設(shè)計(jì)波浪的標(biāo)準(zhǔn)均為H１／１００；
(4)本工程防波堤設(shè)計(jì)波浪的累積頻率確定為：對(duì)斜坡式防波堤取H４％；對(duì)直立式防 波 堤(含斜坡堤胸墻)取H１％。另外按HAF0111的標(biāo)準(zhǔn)，用H１／１００的波浪， 復(fù)核防波堤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保障防波堤的基本防護(hù)功能。
213 施工期設(shè)計(jì)波浪的標(biāo)準(zhǔn)
由于本海域工程地處臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，因此設(shè)計(jì)中規(guī)定在施工期，對(duì)斜坡式防波堤其設(shè)計(jì)波浪的 重現(xiàn)期可按五年一遇，H１３％；直立堤可按十年一遇，H１％。用以復(fù)核施工 期防波堤斷面的穩(wěn)定性和控制施工速率及采取必要的防臺(tái)措施。
設(shè)計(jì)水位標(biāo)準(zhǔn)
221 有關(guān)的規(guī)定
(1)我國(guó)《海港水文》規(guī)范中規(guī)定，設(shè)計(jì)高、低水位可分別采用歷時(shí)累積頻率的1%和歷時(shí)累 積頻率的98%的潮位；校核高、低水位分別采用重現(xiàn)期為五十年一遇的高、低潮位。
(2)英國(guó)《海工建筑物》標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，大浪與高潮的出現(xiàn)是相關(guān)聯(lián)的。應(yīng)考慮同一重現(xiàn)期的 波浪與高潮同時(shí)發(fā)生的不利情況。
(3)HAF0111標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)開(kāi)敞式海岸要考慮可能發(fā)生的最大風(fēng)暴潮與可能最大洪水同時(shí)發(fā) 生的低超越概率的高潮相結(jié)合等不利情況。
222 本工程設(shè)計(jì)水位的確定
本工程設(shè)計(jì)水位的確定綜合考慮了上述各種可能發(fā)生的不利情況，水位以撝榻濟(jì)鏀 為準(zhǔn)。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位(DBF)：635m(為可能最大風(fēng)暴潮P(pán)MSS530m加10%超越概率高潮位105m) 。
設(shè)計(jì)高水位：289m(為百年一遇高潮位)
設(shè)計(jì)低水位：-218m(為百年一遇低潮位)
校核高水位：370m(為百年一遇增水加天文最高潮位)
計(jì)算高水位：087m(歷時(shí)1%)
計(jì)算低水位：-116m(歷時(shí)98%)
平均海平面：-020m
越浪量標(biāo)準(zhǔn)
由于防波堤背后為排水渠，堤后210m為廠區(qū)護(hù)岸。其堤頂允許越浪量的標(biāo)準(zhǔn)，參考日本合 田良實(shí)提出的越浪破壞極限值，如表1：
類別 護(hù)面設(shè)施越浪流量 米３/米•秒
海堤堤頂、里坡無(wú)護(hù)面設(shè)施堤頂有護(hù)面層、里坡無(wú)護(hù)面層外堤、堤頂內(nèi)坡均有護(hù) 面0005以下護(hù)岸堤頂無(wú)護(hù)面堤頂有護(hù)面00502由于防波堤距離護(hù)岸較遠(yuǎn)，因此本設(shè)計(jì)確定，在設(shè)計(jì)高水位及相應(yīng)百年一遇波浪作用下，防 波堤頂部的允許越浪量不大于02米３/米•秒，此時(shí)還要求堤頂越浪在排水渠內(nèi)產(chǎn)生的 再生波高H１３％≤10m。對(duì)在校核情況下堤頂越浪的要求適當(dāng)放寬，即不允許有成 層水體越過(guò)堤頂，但出現(xiàn)這種情況的概率是極小的。對(duì)進(jìn)水渠處的防波堤段，其頂部允許越浪和產(chǎn)生再生波的允許值，以保證泵房前池取水流態(tài) 正常和水面波動(dòng)平穩(wěn)性為標(biāo)準(zhǔn)，波高限定在H１３%≤03m。
抗震標(biāo)準(zhǔn)
由于防波堤的破壞不僅危及廠區(qū)堤岸的安全，同時(shí)也對(duì)循環(huán)冷卻水和溫排水造成一定的 干擾。因此，將防波堤定為核安全相關(guān)的構(gòu)筑物。參照HAF0102的有關(guān)規(guī)定，屬Ⅱ類抗震物 項(xiàng)，按SL-1級(jí)地面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，SL-2級(jí)地面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校核。
