第七章 防波堤

1、第七章 防波堤與護岸第一節(jié) 概述 第二節(jié) 直立式防波堤第三節(jié) 斜坡式防波堤第一節(jié) 概述一 .防波堤的功能和分類 功能: 防御波浪對港域的侵襲,保證港口有平穩(wěn)的水域,便于船舶?？肯挡?順利進行貨物裝卸作業(yè)和上下旅客。有的防波堤還有防沙、防流、防水、導流或內(nèi)側(cè)兼作碼頭的功能。一 防波堤的功能和分類 分類:按平面形式: 突堤式 島式 按結構型式: 斜坡式 直立式 及特殊型式二 . 防波堤的縱軸線設計縱軸線組成：縱軸線由一段或幾段直線組成,各段之間用圓弧或折線連接,軸線應避免向外拐折形成凹角,否則會造成波能集中。對突堤，沿突堤的縱軸線一般分三段:堤頭段、堤身段和堤根段;對島式防波堤，只有堤頭段和堤身段

2、。 各組成部分的結構型式：堤頭段 堤身 堤根段 三 . 設計波浪的確定設計波浪要素：波高H、波長L、波周期T及波向。1. 設計波浪的確定方法根據(jù)海浪的多年現(xiàn)場實測資料進行統(tǒng)計分析,求得各種特征波和波浪要素特征值,由此確定設計波浪要素。三 設計波浪的確定2. 設計波浪的標準 設計波浪的標準包括設計波浪的重現(xiàn)期和設計波浪的波列累積頻率。重現(xiàn)期: 是指某一特定波列累積頻率平均多少年出現(xiàn)一次,代表波浪要素的長期統(tǒng)計分布規(guī)律,反映建筑物的使用年數(shù)和重要性。 重現(xiàn)期一般取50年。三 設計波浪的確定設計波浪的波列累積頻率: 是指在實際海面上不規(guī)則波列中出現(xiàn)頻率,代表波浪要素的短期統(tǒng)計分布規(guī)律.主要反映波浪對

3、不同類型建筑物的不同作用性質(zhì)。 設計波高的波列累計頻率標準見表7-1-1。第二節(jié) 直立式防波堤一. 直立式防波堤的結構型式1.重力式直立堤 主要由墻身、上部結構和基床組成。直立防波堤的重大進展:開孔直立堤 圖第二節(jié) 直立式防波堤2.板樁式直立堤：最簡單型式： 懸臂式單排管樁其它結構型式： 雙層板樁 鋼板樁格形二. 波浪對直立式防波堤的作用(一)作用于直立式防波堤的波浪形態(tài)立波: 遠破波: 近破波: 波浪形態(tài)判斷見 表7-2-1(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力1)當d1.8H,d/L=0.050.12時(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力(1)波峰作用時的立波波壓力波面高程：dgTTTTTm

4、TBdHBdmc/2515. 1636. 000913. 0/5907. 23104. 2/*2*5941. 0*(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力靜水面以上波壓力分布強度折點的位置：波壓力強度：靜水面處及水下墻面上各特征點處的波壓力強度：表 2nd/2dhcc0 . 1 ,d/H23264. 4636618. 0maxn2n1n2dpdp67. 1ocacqppdHBAdp)/(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力單位長度墻身上所受的總水平波壓力（補充P134上公式）Pc：單位長度墻身上所受的總水平波壓力的力矩：dpdp2dh21dpddp241dPdcbccoccac2cdp241dp41

5、dh4dh125dp241dhd311ddp21dMdcbc2ccoccccac3c(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力單位長度墻底面上所受的波浪浮托力：bp21Pdcuc(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力(2)波谷時的立波波壓力(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力波面高程：墻面上各特征點的波壓力強度： 表qpptdHBAd/qppdHBAdp/(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力單位長度墻身上總水平波浪力：單位長度墻身底面上所受的方向向下的總波浪力：d1dpdp21dPtdtot2tbp21Pdtut(二)作用于直立式防波堤的立波波壓力2)當H/L 1/30,d/L=0.1390.2和 H

6、/L 1/30,0.2d/L0.5時 直墻上的立波波壓力強度按海港水文規(guī)范計算二 波浪對直立式防波堤的作用(三) 作用于直立式防波堤的遠破波壓力1. 波峰作用時的波壓力(三) 作用于直立式防波堤的遠破波壓力靜水面以上高H(波高)處波壓力強度為零,靜水面處波壓力強度最大,為：靜水面以下H/2處,波壓力為0.7Ps ；水底處波壓力強度：HKKp21s7 . 16 . 07 . 15 . 0HdpHdpdssp當當(三) 作用于直立式防波堤的遠破波壓力2. 波谷作用時的波壓力(三) 作用于直立式防波堤的遠破波壓力靜水面處波壓力強度為零； 靜水面以下二分之一波高處至水底的波壓力強度取常數(shù),且：H5 .

