直立式防波堤(全面权威讲解)

⑴浅水立波波压力：
2 2 ch ( d z ) Sh (d z ) P L L Z H 2d 2d ch Sh L L
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
B ( H / d ) m
0.5945
B 2.3104 2.5907 T*
2
m T */(0.00913 T * 0.636 T *1.2515 )
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稍远处，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。 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 见下表。
⑶基床的顶面高程 防波堤总高度是一定的，所以基床和堤体的高度 分配应考虑每延米的造价。定的高一些，可减少 堤身高度，降低造价，但过高会造成近破波，因 此设计时要注意以下几点： ①考虑基床对堤前波浪形态的影响（避免在设计 低水位时出现近破波） ②考虑地基承载能力； ③结构总造价。 2、 基床宽度 外肩宽（0.6倍计算堤身宽）+堤身宽+内肩宽 （0.4倍计算堤身宽）；暗基床底宽不宜小于直立 堤墙底宽度加两倍基床厚度。
直立式防波堤
直立防波堤的结构型式
直立式防波堤的断面尺寸和构
造
直立式波浪对防波堤的作用
重力式防波堤的计算
Ⅰ、直立防波堤的结构型式
直立式防波堤的结构形式有重力式和桩式两类，其中重 力式最常用。近些年来，随着港口技术的不断发展，在 一般重力式直立堤的基础上，又研制出许多可减少波浪， 增加稳定和免于或减少地基处理的新型结构，如：消能 方块，消能沉箱，大直径圆筒，削角直立堤等。 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。其功能 和构造与重力式码头基本相同。 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、巨型混凝土方块式和大直径圆筒式等。
③单位长度墙面上水平总波压力
1 p ot p dt t 1 2 d 2 d d d P

④单位长度墙底面上向上方向的总波压力
Put
Pdt b 2
3、当 L 30 、 0.139 ~ 0.2 l Sainflow公式
H
ห้องสมุดไป่ตู้
1
d
时：简化
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。这样，堤前波浪在斜面上破碎，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；同 时，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。
2、开孔消浪直立堤
将沉箱开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消能室后产生的剧烈紊 动来消能，以达到减少 波浪力的目的。同样 也可采用迎浪侧带有 消浪孔洞的方快防波 堤。它适用于水深小 于6m、波浪周期小于 6s的环境。
3、 开孔半圆形防波堤 半圆形防波堤是由半圆形拱圈和底板组成，堤身内不抛 填石料。拱圈上开孔可消耗波能，底板上开孔可减小波浪浮 托力。 特点：波浪力作用小，构件受力性能好。
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。
Ⅱ 、直立式防波堤的断面尺寸和构造
一、组成及功能 上部结构：设置交通、挡波、削波； 墙身：挡波、沙，维持港内稳定，并传递外力至基 床； 基床：保护地基免受冲刷，平整地基便于安装，分 布地基应力； 护底：保护堤前地基，免受海水淘刷 。
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 连理工大学提出的椭余(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。
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。 排桩结构呈悬工作 状态，为了改善直桩的 受力状态，可间隔设置 斜桩来顶撑直桩。
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。 这种防波堤的宽度 和埋入地基深度决定于 抗滑、抗倾稳定性。在
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 d
p ac