防波堤的結(jié)構(gòu)破壞準(zhǔn)則
(1)在設(shè)計(jì)和校核情況下，防波堤結(jié)構(gòu)的各部分不允許出現(xiàn)任何損壞；
(2)在DBF(635m水位)及相應(yīng)波浪(包括H１／１００)作用下，防波堤主體須保持穩(wěn) 定，局部損壞以不喪失總體防浪功能為原則。允許護(hù)面塊體個(gè)別發(fā)生位移或滾落；頂部胸墻 允許發(fā)生位移，堤頂路面和背坡允許局部損壞；護(hù)底塊石允許少量失穩(wěn)。
(3)防波堤在以SL-2級(jí)地面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行抗震校核時(shí)，允許坡面局部產(chǎn)生微小滑移。
(4)防波堤在施工期，在臺(tái)風(fēng)波浪作用下，允許施工過(guò)程中的堤段局部受到損壞。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)條件
311 設(shè)計(jì)水位：見(jiàn)222
312 設(shè)計(jì)波要素
313 地質(zhì)
本防波堤工程地基情況良好，土的物理力學(xué)性能較好，強(qiáng)度較高。地基表層為海象沉積土( 砂混珊瑚、中粗砂或砂卵石)和陸相坡積土(亞粘土或亞粘土混碎石)，其下為風(fēng)化花崗巖。
314 地震烈度
根據(jù)廣東省地震局的地震烈度復(fù)核工作成果，本地區(qū)地震基本烈度為七度。
結(jié)構(gòu)選型
321 設(shè)計(jì)方案
根據(jù)該地區(qū)的自然條件、材料來(lái)源和核電廠對(duì)海域工程的安全性和工藝及使用上的特殊要求 ，設(shè)計(jì)方案主要考慮了斜坡式和直墻式結(jié)構(gòu)方案。由于沉箱式、圓筒式等直墻結(jié)構(gòu)其消浪性能、抗震性能及對(duì)地基的適應(yīng)性方面都不如斜坡式 且施工條件要求高，施工難度大，工期長(zhǎng)，造價(jià)也高。因此，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較后，本 海域工程防波堤推薦采用斜坡式結(jié)構(gòu)方案。
322 斜坡堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1)護(hù)面塊體型式
自50年代初期法國(guó)的四角錐體問(wèn)世以來(lái)，各國(guó)研制出來(lái)的混凝土異性塊體已有上百種。護(hù)面 塊體有隨即安放，有鋪砌；有需要兩層，有采用一層�？傊�，由于護(hù)面塊體形狀不同，施工 方法不同，因此，其消浪效果和工程數(shù)量也有很大差異。本設(shè)計(jì)選擇工字型塊體、鉤連塊體和槽型方塊三種形式來(lái)進(jìn)行比較。工字型塊體和鉤連塊體 是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的人工塊體，槽型方塊多在法國(guó)核電廠工程采用，也是“一核” 防波堤采用的護(hù)面塊體型式。工字型塊體(即DOIOS)，其外形簡(jiǎn)單，三桿互相垂直，呈“扭工字”型。采用隨即安放兩層 ，孔隙率約60%。該護(hù)面結(jié)構(gòu)型式消浪性能最好，穩(wěn)定性也最高，但其構(gòu)件較單薄、自身強(qiáng) 度較差且塊體數(shù)量及混凝土用量較多。鉤連塊體(即AccroPode),是法國(guó)70年代末研制的新型人工塊體，其外型比扭工字塊體粗壯， 穩(wěn)定性與扭工字塊體相當(dāng)，可隨機(jī)安放一層，消浪效果稍差，波浪爬高略大，但塊體個(gè)數(shù)少 ，混凝土用量可明顯降低。槽型方塊實(shí)際為四面帶槽的方塊，該塊體體積大，強(qiáng)度高，但穩(wěn)定性差，混凝土用量高，工 程耗資必然也大。綜上所述，本工程推薦采用鉤連塊體做斜坡堤護(hù)面的防浪構(gòu)件。
(2)堤心和墊層
本防波堤工程由于有防滲隔熱的要求，且堤身斷面較大，為避免石料作過(guò)多的篩選，設(shè)計(jì)要 求對(duì)采用陸上推進(jìn)法施工的防波堤，堤心石的級(jí)配采用0～250kg，含泥量控制在小于5%，且 0～10kg數(shù)量小于10%，不均勻系數(shù)d６０／d１０≥25。堤心與護(hù)面之間的墊層，一般為一層；墊層石的重量，國(guó)內(nèi)港工規(guī)范規(guī)定可采用護(hù)面塊體重 量的。本工程因采用鉤連塊體護(hù)面型式， 且為安放一層，其下面的塊石墊層，考慮到開(kāi)采和運(yùn)輸?shù)目赡懿榘踩鹨?jiàn)，取兩級(jí)墊層。 第一級(jí)墊層塊石的重量取為護(hù)面塊體重量的，即800～1600kg，下層為300～800kg。
(3)坡腳的防護(hù)
