重交大港口水工建筑物课件07防波堤概述

防波堤的功能和分类防波堤的轴线布置设计波浪的确定第七章防波堤概述防波堤断面试验营口港鲅鱼圈港区长793m北防波堤工程广东惠州泽华油码头护岸珠海电厂5万吨码头防波堤Ⅰ、防洪堤的功能和分类

一、功能

1、防御波浪，冰棱的袭击，保证港内水域的平稳；

2、阻拦泥沙，减少港内淤积，保证港内水深；

3、堤的内侧可兼作码头，或安放系锚设备，供船舶停靠，节省投资二、防波堤的型式

1、按平面形式⑴突堤：一端与岸连接,另一端伸向海中，组成港口的口门。⑵岛堤：两端均不与岸相连，位于离岸一定距离的水域中，设有堤根，只有堤头和堤身。

2、按断面结构分类⑴斜坡式：由堤心石，护面，护底组成（一般）。①优点ａ、消浪功能好，波浪大部分不反射；ｂ、对地基承载要求不高，损坏后易修复；ｃ、施工容易，一般不需大型起重设备，便于就地取材；

②缺点ａ、护面块石易被波浪冲走，需经常维修，增加后期费用；ｂ、堤两侧不能直接作系靠船舶的码头之用。

③适用范围适用于水深不大（<10～12ｍ），当地基料价格便宜或地基较软的情况。

⑵直立式一般由墙身，上部结构，基础组成。在临海，临港两侧均为直立墙，底部基础多采用抛石基床，水下墙身一般采用砼方块或砼沉箱结构，上部多采用现浇石结构（由平台和防波堤组成）①优点ａ、与斜坡式相比，材料用量少；ｂ、不需要经常维修；ｃ、堤内侧可兼作码头，适用方便。②缺点ａ、波浪反射大，消浪效果差，可能影响港内水域平静；ｂ、堤前水深或基肩上水深小于波浪的破碎水深时，波浪将破碎，对堤前产生很大的动水压力，需加大堤身宽度和需要护底措施，增大造价；ｃ、地基应力大，对不均匀沉降敏感。ｄ、一旦破坏，修复困难。③适用范围ａ、水深较大（大于破碎水深，使波浪不破碎）；ｂ、地基坚实，承载能力大。⑶混合式（即高基床直立堤）①适用范围水深较大（>20～28ｍ），地基承载能力有限的情况。若作直立式：地基承载力不够；若作斜坡式：材料用量太大（斜坡堤材料用量大致与水深的平方成正比。②缺点ａ、确定斜坡顶标高，要经济，技术比较（建议基肩上的水深不小于2.5Ｈ）ｂ、论证方案稳定性，需作模型试验，增加设计费用，延长设计时间。

⑷特殊形式的防波堤

理论和试验研究表明，波浪能量大部分集中在水体表面，在表层2～3倍波高范围内集中在水体表面，在表面2～3倍波高范围内集中90％～98％的能量，因此产生了适应波能这一特殊形式的防波堤。①透空防波堤

优点：比较经济，施工也容易

缺点：不能阻止泥沙进入，不能减少水流对港内水域的干扰。适用条件：水深较大，波浪小，无防砂要求的水库港，湖泊港等。②浮式防波堤由有一定吃水的浮涵或浮排和锚系组成。

A、优点不受水深，地质条件限制；易拆除，易修建，较经济。

B、缺点锚链设备复杂，可靠性差，易走锚，不能阻止泥沙进入港内，不能减少水流对港内水域的影响。

C、适用条件波陡大，水位变幅大的渔港或作临时防护。

③喷气式，喷水式防波堤原理：使波长变短，波陡变大，直到波浪破碎，消耗波能。优点：施工简单，基建投资少，安装，拆迁方便。

缺点：动力消耗大，运输费用高。

适用：围堰施工，打捞沉船及临时的装卸作业。

1、防波堤布置的主要内容防波堤的布置包括：⑴防波堤的平面布置

⑵防波堤的口门布置⑶防波堤的轴线布置这些往往需要通过模型试验来确定。Ⅱ、防波堤的轴线布置2、布置原则⑴防波堤轴线布置形成的港内水域应是扩散形的，波浪进入口门内能迅速扩散到较大的波峰线上，使波高降低。⑵防波堤的纵轴线一般应向港内拐折，θ＝120°～180°，尽量避免向港外拐折成凹角β（因为在凹角处会波能集中，波高增大），若必须向外拐，如为保护船舶进出口门时避免受横向波浪影响，在主堤段外端接一辅助翼端，且两段堤轴线的外夹角β角不宜小于150°，且最好用圆弧连接。⑶轴线与波向线要斜交成α＝60°～80°，以减少波浪力，增加安全储备。

