直立式防波堤

直立式防波堤第一页，共六十七页，2022年，8月28日第二页，共六十七页，2022年，8月28日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。第三页，共六十七页，2022年，8月28日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。第四页，共六十七页，2022年，8月28日第五页，共六十七页，2022年，8月28日第六页，共六十七页，2022年，8月28日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，在水位变动区易受还水侵蚀而损坏，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。带节能室的沉箱，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。第七页，共六十七页，2022年，8月28日第八页，共六十七页，2022年，8月28日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。第九页，共六十七页，2022年，8月28日第十页，共六十七页，2022年，8月28日第十一页，共六十七页，2022年，8月28日二、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，为了改善直状的受力状态，可间隔设置斜桩来顶撑直桩。第十二页，共六十七页，2022年，8月28日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。第十三页，共六十七页，2022年，8月28日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。第十四页，共六十七页，2022年，8月28日三、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缔的稳定，从而减小了堤的断面。缺点：削角斜面上的越浪较大。第十五页，共六十七页，2022年，8月28日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效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。第十六页，共六十七页，2022年，8月28日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。第十七页，共六十七页，2022年，8月28日第十八页，共六十七页，2022年，8月28日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。第十九页，共六十七页，2022年，8月28日一、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。其特点是拨高增加一倍，波长和周期不变。Ⅱ、直立式波浪对直立式防波堤的作用第二十页，共六十七页，2022年，8月28日第二十一页，共六十七页，2022年，8月28日

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。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。第二十二页，共六十七页，2022年，8月28日基床类型产生条件波态暗基床和低基床立波远破波中基床立波近破波高基床立波远破波第二十三页，共六十七页，2022年，8月28日备注：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。第二十四页，共六十七页，2022年，8月28日二、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。第二十五页，共六十七页，2022年，8月28日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波面高程的计算第二十六页，共六十七页，2022年，8月28日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

③静水面处及水下墙面上特征点处波压力强度（Poc，Pbc和Pdc）第二十七页，共六十七页，2022年，8月28日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第二十八页，共六十七页，2022年，8月28日

⑥单位长度墙底面上的波浪浮托力按下式计算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：②墙面各特征点波压力强度：第二十九页，共六十七页，2022年，8月28日

③单位长度墙面上水平总波压力④单位长度墙底面上向上方向的总波压力

第三十页，共六十七页，2022年，8月28日3、当、时：简化Sainflow公式⑴浅水立波波压力：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。

第三十一页，共六十七页，2022年，8月28日第三十二页，共六十七页，2022年，8月28日⑴波峰作用时

水底处波压力强度：静水面处的波压力强度：直墙底处的波压力强度：H+hs处，p0＝0总波压力：波浮托力：第三十三页，共六十七页，2022年，8月28日第三十四页，共六十七页，2022年，8月28日⑵波谷作用时

水底处的波压力强度：静水面处波压力强度为0静水面以下（H-hs）处波压力强度：墙底处波压力强度：第三十五页，共六十七页，2022年，8月28日总波压力：总波浪浮托力：第三十六页，共六十七页，2022年，8月28日4、当，时，对立波作用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：静水面以下深Z处波压力强度：第三十七页，共六十七页，2022年，8月28日第三十八页，共六十七页，2022年，8月28日墙底处的波压力强度：波浪浮托力：单位长度墙上的总波压力：第三十九页，共六十七页，2022年，8月28日

⑵波谷作用时：按Sainflow公式计算5、当时，按深水立波计算

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：静水面以下深度Z处的波压力强度（下式中d=L/2）：静水面以下Z=L/2处的波压力强度为零。第四十页，共六十七页，2022年，8月28日

⑵波谷作用时，用修正的Sainflow公式即将立波中心线超高公式中：L/2代替，则：静水面以下深度：Z=L/2处，Pz=0第四十一页，共六十七页，2022年，8月28日三、作用于直立式防波堤的远破波波压力远破波波压力可按以下公式计算1、波峰作用时⑴静水面以上高度H处的波浪压力强度为零；⑵静水面处的波浪压力强度为：

ps=γK1K2H⑶静水面以上的波浪压力强度按直线变化；⑷静水面以下深度Z=H/2处的波浪压力强度

pz=0.7pS⑸水底处的波浪压力强度

Pd=0.6pS，d/H≤1.7

pd=0.5pS，d/H＞1.7第四十二页，共六十七页，2022年，8月28日

⑹墙底面上的浮托力为：

Pu=μbpd/22、波谷作用时⑴静水面处波浪压力强度为零；⑵静水面以下，从深度Z=H/2至水底处的波浪压力强度为：p=0.5γH⑶墙底面上方向向下的波浪力为

Pu′=bp/2第四十三页，共六十七页，2022年，8月28日四、作用在直立式码头近破波波压力计算方法有：米尼金法（计算结果偏大），前苏联规范（计算结果偏小），我国规范法。1、适用范围⑴只考虑波峰⑵直立墙明基床为抛石基床，前坡1：m，m＝2～3，基肩宽度：b＝（1～2）H，或近似于d1

