第七章 防波堤

1、 第七章 防波堤与护岸 第一节 概述 第二节 直立式防波堤 第三节 斜坡式防波堤 第一节 概述 一 .防波堤的功能和分类 功能: 防御波浪对港域的侵袭,保证港口有 平稳的水域,便于船舶停靠系泊,顺利进 行货物装卸作业和上下旅客。有的防波 堤还有防沙、防流、防水、导流或内侧 兼作码头的功能。 一 防波堤的功能和分类 分类: 按平面形式: 突堤式 岛式 按结构型式: 斜坡式 直立式 及特殊型式 二 . 防波堤的纵轴线设计 纵轴线组成： 纵轴线由一段或几段直线组成,各段之间用圆弧或 折线连接,轴线应避免向外拐折形成凹角,否则会 造成波能集中。 对突堤，沿突堤的纵轴线一般分三段:堤头段、堤 身段和堤根

2、段;对岛式防波堤，只有堤头段和堤 身段。 各组成部分的结构型式：堤头段 堤身 堤根段 三 . 设计波浪的确定 设计波浪要素：波高H、波长L、波周期T 及波向。 1. 设计波浪的确定方法 根据海浪的多年现场实测资料进行统 计分析,求得各种特征波和波浪要素特征 值,由此确定设计波浪要素。 三 设计波浪的确定 2. 设计波浪的标准 设计波浪的标准包括设计波浪的重现期 和设计波浪的波列累积频率。 重现期: 是指某一特定波列累积频率平均多少年 出现一次,代表波浪要素的长期统计分布规律, 反映建筑物的使用年数和重要性。 重现期一般取50年。 三 设计波浪的确定 设计波浪的波列累积频率: 是指在实际海面上不

3、规则波列中出现频率, 代表波浪要素的短期统计分布规律.主要反映 波浪对不同类型建筑物的不同作用性质。 设计波高的波列累计频率标准见表7-1- 1。 第二节 直立式防波堤 一. 直立式防波堤的结构型式 1.重力式直立堤 主要由墙身、上部结构和基 床组成。 直立防波堤 的重大进展: 开孔直立堤 图 第二节 直立式防波堤 2.板桩式直立堤： 最简单型式： 悬臂式单排管桩 其它结构型式： 双层板桩 钢板桩格形 二. 波浪对直立式防波堤的作用 (一)作用于直立式防波堤的波浪形态 立波: 远破波: 近破波: 波浪形态判断见 表7-2-1 (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 1)当d1.8H,d/L=0.

4、050.12时 (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 (1)波峰作用时的立波波压力 波面高程： dgTT TTTm TB dHB d m c / 2515. 1636. 000913. 0/ 5907. 23104. 2 / * * 2 * 5941. 0 * (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 静水面以上波压力分布强度 折点的位置： 波压力强度： 静水面处及水下墙面上各特 征点处的波压力强度：表 2n d/2 d h cc 0 . 1 ,d/H23264. 4636618. 0maxn 2n1n 2 d p d p 67. 1 ocac q pp dHBA d p )/( (二)作用于直立

5、式防波堤的立波波压力 单位长度墙身上所受的总水平波压力（补 充P134上公式）Pc： 单位长度墙身上所受的总水平波压力的 力矩： d p d p2 d h2 1 d p dd p 2 4 1 d P dcbccoccac 2 c d p 24 1 d p 4 1 d h 4 d h12 5 d p 24 1 d h d3 1 1 dd p 2 1 d M dcbc 2 ccoccccac 3 c (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 单位长度墙底面上所 受的波浪浮托力： bp 2 1 P dcuc (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 (2)波谷时的立波波 压力 (二)作用于直立式防波堤的立波

6、波压力 波面高程： 墙面上各特征点 的波压力强度： 表 q pp t dHBA d / q pp dHBA d p / (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 单位长度墙身上总 水平波浪力： 单位长度墙身底面 上所受的方向向 下的总波浪力： d 1 d p d p 2 1 d P tdtot 2 t bp 2 1 P dtut (二)作用于直立式防波堤的立波波压力 2)当H/L 1/30,d/L=0.1390.2和 H/L 1/30,0.2d/L0.5时 直墙上的立波波压力强度按海港水文规 范计算 二 波浪对直立式防波堤的作用 (三) 作用于直立式防波 堤的远破波压力 1. 波峰作用时的波压力

