防波堤概述简版

⑷特殊形式的防波堤
波动主要发生在水体的上层。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倍波高范围内集中了90％～98％的波能，因此 产生了适应波能这一特点的特殊防波堤结构: 但注意，多数用于临时防护工程：如围堰、打捞沉船等
3、 防波堤纵断面构造设计
3.1 3.2 3.3 3.4 防波堤(纵)轴线布置 防波堤的堤头构造 防波堤的堤干构造 防波堤的堤根构造
设计波浪的波列累积频率的意义-Ｈ1％＝3ｍ，指该波列100个波 浪中，波高大于Ｈ1％的波浪只有1个
( H1% )2%
50年一遇波列的1%大波波高
( H5% )4%
50年一遇的波列
浅水处的设计波高确定
当防波堤段处于浅水区域，由深水设计波高推算到堤前的波高> 浅水极限波高时，设计波高应采用极限波高:
1. Ｈｂ：某水深处可能出现的最大波高(破碎波高) 。 2. 由深水设计波高推算出的堤前某一累积频率的波高ＨＦ％与Ｈｂ相比: a) 当ＨF％<Ｈｂ时:波浪在该水深处不破碎，按ＨF％采用 b) ＨF％＝Ｈｂ时:波浪在该水深处破碎，按ＨF％采用 c) ＨF％>Ｈｂ时:波浪该水深处已破碎，设计波高采用浅水极限波高Ｈｂ
15.0 12# 13# hc=1.25H1% 15# 16# 0.00 d1=(1.5～2.0)H1% 15300 d=(2～5)H1% -15.0
800
11#
10# 9# 8# 7# 6# 5# 4#
15.0
10# 11# 12# 13# 9# 8# 7# 5.0 6# 5# 4# 3#
14#
营口港鲅鱼圈港区长793m北防波堤工程
珠海电厂5万吨码头防波堤
广东惠州泽华油码头护岸
⑵直立式:抛石基床+直立墙身(砼方块或沉箱)+上部结构(现浇胸墙)
① 优点 a. 用料较斜坡式少 b. 维修工作量小 c. 堤内侧可兼作码头 d. 漂沙不易由堤身透过 ② 缺点 a. 波浪反射大，消浪效果差，可能影响港内水域平稳 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，对堤身产生很大的动水压力，需加大堤身宽度和 采取护底措施，增大造价 c. 重力式直立堤地基应力大，对不均匀沉降敏感，不适于 软弱地基 d. 一旦破坏，修复困难 ③ 适用范围 a. 水深较大(堤前水深大于波浪破碎水深，使波浪不破碎) b. 地基坚实，承载力高
应沿纵轴线按水深、地质、波浪条件分段设计(堤头、堤干、堤根)
3.2 防波堤的堤头构造
1.环境特点:位于深水区且离岸最 远处，三面环水，受三个方向的 波浪作用，受力复杂、堤前水底 的水流冲刷最强烈 2.结构型式: • 斜坡式：水流上爬，船舶易 碰堤头；口门宽度大，不利 港内水域稳定 • 直立式：口门宽度小，但波 浪反射严重，口门附近形成 激浪，不利行船
1 防波堤的功能和分类 2 防波堤纵断面构造设计 3 设计波浪的确定
1、防波堤的功能和分类
开敞海岸港口→建造防波堤→形成有掩护的水域→若破坏将如何？ 1.1、防波堤的功能
1. 防御波浪、冰棱的袭击， 保证港内水域平稳，为船 舶提供平稳、安全的停泊 和作业条件 2. (砂质或泥质海岸)减少或 阻止泥沙进港，减轻港内 淤积，保证港内水深 3. 堤内侧可兼作码头，或安 放系锚设备，供船舶停靠， 节省投资 与防波堤类似的水工建筑物：导流堤、 防沙堤、离岸堤、潜堤、突堤、丁坝 堤身损坏 设施损毁 港口停运 船舶延期
应形成扩散形港内水域
纵轴线应向港内拐折 波向 波向
葡萄牙锡尼斯防波堤损坏案例:设计有效波高11m，损坏时有效 波高9.5-10m，并未达到设计波高。折射分析表明，受堤前地 形影响，沿堤长波高变化，波能集中区波高约增加20％。堤身 严重破坏区段主要为波能集中区
防波堤蛇形破坏算例-断面一致的情况下
凹角中心波高Hs 2π 入射波向角Βιβλιοθήκη Baidu = 60 时， = ( 若β = 120o？ ) 入射波高Hi β
o
③纵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 斜交单宽堤波浪力＝
P sin α = P sin 2 α 1 sin α
④应沿纵轴线按水深、地质、波浪条件分段设计(重点处理堤头、堤干、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设计 波浪的破碎水深处为其外界 一般采用斜坡式堤身(水深浅，难 以用浮式起重机船)；水深较深可 用直立式堤身
