港工-第五章培训讲义

防波堤的功能和分类防波堤的轴线布置设计波浪的确定第五章防波堤概述1防波堤断面试验23营口港鲅鱼圈港区长793m北防波堤工程4广东惠州泽华油码头护岸珠海电厂5万吨码头防波堤5Ⅰ、防洪堤的功能和分类

一、功能

1、防御波浪，冰棱的袭击，保证港内水域的平稳；

2、阻拦泥沙，减少港内淤积，保证港内水深；

3、堤的内侧可兼作码头，或安放系锚设备，供船舶停靠，节省投资6二、防波堤的型式

1、按平面形式

⑴突堤：一端与岸连接,另一端伸向海中，组成港口的口门。

⑵岛堤：两端均不与岸相连，位于离岸一定距离的水域中，设有堤根，堤头和堤身。

72、按断面结构分类

⑴斜坡式：由堤心石，护面，护底组成（一般）。

①优点ａ、消浪功能好，波浪大部分不反射；ｂ、对地基承载要求不高，损坏后易修复；ｃ、施工容易，一般不需大型起重设备，便于就地取材；

②缺点ａ、护面块石易被波浪冲走，需经常维修，增加后期费用；ｂ、堤两侧不能直接作系靠船舶的码头之用。

③适用范围适用于水深不大（<10～12ｍ），当地基料价格便宜或地基较软的情况。89

⑵直立式

一般由墙身，上部结构，基础组成。在临海，临港两侧均为直立墙，底部基础多采用抛石基床，水下墙身一般采用砼方块或砼沉箱结构，上部多采用现浇、石结构（由平台和防波堤组成）1011①优点ａ、与斜坡式相比，材料用量少；ｂ、不需要经常维修；ｃ、堤内侧可兼作码头，适用方便。

②缺点

ａ、波浪反射大，消浪效果差，可能影响港内水域平静；ｂ、地基应力大，对不均匀沉降敏感。ｃ、一旦破坏，修复困难。

③适用范围

ａ、水深较大；ｂ、地基坚实，承载能力大。12⑶混合式（即高基床直立堤）

①适用范围水深较大（>20～28ｍ），地基承载能力有限的情况。若作直立式：地基承载力不够；若作斜坡式：材料用量太大（斜坡堤材料用量大致与水深的平方成正比。

②缺点ａ、确定斜坡顶标高，要经济，技术比较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。

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⑷特殊形式的防波堤

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倍波高范围内集中在水体表面，在表面2～3倍波高范围内集中90％～98％的能量，因此产生了适应波能这一特殊形式的防波堤。

①透空防波堤优点：比较经济，施工也容易缺点：不能阻止泥沙进入，不能减少水流对港内水域的干扰。适用条件：水深较大，波浪小，无防砂要求的水库港，湖泊港等。151617②浮式防波堤

由有一定吃水的浮涵或浮排和锚系组成。

A、优点不受水深，地质条件限制；易拆除，易修建，较经济。

B、缺点锚链设备复杂，可靠性差，易走锚，不能阻止泥沙进入港内，不能减少水流对港内水域的影响。

C、适用条件波陡大，水位变幅大的渔港或作临时防护。18③喷气式，喷水式防波堤

原理：使波长变短，直到波浪破碎，消耗波能。优点：施工简单，基建投资少，安装，拆迁方便。缺点：动力消耗大，运输费用高,只适用于波长较短的陡波。适用：围堰施工，打捞沉船及临时的装卸作业。191、防波堤布置的主要内容

