防波堤的功能和分類防波堤的軸線布置設(shè)計波浪的確定第七章防波堤概述防波堤斷面試驗營口港鲅魚圈港區(qū)長793m北防波堤工程廣東惠州澤華油碼頭護岸珠海電廠5萬噸碼頭防波堤Ⅰ、防洪堤的功能和分類

一、功能

1、防御波浪，冰棱的襲擊，保證港內(nèi)水域的平穩(wěn)；

2、阻攔泥沙，減少港內(nèi)淤積，保證港內(nèi)水深；

3、堤的內(nèi)側(cè)可兼作碼頭，或安放系錨設(shè)備，供船舶?？?，節(jié)省投資二、防波堤的型式

1、按平面形式⑴突堤：一端與岸連接,另一端伸向海中，組成港口的口門。⑵島堤：兩端均不與岸相連，位于離岸一定距離的水域中，設(shè)有堤根，只有堤頭和堤身。

2、按斷面結(jié)構(gòu)分類⑴斜坡式：由堤心石，護面，護底組成（一般）。①優(yōu)點ａ、消浪功能好，波浪大部分不反射；ｂ、對地基承載要求不高，損壞后易修復(fù)；ｃ、施工容易，一般不需大型起重設(shè)備，便于就地取材；

②缺點ａ、護面塊石易被波浪沖走，需經(jīng)常維修，增加后期費用；ｂ、堤兩側(cè)不能直接作系靠船舶的碼頭之用。

③適用范圍適用于水深不大（<10～12ｍ），當?shù)鼗蟽r格便宜或地基較軟的情況。

⑵直立式一般由墻身，上部結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)組成。在臨海，臨港兩側(cè)均為直立墻，底部基礎(chǔ)多采用拋石基床，水下墻身一般采用砼方塊或砼沉箱結(jié)構(gòu)，上部多采用現(xiàn)澆石結(jié)構(gòu)（由平臺和防波堤組成）①優(yōu)點ａ、與斜坡式相比，材料用量少；ｂ、不需要經(jīng)常維修；ｃ、堤內(nèi)側(cè)可兼作碼頭，適用方便。②缺點ａ、波浪反射大，消浪效果差，可能影響港內(nèi)水域平靜；ｂ、堤前水深或基肩上水深小于波浪的破碎水深時，波浪將破碎，對堤前產(chǎn)生很大的動水壓力，需加大堤身寬度和需要護底措施，增大造價；ｃ、地基應(yīng)力大，對不均勻沉降敏感。ｄ、一旦破壞，修復(fù)困難。③適用范圍ａ、水深較大（大于破碎水深，使波浪不破碎）；ｂ、地基堅實，承載能力大。⑶混合式（即高基床直立堤）①適用范圍水深較大（>20～28ｍ），地基承載能力有限的情況。若作直立式：地基承載力不夠；若作斜坡式：材料用量太大（斜坡堤材料用量大致與水深的平方成正比。②缺點ａ、確定斜坡頂標高，要經(jīng)濟，技術(shù)比較（建議基肩上的水深不小于2.5Ｈ）ｂ、論證方案穩(wěn)定性，需作模型試驗，增加設(shè)計費用，延長設(shè)計時間。

⑷特殊形式的防波堤

理論和試驗研究表明，波浪能量大部分集中在水體表面，在表層2～3倍波高范圍內(nèi)集中在水體表面，在表面2～3倍波高范圍內(nèi)集中90％～98％的能量，因此產(chǎn)生了適應(yīng)波能這一特殊形式的防波堤。①透空防波堤

優(yōu)點：比較經(jīng)濟，施工也容易

缺點：不能阻止泥沙進入，不能減少水流對港內(nèi)水域的干擾。適用條件：水深較大，波浪小，無防砂要求的水庫港，湖泊港等。②浮式防波堤由有一定吃水的浮涵或浮排和錨系組成。