7、 0p二 波浪對直立式防波堤的作用(四)作用與直立式防波堤的近破波波壓力 我國規(guī)范推薦大連理工大學的實驗研究成果。,適用情況：d1 0.6H的近破波波壓力計算。作用與直立式防波堤的近破波波壓力靜水面以上Z處波壓力強度為零,Z取為：HHd53. 027. 0Z1作用與直立式防波堤的近破波波壓力靜水面處波壓力強度計算：當 時(中基床)當 時(高基床)31dd32141dd31111sdH13. 0116. 0dH8 . 1H25. 1p111sdH13. 0103. 167. 0dHdd4 .369 .13H25. 1p作用與直立式防波堤的近破波波壓力墻底處的波壓力強度：墻底面的浮托力合力：sbp

8、6 . 0p 2bppbu為浮托力折減系數(shù)，一般取0.7三 直立式防波堤的斷面尺度和構造1. 拋石基床 便于整平，給堤底平整的基礎，擴大地基受力面以減小地基所受壓力。2. 墻身結構 可由鋼筋混凝土沉箱、混凝土方塊建成。3. 上部結構及擋浪墻 應有足夠的剛度和良好的整體性。四 重力式直立防波堤的計算1. 重力式直立堤的承載力極限狀態(tài)設計狀況及作用組合(1)持久狀態(tài) (2)短暫狀態(tài)(3)偶然狀態(tài)四 重力式直立防波堤的計算2. 重力式直立防波堤的計算 驗算內(nèi)容：（1）（6）明基床的基肩和面坡塊石穩(wěn)定重量與流速和坡度有關，見“防波堤設計和施工規(guī)范”。 堤前護底塊石的穩(wěn)定重量受波浪底流速影響。 若堤前是

9、立波， 最大波浪底流速：Ld4shgLH2Vmax四 重力式直立防波堤的計算若堤前是遠破波， 最大波浪 底流速：若堤前是近破波， 最大波浪 底流速：然后根據(jù)表825速查堤前護底塊石的穩(wěn)定重量。dHg33. 0VmaxLd4shgLHVmax第三節(jié) 斜坡式防波堤一. 斜坡式防波堤的結構型式可分為不分級塊石和分級塊石一. 斜坡式防波堤的結構型式護面塊石其它例：四角錐體斜坡堤 四角空心方塊斜坡堤 扭工字塊斜坡堤照片二 波浪對斜坡式防波堤的作用1. 波浪在斜坡式防波堤堤面上的破碎臨界水深 破碎臨界水深經(jīng)驗公式二 波浪對斜坡式防波堤的作用2. 波浪在斜坡式防波堤面上的爬升高度R(1)規(guī)則波在斜坡式防波堤

10、堤面上的爬高計算： K：與護面結構形式有關的糙滲系數(shù)，見表832。MRKRM432. 0thKRHRKR2m1111二 波浪對斜坡式防波堤的作用(2)在風的直接作用下,不規(guī)則波在斜坡式防波堤堤面上的爬高計算： Ku ：與 風速/波速 有關的系數(shù)，見表833適用條件：(1)波浪正向或波向線近似與堤軸線正交時的波浪作用；%11U%1HRKKR二 波浪對斜坡式防波堤的作用 (2)防波堤堤面坡度為1:11:5(3)堤前相對水深 d/H=1.55.0(4)堤前海底坡度為 i1/50三 斜坡式防波堤的斷面尺度及構造1. 斜坡式防波堤的斷面尺度(1)堤頂高程 不允許越浪時：設計高水位以上不小于1.0H 允許