7、(三) 作用于直立式防波堤的远破波压力 静水面以上高H(波高)处波压力强度为零,静水面处波压力强度最大, 为： 静水面以下H/2处,波压力为0.7Ps ；水底处波压力强度： HKKp 21s 7 . 16 . 0 7 . 15 . 0 H d p H d p d s s p 当 当 (三) 作用于直立式防波堤的远破波压力 2. 波谷作用时的波压力 (三) 作用于直立式防波堤的远破波压力 静水面处波压力强度为零； 静水面以下二 分之一波高处至水底的波压力强度取常 数,且： H5 . 0p 二 波浪对直立式防波堤的作用 (四)作用与直立式防波堤的 近破波波压力 我国规范推荐大连理 工大学的实验研究

8、成果。, 适用情况：d1 0.6H的 近破波波压力计算。 作用与直立式防波堤的近破波波压力 静水面以上Z处波压力强度为零,Z取为： H H d 53. 027. 0Z 1 作用与直立式防波堤的近破波波压力 静水面处波压力强度计算： 当 时(中基床) 当 时(高基床) 3 1 d d 3 2 1 4 1 d d 3 1 1 11 s d H 13. 0116. 0 d H 8 . 1H25. 1p 11 1 s d H 13. 0103. 167. 0 d H d d 4 .369 .13H25. 1p 作用与直立式防波堤的近破波波压力 墙底处的波压力强度： 墙底面的浮托力合力： sb p6 .

9、 0p 2 bp p b u 为浮托力折减系数，一般取0.7 三 直立式防波堤的断面尺度和构造 1. 抛石基床 便于整平，给堤底平整的基础，扩大 地基受力面以减小地基所受压力。 2. 墙身结构 可由钢筋混凝土沉箱、混凝土方块建 成。 3. 上部结构及挡浪墙 应有足够的刚度和良好的整 体性。 四 重力式直立防波堤的计算 1. 重力式直立堤的承载力极限状态设计状 况及作用组合 (1)持久状态 (2)短暂状态 (3)偶然状态 四 重力式直立防波堤的计算 2. 重力式直立防波堤的计算 验算内容：（1）（6） 明基床的基肩和面坡块石稳定重量与流速和坡度有关， 见“防波堤设计和施工规范”。 堤前护底块石的

10、稳定重量受波浪底流速影响。 若堤前是立波， 最大波浪底流速： L d4 sh g L H2 Vmax 四 重力式直立防波堤的计算 若堤前是远破波， 最大波浪 底流速： 若堤前是近破波， 最大波浪 底流速： 然后根据表825速查堤前护底块石的稳定 重量。 dHg33. 0Vmax L d4 sh g L H Vmax 第三节 斜坡式防波堤 一. 斜坡式防波堤的结构型式 可分为不分级块石和分级块石 一. 斜坡式防波堤的结构型式 护面块石 其它例：四角锥体斜坡堤 四角空心方块斜坡堤 扭工字块斜坡堤 照片 二 波浪对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临界水深 破碎临界水深经验公式

11、 二 波浪对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)规则波在斜坡式防波堤堤面上的爬高计算： K：与护面结构形式有关的糙渗系数，见表832。 MRKRM432. 0thKR HRKR 2m111 1 二 波浪对斜坡式防波堤的作用 (2)在风的直接作用下,不规则波在斜坡式防波堤 堤面上的爬高计算： Ku ：与 风速/波速 有关的系数，见表833 适用条件： (1)波浪正向或波向线近似与堤轴线正交时的波 浪作用； %11U%1 HRKKR 二 波浪对斜坡式防波堤的作用 (2)防波堤堤面坡度为1:11:5 (3)堤前相对水深 d/H=1.55.0 (4)堤前海底坡度为 i1