A、優(yōu)點不受水深，地質(zhì)條件限制；易拆除，易修建，較經(jīng)濟。

B、缺點錨鏈設(shè)備復(fù)雜，可靠性差，易走錨，不能阻止泥沙進入港內(nèi)，不能減少水流對港內(nèi)水域的影響。

C、適用條件波陡大，水位變幅大的漁港或作臨時防護。

③噴氣式，噴水式防波堤原理：使波長變短，波陡變大，直到波浪破碎，消耗波能。優(yōu)點：施工簡單，基建投資少，安裝，拆遷方便。

缺點：動力消耗大，運輸費用高。

適用：圍堰施工，打撈沉船及臨時的裝卸作業(yè)。

1、防波堤布置的主要內(nèi)容防波堤的布置包括：⑴防波堤的平面布置

⑵防波堤的口門布置⑶防波堤的軸線布置這些往往需要通過模型試驗來確定。Ⅱ、防波堤的軸線布置2、布置原則⑴防波堤軸線布置形成的港內(nèi)水域應(yīng)是擴散形的，波浪進入口門內(nèi)能迅速擴散到較大的波峰線上，使波高降低。⑵防波堤的縱軸線一般應(yīng)向港內(nèi)拐折，θ＝120°～180°，盡量避免向港外拐折成凹角β（因為在凹角處會波能集中，波高增大），若必須向外拐，如為保護船舶進出口門時避免受橫向波浪影響，在主堤段外端接一輔助翼端，且兩段堤軸線的外夾角β角不宜小于150°，且最好用圓弧連接。⑶軸線與波向線要斜交成α＝60°～80°，以減少波浪力，增加安全儲備。

單寬堤波浪力＝⑷堤高應(yīng)沿縱軸線按水深、地質(zhì)、波浪條件分段設(shè)計（堤頭、堤身、堤根）。3、堤頭

⑴環(huán)境特點一般位于深水區(qū)且離岸最遠。三面環(huán)水，受三個方向的波浪作用，受力復(fù)雜且堤前水底的水流沖刷也最強烈。⑵型式

①斜坡式堤頭一般為15～30m長；對水深較大的斜坡堤，堤頭段長度應(yīng)適當加長。

斜坡式堤頭處，波浪容易越過堤頭形成破碎水流沖擊堤坡上的護面塊體，并向外推，受力比堤干大。因此。堤頭段內(nèi)外側(cè)的護面塊石或人工塊體的重量必須加大，或放緩堤頭內(nèi)外側(cè)的坡度。優(yōu)點：波浪在斜坡上破碎，因此，波浪反射下，口門附近的水域比較平穩(wěn)，船舶進出港安全。口門的有效寬度決定于最低通航水位。缺點：在高水位時口門的實際寬度增加較大，對港內(nèi)水域的掩護不要利。因此，有將斜坡式防波堤的堤頭改為斜坡式堤頭，即將直立式堤頭申入斜坡式堤身內(nèi)一段長度。②直立式堤頭長度：其長度取堤頭寬度的1.5～2.0倍，也可采用與堤干標準段相同的長度。堤頭與堤干之間應(yīng)設(shè)置變形縫。

寬度：當需要在堤頭設(shè)置燈標或因內(nèi)側(cè)系靠船只而設(shè)置系船設(shè)施與階梯，因此在堤頭段內(nèi)側(cè)須加寬，其寬度有時可的達堤干寬度的1.5～2.0倍。

形狀：半圓形與矩形的合并形式、圓形、矩形或多邊形等形狀。（但轉(zhuǎn)角處以做成圓形為佳，并應(yīng)向港內(nèi)加寬，以減弱轉(zhuǎn)角處的強烈波浪和水流對建筑物的作用。）

結(jié)構(gòu)型式：盡量采用與堤干結(jié)構(gòu)相同的類型。一般重力式直立堤主要采用沉箱或混凝土方塊結(jié)構(gòu)。但都要求具有較好的整體性。堤頭處基礎(chǔ)及其附近海底的基本要求:

A、護底塊石層需由外側(cè)延伸至堤的內(nèi)側(cè)；

B、對明基床應(yīng)適當放緩邊坡坡度，并在基肩上安放壓肩方塊、四腳空心方塊或柵攔板。壓肩方塊上的水深應(yīng)大于航道所要求的水深。4、堤干

堤干段總長度大，沿著它的軸線地形不斷變化，各處的水深和波浪也不同，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)的變化和堤干段中的某些特殊控制點，結(jié)合沉降縫的要求，將堤干劃分非若干標準段（20～30m）。然后配合堤身的斷面設(shè)計，修正各段的基床厚度和水下部分的底部高程，從而得出堤干的縱斷面圖。5、堤根

