上海海事大学海岸工程学 (1)

波 态
立 波
远破波
立 波 近破波 立 波
中基床
d 2 1 ＜ 1 d 3 3
d 1 .8 H 1
d ＜ 1 .8H 1
高基床
2 d1 ＞ 3 d
d 1 .5 H 1
d ＜ 1 .5H 1
远破波
备注：
①当明基床上有护肩方块，且方块宽度大于1.0倍波高时，
宜用d2代替基床上水深d1来确定波态和波浪力。 ②当进行波波陡较大（H/L＞1/14）时，则立波波陡较原始 波增加一倍，当达到极限波陡时，立波可能破碎，堤身将 受到破碎立波的压力。 ③对暗基床和低基床的直墙式建筑物，当墙前水深d＜2H 且水底坡度i＞1/10时，墙前可能出现近破波。它是否出现 和出现后的波压力应由模型试验来确定。
T* T g/ d
②静水面以上波压力分布强度折点的位置hc以及波压 力强度pac的计算
hc 2 c / d d n 2
p p 2 ac oc d d( n 1 )( n 2 )
n max[ 0 . 636618 4 . 23264 ( 1 1 / d ), 1 . 0 ]
钢筋混凝土沉箱防波堤
3、大直径圆筒直立堤
墙身直径为3ｍ以上的薄壁无底砼圆筒，置于抛石基床或
部分沉入地基之中，筒中填充砂石。 １） 置于抛石基床上的圆筒机构及其工作原理与一般重力 式基本相同。 ２） 部分沉入地基中的圆筒直立堤，适用于软基和持力层 较深的情况 ⑴对于沉入地基较浅（1.5～3m）的圆筒，其工作状态同 重力直立堤。 ⑵沉入较深的圆筒，由于受土的嵌固影响较大，其工作 状态不同于重力式结构。
海岸工程学
李俊花
2012年3月
4.3 直立式防波堤
主要内容： 4.3.1 直立防波堤的结构型式
4.3.2 波浪对直立式防波堤的作用
4.3.3 直立式防波堤的断面尺寸和构造 4.3.4 重力式防波堤的计算
4.3.1 直立防波堤的结构型式
一、重力式直立堤
依靠结构本身的重量来抵抗水平外力，维持建筑物的稳 定性。它主要由基床、墙身和上部结构等组成。 按堤身结构分，主要有： 钢筋混凝土沉箱式 普通混凝土方块式 巨型混凝土方块式 大直径圆筒式等。
1 波浪浮托力： P BP b 2
单位长度墙上的总波压力：
2 ( d d ) 1 ch 1 2 HL 2 d L P H th 2 d 2 2 L ch L
⑵波谷作用时：按Sainflow公式计算
d 5、当 0 . 5 时，按深水立波计算 l
近破波：当直立墙前面较远处水深很大，而距建筑物前面 半个波长以内或是基床顶面水深不足时，波浪行进到此处发生 剧烈变形，造成破碎，冲击墙身，产生近破波。 这种波一般发生在中、高基床的情况。 远破波：当直立墙前面距墙身半个波长或梢远处，其水深 小于波浪破碎水深情况下，进行波将在到达建筑物之前破碎， 形成一股向前运动的水流冲击墙身。这种波浪形态称为远破波。
静水面以下深Z处波压力强度：
2 ( d z ) ch L Pz H 2d ch L
波峰作用时立波波压力图（0.2<d/L<0.5）
2 (d d1 ) ch 墙底处的波压力强度： L P b H 2d ch L
二、桩式直立堤
有：单排桩式、双排桩式和钢板桩格形结构等形式。 1、 单排桩防波堤
它由打入地基中的 排桩、桩顶部的帽梁和 连接构件组成。
单排桩式防波堤断面图
2、 双排桩式防波堤 两侧是打入地基中的排桩，每排桩由纵向导梁架住，然 后用拉杆将双排桩对拉，双排桩中间用石料填充，顶部用混 凝土覆盖，然后在盖板上浇注上部结构。
⑵波谷作用时 水底处的波压力强度：
H H ' P d d d 2 d 2 d ch ch L L 静水面处波压力强度为0 静水面以下（H-hs）处波压力强度：
P ( H h S)
' s
墙底处波压力强度：
d h H 1 s P ' P ' ( P ' P ') b s s d d h H s
二、作用于直立式防波堤的立波浪压力计算 1、公式的应用范围 ⑴当d>=1.8H, d/L=0.05～0.12时,波峰(谷)时的波压力采用大 连理工大学发展的椭余(圆)立波的计算方法。 该方法是在二阶椭余波理论的基础上,结合较系统的模型实验 和国外资料而制,为原规范的补充。（与实测结果也比较吻 合）。 ⑵当H/L≥1/30，0.5> d/L>0.2时,波峰的波压力采用有限振幅 波的一次近似解,波谷时仍采用Sainflow公式。 ⑶当H/L≥1/30，d/L=0.139～0.2时,波峰(谷)时的波压力的计 算均采用Sainflow公式。 ⑷当d/L≥0.5时,按深水立波计算波压力。 ⑸当d≥1.8H，0.139> d/L>0.12和8<T*<=9时，波压力（峰谷） 采用内扦(在椭余立波公式和浅水立波Sainflow公式之间)的 方法。