11、越浪時：設計高水位以上不小于(0.60.7)H 三 斜坡式防波堤的斷面尺度及構造(2)堤頂寬度 一般按1.101.25倍設計波高取值,但要求不得小于2m。(3)斜坡的坡度 外坡：一般取1:11:3之間； 內(nèi)坡：可稍陡三 斜坡式防波堤的斷面尺度及構造(4)護面塊體的支承棱體和肩臺 支承棱體頂高程應低于設計低水位以下1.0倍設計波高，寬度不宜小于1.5m(書中2.0),棱體厚度不小于1.0m。 肩臺：沿浪面設置的平臺,施工用。頂寬不小于2m；作為消浪用頂寬一般取設計波高的2.32.9倍,且不小于6.0m。支承棱體三 斜坡式防波堤的斷面尺度及構造2. 斜坡式防波堤的構造 主要由護面塊體 、護面塊體的

12、墊層塊石、堤心石 和其他部位。 墊層塊石(1)護面塊體 可以增強自身穩(wěn)定性,增加堤表面的糙度和滲透性,提高消浪能力。三 斜坡式防波堤的斷面尺度及構造(2)護面塊體的墊層塊石塊石大小與護面塊體質(zhì)量有關,一般不小于護面塊體重量的1/401/20。(3)堤心石 主要作用是構成斜坡堤的基本輪廓,并支承主要防浪層。三 斜坡式防波堤的斷面尺度及構造(4)其他部位 當防波堤允許少量波浪越頂時,內(nèi)坡常在某個水位上用與堤外相同的護面塊體。 為改善軟弱地基的承載力增設堤底墊層,厚度和范圍由穩(wěn)定性而定； 對建在可沖刷地基上的斜坡堤,堤前應設置護底塊石層。四 斜坡式防波堤的計算1. 計算內(nèi)容和計算狀態(tài)內(nèi)容:護面塊體的

13、穩(wěn)定重量和護面層厚度； 欄板的強度； 堤前護底塊石的穩(wěn)定重量。 胸墻的強度和抗滑、抗傾穩(wěn)定性； 地基的整體穩(wěn)定性和地基的沉降。狀態(tài):持久、短暫、偶然。四 斜坡式防波堤的計算2. 護面塊體穩(wěn)定性計算1)護面塊體的穩(wěn)定重量（HudsonHudson公式公式）:其中KD為塊體穩(wěn)定系數(shù)，見表736 范德密（范德密（Van derVan derMeerMeer）公式）公式考慮因素更多，在西方國家廣泛采用。ctgSKHWbDb3311 . 0bbS 四 斜坡式防波堤的計算2)砌石護面厚度h的計算 當m=1.53時,干砌石厚度和設置排水孔的漿砌塊石厚度： Kmd:與斜坡的m值和相對水深d/H有關，見表737

14、。m1mKKH3 . 1h2mdb ctgm四 斜坡式防波堤的計算當m=0.61.5,d/H=1.73.3和L/H=1225時,干砌石護面層厚度可按下式計算：HHd157. 0476. 0Am1m744. 0h2b四 斜坡式防波堤的計算3)柵欄板護面設計 沿斜坡方向布置,柵欄板長邊： 沿堤軸線方向布置,柵欄板短邊：H25. 1a0H0 . 1b0照片四 斜坡式防波堤的計算柵欄板的厚度h(m=1.52.5):HmHdhb27. 0/13. 061. 0235. 0四 斜坡式防波堤的計算3. 堤頂胸墻的設計計算四 斜坡式防波堤的計算平均波壓強度： Kp曲線胸墻上的波壓力分布高度（可看作有效受壓高度）： Kz曲線pbHKp24. 0時：Ld2thHKZdz1四 斜坡式防波堤的計算單位長度胸墻所受總波浪力：單位長度胸墻底部波浪浮托力：2pbPuZdpP1四 斜坡式防波堤的計算4. 斜坡堤護面層厚度、人工塊體個數(shù)及混凝土用量護面層厚度：人工塊體個數(shù)：混凝土用量：3/1b1 . 0WC nh3/2bW1 . 0 P1CAnNb1 . 0WNQ四 斜坡式防波堤的計算5. 地基整體穩(wěn)定性驗算仍采用圓弧滑動,驗算時,圓心一般取在堤內(nèi)側(cè)。 有軟弱夾層時，則用非圓弧法。 防波堤地基加固方法：拋石擠淤、爆炸排淤、排水砂墊