防波堤的布置包括：

⑴防波堤的平面布置

⑵防波堤的口门布置

⑶防波堤的轴线布置这些往往需要通过模型试验来确定。Ⅱ、防波堤的轴线布置20212、布置原则

⑴防波堤轴线布置形成的港内水域应是扩散形的，波浪进入口门内能迅速扩散到较大的波峰线上，使波高降低。

⑵防波堤的纵轴线一般应向港内拐折，θ＝120°～180°，尽量避免向港外拐折成凹角β（因为在凹角处会波能集中，波高增大），

⑶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。

⑷堤高应沿纵轴线按水深、地质、波浪条件分段设计（堤头、堤身、堤根）。223、堤头

⑴环境特点一般位于深水区且离岸最远。三面环水，受三个方向的波浪作用，受力复杂且堤前水底的水流冲刷也最强烈。

⑵型式

①斜坡式堤头一般为15～30m长；对水深较大的斜坡堤，堤头段长度应适当加长。斜坡式堤头处，波浪容易越过堤头形成破碎水流冲击堤坡上的护面块体，并向外推，受力比堤干大。因此。堤头段内外侧的护面块石或人工块体的重量必须加大，或放缓堤头内外侧的坡度。2324②直立式堤头长度：其长度取堤头宽度的1.5～2.0倍，也可采用与堤干标准段相同的长度。堤头与堤干之间应设置变形缝。形状：半圆形与矩形的合并形式、圆形、矩形或多边形等形状。25264、堤干堤干段总长度大，沿着它的轴线地形不断变化，各处的水深和波浪也不同，设计时应根据地形、地质的变化和堤干段中的某些特殊控制点，结合沉降缝的要求，将堤干划分若干标准段（20～30m）。然后配合堤身的断面设计，修正各段的基床厚度和水下部分的底部高程，从而得出堤干的纵断面图。27Ⅲ、直立式防波堤主要内容：直立防波堤的结构型式直立式波浪对防波堤的作用直立式防波堤的断面尺寸和构造28291、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。301、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。

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。3132332、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）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。34353、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。363738二、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。排桩结构呈悬臂工作状态，为了改善直状的受力状态，可间隔设置斜桩来顶撑直桩。392、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。403、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。41三、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。422、开孔消浪直立堤

将沉箱靠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。它适用于水深小于6m、波浪周期小于6s的环境。433、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。444、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。4546一、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。2、直立式防波堤的断面尺寸和构造4748二、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、累计频率为1%的波高H。

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。492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，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；

②考虑地基承载能力；

③结构总造价。503、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。

51三、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522、堤身结构

方块、沉箱、大直径圆筒、格形钢板桩等（同重力式）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；明基床：用于水深大，地基承载力高；混合基床：用于水深大，地基差的情况；

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。53Ⅳ、斜坡式防波堤斜坡式防波堤的结构形式波浪与斜波堤的相互作用斜坡堤的断面设计54广东惠州泽华油码头护岸珠海电厂5万吨码头防波堤55Ⅰ、斜坡式防波堤的结构形式一、斜坡式防波堤的结构形式

按材料分，大致可分为：

⑴抛石防波堤：

⑵砌石护面防波堤：抗浪能力较差多用于波浪不大且石料来源丰富的情况。

⑶人工块体护面防波堤：抗浪能力较强，多用于波浪较大的情况。56二、斜坡式防波堤的特点与要求

1、抛石防波堤

⑴不分级堤利用开采出来的大小不等的石快，不经分选，随意抛填。断面形式有梯形、折成形。

①优点：堤身密实、沉降均匀、施工简单；

②缺点：块石重量轻，容受波浪冲击破坏、后期维修费用高，因此逐渐被分级堤替代。5758⑵分级堤按波浪对堤各部位作用的不同采用不同重量的块石，一般将较小的块石放在堤心和堤的下部，将大块石放在堤面和堤的顶层。

