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)施及海工防護建筑物所構(gòu)成。設(shè)計內(nèi)容包括防波堤、護岸、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廠區(qū)和取排水構(gòu)筑物免受波浪的襲擊，保護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 ，防止形成冷熱水短路。該工程于1996年4月完成初步設(shè)計，目前廠區(qū)陸域回填、排水渠護岸和防波堤主體工程施工 正在進行，海域工程總工期約6年，其中防波堤約為2年。
設(shè)計標準的確定
由于核電廠和常規(guī)的火電廠不同，它對安全性的要求非常高，因此，核電廠海工建筑物的設(shè)計標準也應(yīng)與常規(guī)的港工建筑物不同。下面就其設(shè)計水位、設(shè)計波浪、防波堤越浪量和抗震 等標準的確定進行分析和闡述。
設(shè)計波浪標準
211 設(shè)計波浪的重現(xiàn)期
(1)我國《港口工程技術(shù)規(guī)范》(1987)中規(guī)定，對一般港工建筑物規(guī)定為五十年一遇；
(2)國外海工建筑物的標準一般為五十年至一百年一遇；
(3)本工程對海域工程防波堤設(shè)計波浪重現(xiàn)期的標準確定為一百年一遇。根據(jù)波浪統(tǒng)計分析 結(jié)果，百年一遇與五十年一遇波高的比值約為11。
212 設(shè)計波浪的累積頻率
(1)我國《海港水文》規(guī)范中，對斜坡式防波堤規(guī)定采用有效波Ｈ13%(即H１／３ )；對直立式防波堤和斜坡堤胸墻規(guī)定為H1%；
(2)國外有關(guān)規(guī)范如英國《海工建筑物》(BS6349-7)，對斜坡堤設(shè)計波浪的標準規(guī)定 為H4%(即H1/10)；
(3)《濱海核電廠廠址設(shè)計基準洪水的確定》(HAF0111)中，設(shè)計波浪的標準對一般安全物項按如下規(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％。但對核 安全重要物項則規(guī)定設(shè)計波浪的標準均為H１／１００；
(4)本工程防波堤設(shè)計波浪的累積頻率確定為：對斜坡式防波堤取H４％；對直立式防 波 堤(含斜坡堤胸墻)取H１％。另外按HAF0111的標準，用H１／１００的波浪， 復核防波堤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，以保障防波堤的基本防護功能。
213 施工期設(shè)計波浪的標準
由于本海域工程地處臺風多發(fā)區(qū)，因此設(shè)計中規(guī)定在施工期，對斜坡式防波堤其設(shè)計波浪的 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措施。
設(shè)計水位標準
221 有關(guān)的規(guī)定
(1)我國《海港水文》規(guī)范中規(guī)定，設(shè)計高、低水位可分別采用歷時累積頻率的1%和歷時累 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《海工建筑物》標準中規(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 波浪與高潮同時發(fā)生的不利情況。
(3)HAF0111標準中規(guī)定，對開敞式海岸要考慮可能發(fā)生的最大風暴潮與可能最大洪水同時發(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)計水位的確定
本工程設(shè)計水位的確定綜合考慮了上述各種可能發(fā)生的不利情況，水位以撝榻濟鏀 為準。設(shè)計基準洪水位(DBF)：635m(為可能最大風暴潮PMSS530m加10%超越概率高潮位105m) 。
設(shè)計高水位：289m(為百年一遇高潮位)
設(shè)計低水位：-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)
計算高水位：087m(歷時1%)
計算低水位：-116m(歷時98%)
平均海平面：-020m
越浪量標準
由于防波堤背后為排水渠，堤后210m為廠區(qū)護岸。其堤頂允許越浪量的標準，參考日本合 田良實提出的越浪破壞極限值，如表1：
類別 護面設(shè)施越浪流量 米３/米•秒
海堤堤頂、里坡無護面設(shè)施堤頂有護面層、里坡無護面層外堤、堤頂內(nèi)坡均有護 面0005以下護岸堤頂無護面堤頂有護面00502由于防波堤距離護岸較遠，因此本設(shè)計確定，在設(shè)計高水位及相應(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，此時還要求堤頂越浪在排水渠內(nèi)產(chǎn)生的 再生波高H１３％≤10m。對在校核情況下堤頂越浪的要求適當放寬，即不允許有成 層水體越過堤頂，但出現(xiàn)這種情況的概率是極小的。對進水渠處的防波堤段，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) 正常和水面波動平穩(wěn)性為標準，波高限定在H１３%≤03m。
抗震標準
由于防波堤的破壞不僅危及廠區(qū)堤岸的安全，同時也對循環(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，按SL-1級地面運動進行設(shè)計，SL-2級地面運動進行校核。
防波堤的結(jié)構(gòu)破壞準則
(1)在設(shè)計和校核情況下，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。允許護面塊體個別發(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；護底塊石允許少量失穩(wěn)。
(3)防波堤在以SL-2級地面運動進行抗震校核時，允許坡面局部產(chǎn)生微小滑移。
(4)防波堤在施工期，在臺風波浪作用下，允許施工過程中的堤段局部受到損壞。
