(船舶与海洋工程概论)7.防波堤概述

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。
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 改为直立式堤头，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。）
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。
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。
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”。
第七章 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
防波堤断面试验
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。
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。
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。
Ⅱ、 防波堤的轴线布置
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。
2、 布ห้องสมุดไป่ตู้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。
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
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Ｐ222 表8-1-1。
Ⅲ、设计波浪的确定
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。
推算出的某一累积频率的波高ＨＦ％与Ｈｂ相比，当ＨF％ <Ｈｂ时，波浪在该水深处不破碎，按ＨF％采用ＨF％＝Ｈｂ时， 波浪在该水深处破碎，按ＨF％采用ＨF％>Ｈｂ时，波浪在该 水深处破碎，此时设计防波堤应安极限波高采用。
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。
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3.2 ｍ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。
单宽堤波浪力＝
Psin psin2
1
sin
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。
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：某水深处可能出现的最大波高规则波在浅水中发 生破碎时，破碎波高Ｈｂ与破碎水深ｄｂ的比值可按规范的 有关图表确定，在图上求得不同水深ｄ处的破碎波高Ｈｂ即 为该水深的极限波高。