與岸連接段，一般位于淺水區(qū)。通常以設(shè)計高水位時的水深等于波浪的破碎水深處為其外界。當在巖石海岸建堤時，如果巖岸較陡，則堤根水深較大。

淺水區(qū)：水深較淺，波浪已破碎，波能不大，且因為水深淺難以用浮式起重機船來安放重大方塊和大沉箱，因此一般采用斜坡式堤根，斜坡護面不需特殊加固，

深水區(qū)：如巖石海岸，堤根可采用直立式，但如巖岸較陡，堤根處水深較大，則可能由于波浪在海岸上的反射造成堤根段的波能集中，因此要采取加強措施，如堆砌護面塊體較大的人工岸坡，以減少反射跌加的波能。影響防波堤設(shè)計的海洋水動力條件包括潮汐、波浪和海流等，而波浪力則是作用在防波堤上的主要荷載，設(shè)計防護堤時，首先應(yīng)確定設(shè)計波浪要素：波高Ｈ、波長Ｌ、波周期Ｔ以及波向。㈠、設(shè)計波浪標準包括設(shè)計波浪的重現(xiàn)期和設(shè)計波浪的波列累積頻率。

1、重現(xiàn)期標準指某一特定累積頻率的波列平均多少年出現(xiàn)一次，它代表波浪要素的長期（幾十年計）統(tǒng)計分布規(guī)律。Ⅲ、設(shè)計波浪的確定例：重現(xiàn)期為50年，波列累積頻率為10％，波浪Ｈ1/10＝3.2ｍ（10個大波平均值），即：100年內(nèi)只有2年的1/10大波波高為3.2ｍ，或波列累積頻率為10％的波浪的波高為3.2ｍ的情況100年內(nèi)只有２年出現(xiàn)。

意義：⑴考慮了建筑物的使用年限和重要性；⑵使建筑物具有一定的安全度；⑶反映了波浪要素的長期的統(tǒng)計分布規(guī)律（以幾年），在設(shè)計中，使用期較長，越重要的建筑物采用較長的重現(xiàn)期（不同結(jié)構(gòu)物設(shè)計波浪重現(xiàn)期選擇見規(guī)范）。2、波列累積頻率標準指設(shè)計波列在實際不規(guī)則波列中出現(xiàn)的頻率。它代表波浪要素的短期（以幾十分鐘計）統(tǒng)計分布規(guī)律。如波列累積頻率為5％的波浪Ｈ5％＝3ｍ，指100個波浪中，波高大于Ｈ５％的波浪有５個。意義：⑴反映了特征波浪要素在短期內(nèi)（以幾十年計）的統(tǒng)計分布規(guī)律。⑵可以考慮到波浪對不同建筑物或同一建筑物的不同部分作用性質(zhì)的差異。如直立式，斜坡式防波堤的堤頭，胸墻對波浪的敏感，宜采用低頻率的標準1％；直立式，斜坡式防波堤的基礎(chǔ)等部分，對波浪不敏感，可采用高頻率的標準5％，13％，具體的不同結(jié)構(gòu)型式及同一結(jié)構(gòu)的不同部分實際波高累積頻率選取見Ｐ130表7-1-1。

㈡、設(shè)計波浪的確定方法

一般根據(jù)海浪的多年現(xiàn)場實測資料進行統(tǒng)計分析，可求得各種特征波和波浪的要素特征值，由此確定設(shè)計波浪要素。一般用平均值作為規(guī)則波的計算要素，按規(guī)則波理論計算。不規(guī)則波的統(tǒng)計特征值有波列的平均周期，平均波高，累計頻率以及1/P大波的平均波高。各種累積頻率波高間的關(guān)系詳見“海港水文規(guī)范”。目前對不規(guī)則波的各種波浪變形及波浪作用的處理方發(fā)大致可分為以下五種：

單一有效波法，單一最大波法，概率分布法，不規(guī)則波試驗法，譜分析法。㈢、淺水極限波高設(shè)計的確定

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