12、/50 三 斜坡式防波堤的断面尺度及构造 1. 斜坡式防波堤的断面尺度 (1)堤顶高程 不允许越浪时：设计高水位以上不小于1.0H 允许越浪时：设计高水位以上不小于(0.60.7)H 三 斜坡式防波堤的断面尺度及构造 (2)堤顶宽度 一般按1.101.25倍设计波高取值,但 要求不得小于2m。 (3)斜坡的坡度 外坡：一般取1:11:3之间； 内坡：可稍陡 三 斜坡式防波堤的断面尺度及构造 (4)护面块体的支承棱体和肩台 支承棱体顶高程应低于设计低水位以下1.0倍设计波高，宽 度不宜小于1.5m(书中2.0),棱体厚度不小于1.0m。 肩台：沿浪面设置的平台,施工用。顶宽不小于2m；作为消浪

13、用顶宽一般取设计波高的2.32.9倍,且不小于6.0m。 支承棱体 三 斜坡式防波堤的断面尺度及构造 2. 斜坡式防波堤的构造 主要由护面块体 、护面块体的垫层块石、堤心石 和其他部位。 垫层块石 (1)护面块体 可以增强自身 稳定性,增加堤表 面的糙度和渗透 性,提高消浪能力。 三 斜坡式防波堤的断面尺度及构造 (2)护面块体的垫层块石 块石大小与护面块体质量有关,一般不小于护面块体 重量的1/401/20。 (3)堤心石 主要作用是构成斜坡堤的基本轮廓,并支承主要防浪层。 三 斜坡式防波堤的断面尺度及构造 (4)其他部位 当防波堤允许少量波浪越顶时,内坡常在某个水位上用与堤 外相同的护面块

14、体。 为改善软弱地基的承载力增设堤底垫层,厚度和范围由稳定性 而定； 对建在可冲刷地基上的斜坡堤,堤前应设置护底块石层。 四 斜坡式防波堤的计算 1. 计算内容和计算状态 内容:护面块体的稳定重量和护面层厚度； 栏板的强度； 堤前护底块石的稳定重量。 胸墙的强度和抗滑、抗倾稳定性； 地基的整体稳定性和地基的沉降。 状态:持久、短暂、偶然。 四 斜坡式防波堤的计算 2. 护面块体稳定性计算 1)护面块体的稳定重量（HudsonHudson公式公式）: 其中 KD为块体稳定系数，见表736 范德密（范德密（Van derVan derMeerMeer）公式）公式考虑因素更多，在西方国家 广泛采用。

15、 ctgSK H W bD b 3 3 1 1 . 0 b b S 四 斜坡式防波堤的计算 2)砌石护面厚度h的计算 当m=1.53时,干砌石厚度和设置排水孔的浆砌块石厚 度： Kmd:与斜坡的m值和相对水深d/H有关，见表737。 m 1m KKH3 . 1h 2 md b ctgm 四 斜坡式防波堤的计算 当m=0.61.5,d/H=1.73.3和L/H=1225时,干砌 石护面层厚度可按下式计算： H H d 157. 0476. 0 Am 1m 744. 0h 2 b 四 斜坡式防波堤的计算 3)栅栏板护面设计 沿斜坡方向布置, 栅栏板长边： 沿堤轴线方向布置, 栅栏板短边： H25.

16、 1a 0 H0 . 1b0 照片 四 斜坡式防波堤的计算 栅栏板的厚度h(m=1.52.5): H m Hd h b 27. 0 /13. 061. 0 235. 0 四 斜坡式防波堤的计算 3. 堤顶胸墙的设计计算 四 斜坡式防波堤的计算 平均波压强度： Kp曲线 胸墙上的波压力分布高度（可看作有效受压高度）： Kz曲线 pb HKp24. 0时： L d2 thHKZd z1 四 斜坡式防波堤的计算 单位长度胸墙所受总波浪力： 单位长度胸墙底部波浪浮托力： 2 pb Pu ZdpP 1 四 斜坡式防波堤的计算 4. 斜坡堤护面层厚度、人工块体个数及混凝土用量 护面层厚度： 人工块体个数： 混凝土用量： 3/1 b 1 . 0 W C nh 3/2 b W 1 . 0 P1CAnN b 1 . 0 W NQ 四 斜坡式防波堤的计算 5. 地基整体稳定性验算 仍采用圆弧滑动,验算时,圆心一般取在 堤内侧。 有软弱夹层时，则用非圆弧法。 防波堤地基加固方法：抛石挤淤、爆炸排淤、 排水砂垫层、土工布、排水砂井