結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計條件
311 設(shè)計水位：見222
312 設(shè)計波要素
313 地質(zhì)
本防波堤工程地基情況良好，土的物理力學性能較好，強度較高。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)，其下為風化花崗巖。
314 地震烈度
根據(jù)廣東省地震局的地震烈度復核工作成果，本地區(qū)地震基本烈度為七度。
結(jié)構(gòu)選型
321 設(shè)計方案
根據(jù)該地區(qū)的自然條件、材料來源和核電廠對海域工程的安全性和工藝及使用上的特殊要求 ，設(shè)計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，造價也高。因此，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟綜合比較后，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
(1)護面塊體型式
自50年代初期法國的四角錐體問世以來，各國研制出來的混凝土異性塊體已有上百種。護面 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)計選擇工字型塊體、鉤連塊體和槽型方塊三種形式來進行比較。工字型塊體和鉤連塊體 是目前國內(nèi)外應(yīng)用較為廣泛的人工塊體，槽型方塊多在法國核電廠工程采用，也是“一核” 防波堤采用的護面塊體型式。工字型塊體(即DOIOS)，其外形簡單，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 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，可隨機安放一層，消浪效果稍差，波浪爬高略大，但塊體個數(shù)少 ，混凝土用量可明顯降低。槽型方塊實際為四面帶槽的方塊，該塊體體積大，強度高，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，為避免石料作過多的篩選，設(shè)計要 求對采用陸上推進法施工的防波堤，堤心石的級配采用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。堤心與護面之間的墊層，一般為一層；墊層石的重量，國內(nèi)港工規(guī)范規(guī)定可采用護面塊體重 量的。本工程因采用鉤連塊體護面型式， 且為安放一層，其下面的塊石墊層，考慮到開采和運輸?shù)目赡懿榘踩鹨�，取兩級墊層。 第一級墊層塊石的重量取為護面塊體重量的，即800～1600kg，下層為300～800kg。
(3)坡腳的防護
摱藬防波堤的設(shè)計，由于采用的計算波高值大(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 兩排塊體來壓底。應(yīng)該說這比用巨石設(shè)置坡腳棱體要合理，且施工也方便得多、安全得多。 堤前護底，因波浪產(chǎn)生的底流速度數(shù)值較大，經(jīng)過模型試驗驗證，采用的護底塊石重量比港 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)計方案的合理性，設(shè)計中曾委托國 內(nèi)權(quán)威科研單位對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 等多項內(nèi)容進行模型試驗(含數(shù)學模擬)。根據(jù)模型試驗的結(jié)果對所提出的設(shè)計方案進行了相 應(yīng)的調(diào)整和修正。
41 對防波堤在波浪作用下的穩(wěn)定性及越浪程度的評價
(1)在設(shè)計高水位、校核高水位及相應(yīng)波浪的作用下，除堤前護底塊石有個別失穩(wěn)現(xiàn)象以外 ，防波堤結(jié)構(gòu)斷面均是穩(wěn)定的；此時，防波堤基本不越浪，廠區(qū)護岸不上水。
(2)在DBF設(shè)計基準洪水位及相應(yīng)的波浪作用下，防波堤護面塊體有少量發(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)計基準洪水位及相應(yīng)的波浪作用下，防波堤、廠區(qū)護岸的越浪量。
由于在DBF設(shè)計基準洪水位情況下，防波堤胸墻產(chǎn)生較為明顯的位移和傾斜，堤前護 底塊石也有失穩(wěn)情況發(fā)生，建議設(shè)計采取措施予以加強。
根據(jù)以上試驗情況，設(shè)計對護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?shù)恼{(diào)整。42 對斜坡堤抗震性能的評價按HAF0102，防波堤的抗震穩(wěn)定采用滑動面法(準靜力法)和有限元法進行試驗。防波堤地基 及 拋石料的物理參數(shù)通過靜、動三軸試驗求出，采用鄧肯棗張模型參數(shù)以及等價線性化模型 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)計規(guī)范》(送審稿)，采用承載力極限狀態(tài)設(shè) 計公式，應(yīng)用簡化的畢肖普法進行分析�？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)標準進行確定。計算結(jié)果列于表7：表中計算結(jié)果表明，計算低水位和設(shè)計高水位深層滑動與淺層滑動等各種工況的安全系 數(shù)都比較接近，且都滿足要求。此外，防波堤的物模試驗結(jié)果還表明。當斜坡堤上部結(jié)構(gòu)開始位移、變形時的加速度為09 5g，而SL-2地震工況時的加速度約為048g。足以說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，當激勵波的頻率接近或低于 堤體的基本頻率時，箱體出現(xiàn)了沿基床面向前滑移的情況，這說明直墻堤的抗震性能較差。