第四十四页，共六十七页，2022年，8月28日

计算结果不符合上诉条件，需做模型试验。2、计算公式

⑴静水面以上高度Z处的波压力强度为0

第四十五页，共六十七页，2022年，8月28日⑵静水面处波浪压力强度当1/3＜d1/d≤2/3时当1/4＜d1/d≤1/3时

⑶墙底处的波浪压力强度pb=0.6pS第四十六页，共六十七页，2022年，8月28日⑷单位长度墙底的总波浪力按下式计算当1/3＜d1/d≤2/3时当1/4＜d1/d≤1/3时⑸墙面上的波浪浮托力第四十七页，共六十七页，2022年，8月28日备注：

1.由于近破波波压力有很强的冲击性，且破碎过程复杂，波压力不稳定（高波要素，地形，建筑物尺寸的影响）在进行防波堤平面布置和拟定结构形式时应尽量避免在设计低水位时出现近破波（即建筑物所处的位置应避开破碎带）。

2.对于低基床的直墙式建筑物，可先按建筑物前水深d绘制远破波波压力分布图，然后减去基床部分的波浪力。第四十八页，共六十七页，2022年，8月28日五、特殊情况下波浪力的处理

1、波浪越顶

方法：按不越顶计算波浪力，减去越顶部分的波压力，试验证明时偏安全的。2、削角堤波浪力

计算方法：按不同削角堤计算波压力，在斜面上，用相应高程上相同的波压力法向作用在斜面上，偏于安全。削角堤最大的缺点是越波较大。第四十九页，共六十七页，2022年，8月28日一、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。Ⅲ、直立式防波堤的断面尺寸和构造第五十页，共六十七页，2022年，8月28日二、断面尺寸拟定

1、高程设计

⑴堤顶高程允许少量要求（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）第五十一页，共六十七页，2022年，8月28日第五十二页，共六十七页，2022年，8月28日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），要避免这种情况，要求d1（d2）≥（1.5～2.0）d；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。第五十三页，共六十七页，2022年，8月28日3、基床厚度非岩石地基上的抛石基床厚度应由计算确定，但拈性土地基不小于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。

第五十四页，共六十七页，2022年，8月28日三、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。第五十五页，共六十七页，2022年，8月28日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P137表7-2-4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：10～100kg⑶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。第五十六页，共六十七页，2022年，8月28日一、重力式直立堤的承载能力极限状态、设计状况和作用组合

1、作用较码头单纯，竖向荷载仅自重力，水平荷载主要是波浪力。在进行承载能力极限状态时，应以设计波高及对应的波长确定的波浪力作为标准值。

2、设计状况及相应组合

⑴持久状况（重现期为50年）

①设计高水位时：波高采用相应的设计波高（重现期为50年），应考虑以下持久组合。Ⅳ、重力式防波堤的计算第五十七页，共六十七页，2022年，8月28日

②设计低水位时，波高采用以下两种方法：

A、当推算外海设计波浪时，应取设计低水位进行波浪浅水变形分析，求出堤前的设计波高；

B、当只有建筑物附近部分水位统计的设计波浪时，可取与设计高水位时相同的设计波高，但不超过低水位时的浅水极限波高。

③设计高水位时，堤前波态为立波，而设计低水位时，已为破碎波，尚应对设计低水位至设计高水位之间可能产生最大波浪力的水位情况进行计算。

④极端高水位时，波高采用相应的设计波高；极端低水位时，可不考虑波浪力的作用。第五十八页，共六十七页，2022年，8月28日

⑵短暂状况：应考虑以下组合对未成型的重力式直立堤进行施工期复合时，水位可采用设计高水位和设计低水位，波高的重现期可采用5～10年。⑶偶然状况在进行重力式直立堤地基承载力和整体稳定性计算时，应考虑地震作用的偶然组合。水位采用设计低水位，不记波浪与地震作用的组合。备注：

直立堤的稳定性计算，可不考虑堤内侧和堤外侧波浪相组合，即将堤内侧的水面作为静水面。第五十九页，共六十七页，2022年，8月28日二、重力式直堤计算

1、计算内容（同重力式码头类似）

⑴沿堤底和堤身各水平缝的