单宽堤波浪力＝⑷堤高应沿纵轴线按水深、地质、波浪条件分段设计（堤头、堤身、堤根）。3、堤头

⑴环境特点一般位于深水区且离岸最远。三面环水，受三个方向的波浪作用，受力复杂且堤前水底的水流冲刷也最强烈。⑵型式

①斜坡式堤头一般为15～30m长；对水深较大的斜坡堤，堤头段长度应适当加长。

斜坡式堤头处，波浪容易越过堤头形成破碎水流冲击堤坡上的护面块体，并向外推，受力比堤干大。因此。堤头段内外侧的护面块石或人工块体的重量必须加大，或放缓堤头内外侧的坡度。优点：波浪在斜坡上破碎，因此，波浪反射下，口门附近的水域比较平稳，船舶进出港安全。口门的有效宽度决定于最低通航水位。缺点：在高水位时口门的实际宽度增加较大，对港内水域的掩护不要利。因此，有将斜坡式防波堤的堤头改为斜坡式堤头，即将直立式堤头申入斜坡式堤身内一段长度。②直立式堤头长度：其长度取堤头宽度的1.5～2.0倍，也可采用与堤干标准段相同的长度。堤头与堤干之间应设置变形缝。

宽度：当需要在堤头设置灯标或因内侧系靠船只而设置系船设施与阶梯，因此在堤头段内侧须加宽，其宽度有时可的达堤干宽度的1.5～2.0倍。

形状：半圆形与矩形的合并形式、圆形、矩形或多边形等形状。（但转角处以做成圆形为佳，并应向港内加宽，以减弱转角处的强烈波浪和水流对建筑物的作用。）

结构型式：尽量采用与堤干结构相同的类型。一般重力式直立堤主要采用沉箱或混凝土方块结构。但都要求具有较好的整体性。堤头处基础及其附近海底的基本要求:

A、护底块石层需由外侧延伸至堤的内侧；

B、对明基床应适当放缓边坡坡度，并在基肩上安放压肩方块、四脚空心方块或栅拦板。压肩方块上的水深应大于航道所要求的水深。4、堤干

堤干段总长度大，沿着它的轴线地形不断变化，各处的水深和波浪也不同，设计时应根据地形、地质的变化和堤干段中的某些特殊控制点，结合沉降缝的要求，将堤干划分非若干标准段（20～30m）。然后配合堤身的断面设计，修正各段的基床厚度和水下部分的底部高程，从而得出堤干的纵断面图。5、堤根

与岸连接段，一般位于浅水区。通常以设计高水位时的水深等于波浪的破碎水深处为其外界。当在岩石海岸建堤时，如果岩岸较陡，则堤根水深较大。

浅水区：水深较浅，波浪已破碎，波能不大，且因为水深浅难以用浮式起重机船来安放重大方块和大沉箱，因此一般采用斜坡式堤根，斜坡护面不需特殊加固，

深水区：如岩石海岸，堤根可采用直立式，但如岩岸较陡，堤根处水深较大，则可能由于波浪在海岸上的反射造成堤根段的波能集中，因此要采取加强措施，如堆砌护面块体较大的人工岸坡，以减少反射跌加的波能。影响防波堤设计的海洋水动力条件包括潮汐、波浪和海流等，而波浪力则是作用在防波堤上的主要荷载，设计防护堤时，首先应确定设计波浪要素：波高Ｈ、波长Ｌ、波周期Ｔ以及波向。㈠、设计波浪标准包括设计波浪的重现期和设计波浪的波列累积频率。

1、重现期标准指某一特定累积频率的波列平均多少年出现一次，它代表波浪要素的长期（几十年计）统计分布规律。Ⅲ、设计波浪的确定例：重现期为50年，波列累积频率为10％，波浪Ｈ1/10＝3.2ｍ（10个大波平均值），即：100年内只有2年的1/10大波波高为3.2ｍ，或波列累积频率为10％的波浪的波高为3.2ｍ的情况100年内只有２年出现。

意义：⑴考虑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反映了波浪要素的长期的统计分布规律（以几年），在设计中，使用期较长，越重要的建筑物采用较长的重现期（不同结构物设计波浪重现期选择见规范）。2、波列累积频率标准指设计波列在实际不规则波列中出现的频率。它代表波浪要素的短期（以几十分钟计）统计分布规律。如波列累积频率为5％的波浪Ｈ5％＝3ｍ，指100个波浪中，波高大于Ｈ５％的波浪有５个。意义：⑴反映了特征波浪要素在短期内（以几十年计）的统计分布规律。⑵可以考虑到波浪对不同建筑物或同一建筑物的不同部分作用性质的差异。如直立式，斜坡式防波堤的堤头，胸墙对波浪的敏感，宜采用低频率的标准1％；直立式，斜坡式防波堤的基础等部分，对波浪不敏感，可采用高频率的标准5％，13％，具体的不同结构型式及同一结构的不同部分实际波高累积频率选取见Ｐ130表7-1-1。

㈡、设计波浪的确定方法

一般根据海浪的多年现场实测资料进行统计分析，可求得各种特征波和波浪的要素特征值，由此确定设计波浪要素。一般用平均值作为规则波的计算要素，按规则波理论计算。不规则波的统计特征值有波列的平均周期，平均波高，累计频率以及1/P大波的平均波高。各种累积频率波高间的关系详见“海港水文规范”。目前对不规则波的各种波浪变形及波浪作用的处理方发大致可分为以下五种：

单一有效波法，单一最大波法，概率分布法，不规则波试验法，谱分析法。㈢、浅水极限波高设计的确定

Ｈｂ：某