摱藬防波堤的設(shè)計(jì)，由于采用的計(jì)算波高值大(多為極限波高)，坡面從堤頂?shù)降痰讕缀?都處于波浪打擊區(qū)，因此護(hù)坡全部采用了鉤連(扭王字)塊體，且在坡腳處構(gòu)造上考慮 了至少 兩排塊體來(lái)壓底。應(yīng)該說(shuō)這比用巨石設(shè)置坡腳棱體要合理，且施工也方便得多、安全得多。 堤前護(hù)底，因波浪產(chǎn)生的底流速度數(shù)值較大，經(jīng)過(guò)模型試驗(yàn)驗(yàn)證，采用的護(hù)底塊石重量比港 工規(guī)范規(guī)定的數(shù)值要大。
4 模型試驗(yàn)成果和建議
為了保證核電廠海域工程建、構(gòu)筑物的可靠與安全以及設(shè)計(jì)方案的合理性，設(shè)計(jì)中曾委托國(guó) 內(nèi)權(quán)威科研單位對(duì)海域工程的總體布置、防波堤結(jié)構(gòu)斷面的穩(wěn)定性、越浪量及抗震性能試驗(yàn) 等多項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行模型試驗(yàn)(含數(shù)學(xué)模擬)。根據(jù)模型試驗(yàn)的結(jié)果對(duì)所提出的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了相 應(yīng)的調(diào)整和修正。
41 對(duì)防波堤在波浪作用下的穩(wěn)定性及越浪程度的評(píng)價(jià)
(1)在設(shè)計(jì)高水位、校核高水位及相應(yīng)波浪的作用下，除堤前護(hù)底塊石有個(gè)別失穩(wěn)現(xiàn)象以外 ，防波堤結(jié)構(gòu)斷面均是穩(wěn)定的；此時(shí)，防波堤基本不越浪，廠區(qū)護(hù)岸不上水。
(2)在DBF設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位及相應(yīng)的波浪作用下，防波堤護(hù)面塊體有少量發(fā)生位移或下滑，但 未發(fā)生滾落；上部胸墻位移變形較明顯，堤頂路面和背坡柵欄板護(hù)面局部受到損壞，但防 波堤總體仍保持穩(wěn)定，不喪失其防浪功能。
(3)在DBF設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位及相應(yīng)的波浪作用下，防波堤、廠區(qū)護(hù)岸的越浪量。
由于在DBF設(shè)計(jì)基準(zhǔn)洪水位情況下，防波堤胸墻產(chǎn)生較為明顯的位移和傾斜，堤前護(hù) 底塊石也有失穩(wěn)情況發(fā)生，建議設(shè)計(jì)采取措施予以加強(qiáng)。
根據(jù)以上試驗(yàn)情況，設(shè)計(jì)對(duì)護(hù)底塊石重量由原定的100～200kg加大到300～500kg，堤頂胸墻 斷面也做了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。42 對(duì)斜坡堤抗震性能的評(píng)價(jià)按HAF0102，防波堤的抗震穩(wěn)定采用滑動(dòng)面法(準(zhǔn)靜力法)和有限元法進(jìn)行試驗(yàn)。防波堤地基 及 拋石料的物理參數(shù)通過(guò)靜、動(dòng)三軸試驗(yàn)求出，采用鄧肯棗張模型參數(shù)以及等價(jià)線性化模型 參數(shù)。防波堤的穩(wěn)定性分析，按《水工建構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(送審稿)，采用承載力極限狀態(tài)設(shè) 計(jì)公式，應(yīng)用簡(jiǎn)化的畢肖普法進(jìn)行分析�？紤]到與核安全有關(guān)構(gòu)筑物的特殊要求，采用的安 全系數(shù)參照了日本有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行確定。計(jì)算結(jié)果列于表7：表中計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算低水位和設(shè)計(jì)高水位深層滑動(dòng)與淺層滑動(dòng)等各種工況的安全系 數(shù)都比較接近，且都滿足要求。此外，防波堤的物模試驗(yàn)結(jié)果還表明。當(dāng)斜坡堤上部結(jié)構(gòu)開(kāi)始位移、變形時(shí)的加速度為09 5g，而SL-2地震工況時(shí)的加速度約為048g。足以說(shuō)明斜坡堤具有較高的抗震穩(wěn)定性。而相 同工況的沉箱式直立堤方案，在規(guī)定正弦波或人工波的作用下，當(dāng)激勵(lì)波的頻率接近或低于 堤體的基本頻率時(shí)，箱體出現(xiàn)了沿基床面向前滑移的情況，這說(shuō)明直墻堤的抗震性能較差。