①优点：石料利用合理稳定性提高，便于有计划的采石料

②缺点：石料的来源和数量不易保证。

③抛石堤适用条件：水深浅、基软、石料丰富、波浪小。对不分级堤：设计波高小于2～2.5m

对分级堤：设计波高小于3～4m5960612、砼块体堆筑或护面的斜波堤

⑴抛填砼方块斜波堤

①优点：重量大（最大可达60～80t）稳定性好，抗波能力大。

②缺点：需要大型起重设备，水泥用量大、费用高。

③适用范围：波浪较大、缺乏石料，但有大型起重船的情况。6263⑵砼块体护面堤块体重量轻、效果好，一般使用于波高小于3m的情况。

①栅栏板块体

长边与短边之比：a/b=1.25；平面尺度与设计波高的关系：

a=1.25H；b=1.0H。

a---沿斜坡方向b——短边，沿堤轴线方向；

H-----设计波高。缺点：①支撑棱体承载力要求较高

②对斜坡平整度要求高。6465防波堤施工一、概述

防波堤是港口工程的重要组成部分。功能：掩护港内水域，防止波浪、泥沙、海冰等侵袭。分类：按平面布置：突堤岛堤按结构型式：斜坡堤直立堤透空式、喷气式、浮式本文主要以斜坡堤施工为例。斜坡堤用于水深浅，地质差，当地又盛产石料的地区1988年竣工的营口港鲅鱼圈港区长793m北防波堤工程。结构型式是以堤心石、垫层石为块石棱体，外侧护混凝土扭工字块，内侧护混凝土四脚空心块和压脚棱体的斜坡式防波堤洋浦小铲滩航道整治工程防波堤扭王字块护面。护面为8扭工字块1996年竣工的珠海电厂5万吨码头防波堤，堤长1,400m为抛石斜波堤四脚空心块护面结构。施工采用爆炸挤淤填石法和爆夯理坡新技术天津港北大防波堤工程庄河港栅栏板护岸玉包角雷达站护岸挡浪墙二、施工方案陆上施工：突堤，堤心石顶标高在高潮位以上，且顶宽能满足陆上机械作业要求，宜采用陆上推进施工方案。（自卸卡车，端进法抛堤心块石，同步抛护面块石保护）水上施工：岛堤（民船、驳船、自卸船抛石）陆上方案优点：①不受风浪影响，可极大增加可作业天数，必要时可昼夜作业。

水上作业部分（护底、棱体、护面）只要条件允许可一直跟进，可及时护面，形成设计断面，减少风浪损失。②陆上机械台班单价低，可减少总成本。③在风浪大时，水上作业虽已停止，但陆上作业还可抢作防浪加固，可缩短防浪的停工时间，减少浪击损失。三、施工前准备1、设置平面控制基线（或控制点）和高程控制点。2、对工程范围内的水深地形应进行实测，进一步掌握地形并据此计算、复核工程量。计算石料和块体用量时，需考虑沉降因素。3、设置控制标里程标——指示施工区段用，同时用以控制堤头、断面变化和堤身转折处，可设在陆上，与堤轴线成90°或大于30°斜交。也可直接沿堤轴线设固定的钢桩或钢管。断面标——设在断面高程变化处，堤中间视堤身长度先设2～4处固定标，后按作业需要设活动的临时断面标。4、设置潮位标。报潮位，用潮位、水深控制水下抛填的标高。用标牌形状或颜色表示潮高。潮位每涨落10cm，调整一次标牌。

5、设石料储存场和出运码头。

6、设块体预制场和出运设施。

7、设水上锚系设施→沿堤两侧多抛系缆用砼块体，块体上用锚缆系带浮鼓。

8、陆上推进施工时，需修建通往堤根的施工道路。四、软基处理斜坡堤的地基为软土时，根据软土厚度的不同，处理的方法有：挖泥换砂（置换法）；抛砂垫层或在其上加土工布；打设竖向排水通道＋抛填水平向排水砂垫层。（一）换砂、抛砂垫层和抛水平向排水砂垫层厚度大—用泥驳抛。厚度小—用方驳或民船抛。（二）打设竖向排水通道（袋装砂井或塑料排水板）简易—方驳＋吊机专用—方驳＋专用打设架先打钢套管—钢管节坡口焊接制成，管长度＝高潮水深＋船干舷高＋打入深度＋富裕量套管底有活门，从上端送入砂井或塑料排水板之后，提出套管。堆载域压（三）铺土工布整平的砂垫层上铺土工布（要求抗拉强度40～50KN/M），常用有纺布。（方驳－人力铺或方驳—吊机铺）＋潜水员配合上压二片石二片石数量0.2m3/m2，每5m检查偏位。1、铺前准备工作：①土工布拼接成卷——在空旷的平地上展开土工布，检查外观，拼成幅宽10～15m的片，缝双道缝线，搭接长度＞5cm。卷成卷，起始端Ф38mm钢管终止端Ф100mm钢管，用铅丝系扎。展开绳和张紧绳合一，只在终止端用铅丝系扎Ф219mm钢管，在钢管两端焊短钢管作为拉环的转动轴。展开绳和张紧绳分设在堤的两侧设土工布起始端、终止端铺设控制线，从堤的一端逐段插钢钎A、B、C、D，从A到B，从C到D之间拉细绳。分段长度为一次铺数片土工布有效宽度（幅度减去2m搭接长度之和），A’和B’处插钢钎，系小浮鼓，铺设船对浮鼓驻位。②砂垫层整平，整平方法同一般抛石基床整平，±30cm偏差。③铺设控制线（用钢钎之间拉细绳，定位）2、铺设后压50kg砂袋。五、施工程序（一）陆上推进施工程序1、陆上推进施工从堤根开始。由于堤根部分水深较浅，堤心石可以一次到顶向前推进。2、堤身推进到水深－1.0～－2.0以后，整个堤身已经很高，为防止继续推进造成塌坡，（波浪作用，陆上推进引起）此后堤心石的抛填，原则上需分两步进行。①第一步粗抛（水上抛），在水中抛填至±0.0m（波高较大时，需适当降低）②第二步由陆上继续推进，抛填到顶。各个工序衔接要紧密3、堤心石成型后，即重点进行外坡工序如垫层、护底、棱体以及护面等，分段流水作业，其中护底和棱体基本上可与垫层块石同步进行。突堤内侧兼作码头，或突堤顶用作通道时，其堤顶通常设胸墙。4、胸墙的施工：①若堤顶宽度较大，胸墙施工后不影响陆上机械及车辆行走，则胸墙可在堤心石成型后即开始。②若堤顶较窄，胸墙施工后影响陆上推进，则应将胸墙的施工期适当后延。③若工期允许，最好让堤身能经过一个大浪季节，沉实后再进行胸墙施工。5、胸墙施工后方可将坡肩处的护面层补齐。内坡成型可放在胸墙施工之后。6、堤身施工应注意掌握施工季节。