2 c / d n2
poc 2
d
d ( n 1)( n 2)
n max[ 0.636618 4.23264 (1 1 / d )1.67 ,1.0]
③静水面处及水下墙面上特征点处波压力强度（Poc， Pbc和Pdc） P Ap B p ( H / d ) q d
内力计算时。可将内、 外排桩视为各自独立的 单排桩，按有锚板桩的 计算方法进行计算。
3、 钢板桩格形结构防波堤 是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。 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。 其缺点是钢板桩 在水位变动区易 锈蚀，需要采取 保护措施。
2、 堤身结构 方块、沉箱、大直径圆筒、格形钢板桩等（同重力式） 对方块式，由于受到较大的波浪力作用，其最小重量应 满足P234表8-2-4的要求。具体设计时参阅规范。 3、 抛石基床结构 ⑴型式：取决于波浪水深条件和地质条件 暗基床：用于水深浅，易冲刷，表面土质差，在堤前无 近破波的情况； 明基床：由于水深大，地基承载力高，在堤前无近破波 的情况； 混合基床：用于水深大，地基差的情况，在堤前无近破 波的情况； ⑵块石重量：10～100kg ⑶护底块石：基床向海一侧需修建堤前护底，取1～2层， 厚度≮0.5m。
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。
2、沉箱直立堤
⑴沉箱墙身主要有：矩形、圆形和带消能室的砼沉箱 ⑵优点：堤身整体性好，水上安装工作量小，不需要大型 起重设备，施工进度快，箱中填以砂砾可降低造价。 ⑶缺点：沉箱的预制和水下施工需要相应的场地和设备， 要有足够的水深的航道。箱壁较薄，在水位变动区易受海 水侵蚀而损坏，而沉箱一旦破坏，修复困难。 ⑷适用条件：有条件的地方（有预制能力，滑道和船坞， 浮运水深足够）在实际工程中，矩形沉箱采用较多。 圆形沉箱受力条件较好，对波浪、水流的反射较小，但其 制作、浮运及安装较麻烦，使用受一定限制。 带消能室的沉箱，在前墙一定范围内开孔，使舱格形 成消能室，适用于须消减波浪和减少墙前反射或岸线夹角 处波能集中的地方。
Ⅲ 、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。
基床类型
T
产生条件
g / d＜ 8, d 2 H g / d 8, d 1.8 H
g / d＜ 8, d ＜ 2 H , i 1 10 1 10
波 态 立 波
暗基床和低基床
d1 2 ＞ 3 d
T
T T
g / d 8, d ＜ 1 .8 H , i
远破波 立 波 近破波
中基床
d 2 1 ＜ 1 3 d 3
d 1 1 .8 H
d1 1 . 8 H ＜
高基床
2 d1 ＞ 3 d
d 1 1 .5 H
d1 1 . 5 H ＜
立 波
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。
1、方块式直立堤
⑴墙身块体型式 方块式墙身主要有：普通方块（正砌方块、斜砌方块）、 巨型方块和消浪方块。 ⑵优点 墙身坚固耐久，施工简便，能抵御较大的波浪。 ⑶缺点 自重大，地基应力大，砼用量多，水下安装和潜水工作量 大，施工进度慢，堤身整体性能差，易随地基沉降而变形， 对不均匀沉降比较敏感。 ⑷适用条件 施工期波浪不大，现场起重设备能力较大和地基较坚实的 情况。
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
Puc Pdc b 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： t Ap B p ( H / d ) q d ②墙面各特征点波压力强度：P Ap B p ( H / d ) q d
二、断面尺寸拟定 1、高程设计 ⑴堤顶高程 允许少量越浪（无作业要求）=设计高水位+（0.6～0.7）H 基本不越浪（有作业要求）=设计高水位+（1.0～1.25） H 备注： ①直立堤设计波高，除特别注明外，均指重现期为50年、波 列累计频率为1%的波高H，但不超过浅水极限波高。 ②对于上部结构为削角型式的直立堤，其顶部高程宜取高值。 ⑵墙身顶高程（沉箱或最上层方块的顶高程） 施工水位+施工期波浪影响（0.3～0.5m）
3、 基床厚度 非岩石地基上的抛石基床厚度应由计算确定，
但粘性土地基不小于1.5m，砂土地基不小于
1.0m。
4、 堤身宽度
原则上由稳定计算确定（抗倾覆、抗滑和地 基承载能力及沉降等），初设时可取：B＝
0.8×堤高。
三、断面构造 1、上部构造 ⑴基本要求 应有足够的刚度和良好的整体性，并与墙身结构 连接牢 固。 ⑵型式 直立式，弧形式，削角面式等 对削角面式： ①削角面与水平面的夹角α可取25°～30° ②一般情况下，削角直立堤的顶标高不应低于直立顶 标 高，即至少在设计高水位以上0.7H处 ③削角平面的拐点可设在设计高水位附近 ⑶厚度 厚度≮1m，嵌入沉箱或大直径圆筒的深度≮30cm。