总波压力：
d ( d h H )( d P ' ) 1 s 1 b P
' 2 1
2
总波浪浮托力：
1 P bpb ' 2
4、当 H 1 ，0.5 d 0.2 时，对立波作用
L 30
l
⑴波峰作用时：采用有限振幅波一次近似解 特点：以静水面为基准，不考虑波高超高，静水面以上， 按直线分布，静水面以下按曲线分布。 静水面处：
③静水面处及水下墙面上特征点处波压力强度（Poc，
1 . 67
Pbc和Pdc）
P q A B ( H / d ) p p d
④单位长度墙上的水平总波浪力的计算
⑤单位长度墙上的总水平波压力的力矩Mc
⑥单位长度墙底面上的波浪浮托力按下式计算
Pdc b Puc 2
⑵波谷作用时 波谷时，堤前总波压力小于静水压力；当认为港内为 静水，堤内侧所受静水压力。所以波谷作用于堤面时，波 浪的附加压力的方向是离堤的，或称为负压力。 ①波谷波面高程： q t A B ( H / d ) p p d
双排桩防波堤断面图
3、 钢板桩格形结构防波堤 组成：由打入地基中的钢板桩组成封闭的系列格形结 构，在空格中填充砂或石料。 优点：格形结构防波堤 整体稳定性较好， 适用于水深大、 波浪强的情况。 缺点：钢板桩 在水位变动区易 锈蚀，需要采取 保护措施。
三、消能式防波堤 1、顶部削角直立堤 在直立堤的上部结构靠海侧做成较缓的斜面，犹如直立墙削 掉一个角。 优点： 堤前波浪在斜面上破碎
这种波一般发生在平缓海底，而且基床为暗基床或低基床 的情况。
2、各种形态的波浪产生的条件
基床类型
暗基床和低基床
d1 2 ＞ 3 d
产生条件
T g/d ＜8, d 2H T g / d 8, d 1.8H
1 10 1 T g / d 8, d＜1.8H, i 10 T g/d ＜8, d＜2H, i
2、当d≥1.8H, d/L=0.05～0.12时，作用于直墙建筑物 上的立波波压力的计算 ⑴波峰作用时 ①波面高程的计算
c
d
m B ( H / d )
B 2 . 3104 2 . 5907 T *
2 *
0 . 5945
m T /( 0 . 00913 T 0 . 636 T 1 . 2515 ) * *
，即削减了一部分波能， 又减少了堤前波浪的反射， 从而使波浪减少； 作用在斜面的波压力的 垂直分力还有利于堤的稳定， 从而减小了堤的断面。 缺点：削角斜面上的越浪较大。
顶部削角直立堤
2、开孔消浪直立堤 将沉箱靠海侧的箱壁上开一系列孔洞 ，部分波浪水体通 过孔洞进入海侧箱格的消能室，利用堤前波浪与进入消 能室水体的相位差和水体进入效能室后产生的剧烈紊动
⑴波峰作用时，用修正的有限振幅波的一次近似解，即 以代替，则： 静水面以上高度H处的波压力为零。 静水面处的波压力强度： P s H
静水面以下深度Z处的波压力强度（下式中d=L/2）： 2 (L / 2 z) ch L P H z 2d ch L
2 d h cth s L L
H2
波峰作用时立波波压力图
⑴波峰作用时 水底处波压力强度：
H H P P d d d d 波 2 d 2 d ch ch L L
H h s P ( P d ) 静水面处的波压力强度： s d H h d s
开孔半圆形防波堤
消浪方块防波堤
(a)防波堤断面图 (b)方块构件图
4、 削角空心方块防波堤
结合削角斜面结构和开孔消浪结构两者的优点的一种新型结构。
削角空心方块防波堤
4.3.2 波浪对直立式防波堤的作用
一、直立式防波堤前波浪的形态 1、影响直立式防波堤前波浪形态的因素 波浪要素（如H）、堤前水深（d）、海底坡度（i）、基 床轮廓尺寸（d1）。 根据这些影响因素，直立堤前可能出现的波浪形态有： 立波、近破波、远破波。 立波：当直立墙前水深和基床顶面上的水深大于波浪破 碎水深，直立堤的长度大于一个波长以及入射波与墙正 交的情况下，波浪遇墙后不破碎，产生完全反射，即入 射波和反射波的波浪要素完全相同，入射波和反射波迭 加后形成立波。其特点是波高增加一倍，波长和周期不 变。
⑴浅水立波波压力： 2
2 ch ( d z ) Sh ( d z ) L P L Z H 2 d 2 d ch Sh L L
式中：波峰时取正，波谷时取负； Z——墙面在静水面以下任一关的深度； r——海水容重； ⑵立波中心线超高HS：波浪中心线超出静水面的高度。