①堤心石第一步抛至±0.0m以下时，基本上不受风浪影响，全年均可进行，并可超前多抛。

②堤心石的第二步长高成型及抛垫层和护面等，应重点安排在非大浪季节。如需在大浪季节施工，其分段应尽量缩短，并要“步步为营”，且在风浪来临前，在堤身长高推进面及端部，用块石（必要时用护面块体）进行临时加固保护。7、在软基上施工的防波堤①其水下棱体的施工应与堤心底层抛石同步进行，而且最好先抛水下棱体，后抛堤心石，以防止堤心石滑移。②堤心的分层及其间歇时间，均须按设计要求进行。应定期观测沉降，分析地基固结情况，调整上层抛石的间歇时间。（二）水上施工的程序凡不具备陆上推进施工的斜坡堤均采用水上施工。岛式或不设胸墙的斜坡堤一般均采用这种方法。1、施工程序从一端开始。先抛棱体下部基础，接着抛棱体和护底，然后抛堤心石。2、堤心石原则上也分两步进行：①第一步粗抛，标高控制在±0.0m左右。②第二步一次到顶。内坡堤心的戗台，可作为第二步抛石的一个分层。3、同陆上施工，要注意掌握施工季节。4、堤身和护面，在海况条件好时，应以外坡为主，但内坡也要及时护上。因为这种斜坡堤的堤顶低，堤身窄，在护面没有全部完成时，往往越浪把内坡打坏。六、抛填块石（一）堤心石——10～100kg块石，无级配要求，不成片状，无严重风化和裂纹。

水上抛类似抛石基床。陆上抛有时要架设车辆调头平台。堤顶宽度不够时，需设车辆调头平台，填海工程一般采用加宽某段堤身的方式作为掉头平台。抛后边坡自然坡度1：1，比设计坡度陡（1：1.25～1：3）抛填时堤内外侧边线比设计线放宽几米，用人力削平坡。堤顶内侧边线比设计线缩窄0.5～1m，利用散落在堤上的零星块石或施工胸墙挖出的块石，人力补抛，水下不足部分，用吊机或民船、驳船补抛。（二）垫层石100～200kg块石或更大，强度≮30MPa，无严重风化。重量≮护面快体重量的1/20~1/40200kg以下，可用民船、人力抛；200kg以上，用吊机—方驳。垫层块石一般较大较重，抛填时“宁低勿高”。垫层的理坡（对平整度要求严格时）：滑轨法:导轨间距6m左右。滑轨为Ф75～100mm的细钢管或8kg/m轻轨，去高补低。滑线法:埋设排桩，间距