① 淤泥质/砂质海岸：岸坡缓，堤 根处水深浅，波浪已破碎，波能 较小，破碎波和沿岸流会带来泥 沙淤积在堤根处，此时堤根处无 需防护 ② 岩石海岸：如岩岸较陡，堤根处 水深较大，堤根可采用直立式， 但波浪反射会造成堤根段波能集 中，要采取加强措施(堆砌较重 的护面块体)
3.3 防波堤的堤干构造
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，设计步骤：
① 分段：根据地形、地质的变化和堤干段中的某些特殊控制点(转折、连接)， 结合沉降缝要求，划分堤干为若干标准段(20～30m/段) ② (分段)断面设计:不同段的上部结构、基床等采用不同设计
3.4 防波堤的堤根构造
天津港-中国最大的人工港，其防波堤主要功能为防沙。北大防 波堤加长前天津港每年淤积量700万m3，向东延长后年淤积量 减少为350~400万m3
冰封的渤海湾-2010年初
1.2 防波堤的分类
1、按平面布置分类
① 单突堤:一端与岸连接, 另一端伸向海中 ② 双突堤:海岸两处各筑 一道突堤伸入海中， 末端形成口门 ③ 岛堤:两端均不与岸相 连，位于离岸一定距 离的水域中，没有堤 根，只有堤头和堤身， 形同海岛，多与突堤 混合布置，以形成多 个口门
15.0
hc 5.0
0.00 d1
d -15.0 10～300kg块石
300～500kg块石
100～200kg块石
-20.0
中交一航院谢世楞院士提出，尚未应用-圆弧面沉箱式结构
⑶混合式(即高基床直立堤, composite breakwater)
① 概念:结合斜坡堤和直立堤两种堤型，下部用斜坡堆石作为基础，上部用 各种结构形式的直立式堤体抗御波浪 ② 适用范围 • 水深较大(>20～28ｍ)，地基承载能力有限的情况 I. 若用直立式：地基承载力不够 II. 若用斜坡式：材料用量太大 ③ 缺点 a. 确定斜坡顶标高要进行经济、技术比较(建议基肩上水深不小于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
2、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 防波堤的主要荷载为波浪力：1978年葡萄牙锡尼斯防波堤损坏， 42吨扭工字块大面积滚落
2、设计波浪的确定
2.1设计波浪的确定： 设计波要素=波高Ｈ+波周期Ｔ+波长Ｌ+波向
2、设计波浪的确定
2.2 设计波浪的标准
①设计波列的重现期:几 十年，长期统计规律 a. 某一特定累积频率 的波列平均多少年 出现一次 ②设计波浪的波列累积频 率:几十分钟，短期统 计规律 a. 设计波浪在实际海 面上不规则波列中 出现的概率
设计波列重现期标准的意义-以Ｈ10%作为历年极值波列大小的比较 参数，重现期为50年一遇的极值波列的Ｈ10%=3.2ｍ，即表示：
– 50年内只有1年会出现10％大波波高Ｈ10%= 3.2ｍ的极值波列 – 或 – 10％大波波高Ｈ10%= 3.2ｍ的波列在50年内只有1年会出现
1 P= m 风 险率：R = 1−(1− P) 重现期 m− 使用期限
单一强波向:1个突堤/1个岛堤 多个强波向:突岛结合
突 堤
2、 按断面结构分类
① 斜坡式 ② 直立式 ③ 特种形式
⑴斜坡式：堤心石+垫层+护面块石(块体)+护底
①优点 a. 大部分入射波破碎于斜坡，波能消散，堤前反射波小 b. 地基承载力要求较低，对地基不均匀沉降不敏感 c. 结构简单，施工容易，不需大型起重设备，便于就地取材，易于修 复 ②缺点 a. 材料用量大致与水深平方成正比(?)，不适合大水深 b. 堤内侧不能兼作码头 ③适用范围: 水深不太大(<10～12ｍ)、地基较软弱、当地石料来源丰富(价格便宜)
14# 15# 16#
17# 18# 19# 20# 12200
100～200kg块石
500
300
3# 500 12000 2# 1# -15.0 300～500kg块石
1: 1. 5
1:2
21# -20.0
22#
23#
24#
25#
10～300kg块石
削角直立堤型
天津港北大防波 堤-半圆体结构
长江口深水航道治理二期工程NIIB区段(N38+000～N46+600) 北导堤及丁坝-半圆型沉箱结构
实际工程中上述构造往往需要通过模型试验来确定
3.1 防波堤(纵)轴线布置
布置原则 ①应形成扩散形港内水域，使波浪进入口门内能迅速扩散到较长的波峰线上， 波高迅速减小 ②纵轴线应向港内拐折(θ＝120°~180°)，各段之间用圆弧或折线连接。尽 量避免向港外拐折成凹角，以免波能集中(局部波高增大)。若必须向外拐，两 段堤轴线的外夹角β≥150°