1 防波堤概述

1．1 定義和分類

1．1．1 定義

1．1．2 分類

1．2 防波堤的布置

1．2．1 布置原則

1．2．2 軸線布置

1．2．3 口門及其尺度

1．3 防波堤的構(gòu)成

1．4 防波堤工程進(jìn)展

2 防波堤設(shè)計(jì)條件和內(nèi)容

2．1 設(shè)計(jì)條件

2．1．1 潮汐水位

2．1．2 波浪

2．1．3 地質(zhì)

2．1．4 地震

2．1．5 結(jié)構(gòu)安全等級

2．1．6 防波堤結(jié)構(gòu)型式

2．2 斜坡式防波堤設(shè)計(jì)

2．2．1 斜坡堤結(jié)構(gòu)型式

2．2．2 斜坡堤斷面尺寸

2．2．3 胸墻抗滑和抗傾穩(wěn)定性

2．2．4 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

2．2．5 地基沉降計(jì)算

2．2．6 斜坡堤斷面型式案例

2．3 直立式防波堤設(shè)計(jì)

2．3．1 直立堤結(jié)構(gòu)型式

2．3．2 直立堤作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

2．3．3 直立堤穩(wěn)定性驗(yàn)算

2．3．4 基床與地基承載力驗(yàn)算

2．3．5 沉箱吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算

2．3．6 直立堤斷面型式案例

3 設(shè)計(jì)中的專題的計(jì)算

3．1 設(shè)計(jì)水位

3．1．1 設(shè)計(jì)潮位

3．1．2 極端潮位

3．1．3 天文潮與風(fēng)暴潮聯(lián)合設(shè)計(jì)潮位

3．2 設(shè)計(jì)波浪

3．2．1 浪向與頻率

3．2．2 短期特征波高的關(guān)系

3．2．3 周期的分布

3．2．4 波高與周期的聯(lián)合分布

3．2．5 海岸工程波浪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

3．2．6 基于長期測波資料的設(shè)計(jì)波浪推算

3．2．7 基于短期測波資料的設(shè)計(jì)波浪推算

3．2．8 與設(shè)計(jì)波高相對應(yīng)的設(shè)計(jì)周期的推算方法

3．3 波浪荷載

3．3．1 直立式墻面波浪力

3．3．2 斜坡式墻面波浪力

3．3．3 作用在矩形開孔沉箱防波堤上的波浪荷載

3．3．4 作用在削角直立堤上的波浪荷載

3．3．5 作用在半圓形防波堤上的波浪荷載

3．4 波浪爬高

3．4．1 單一坡度海堤上的波浪爬高

3．4．2 復(fù)式斜坡堤上的波浪爬高

3．4．3 斜向入射波對波浪爬高的影響

3．4．4 折坡式斷面上的波浪爬高

3．4．5 帶防浪墻的單坡式海堤的波浪爬高

3．4．6 堤前有壓載的波浪爬高

3．4．7 海堤前沿設(shè)有潛堤的波浪爬高

3．4．8 堤前植有防浪林的波浪爬高

3．4．9 插砌條石護(hù)面的波浪爬高

3．5 海堤越浪

3．5．1 無風(fēng)條件下的越浪量

3．5．2 風(fēng)對越浪量的影響

3．5．3 斜坡式海堤堤頂越浪量計(jì)算

3．6 堤前沖刷

3．6．1 斜坡堤前的海底沖刷

3．6．2 直立堤前的海底沖刷

3．7 護(hù)面塊體

3．7．1 常用塊體的結(jié)構(gòu)圖與立體圖

3．7．2 常用塊體的體積與基準(zhǔn)尺寸的關(guān)系

3．7．3 常用護(hù)面塊體的穩(wěn)定重量及個(gè)數(shù)計(jì)算

3．8 基床塊體

3．9 堤體沉降

3．10 基礎(chǔ)穩(wěn)定

3．10．1 海堤失穩(wěn)的成因與類型

3．10．2 海堤失穩(wěn)的典型模式

3．10．3 海堤穩(wěn)定性的計(jì)算方法

3．10．4 計(jì)算參數(shù)和安全系數(shù)的選取

3．10．5 防止海堤失穩(wěn)的工程措施

4 防波堤工程的相關(guān)數(shù)值模擬

4．1 直立堤迎浪面波壓力計(jì)算

4．1．1 數(shù)學(xué)模型

4．1．2 模型建立與網(wǎng)格劃分

4．1．3 數(shù)值波浪水槽模型的驗(yàn)證

4．1．4 直墻防波堤的數(shù)值模擬

4．1．5 結(jié)語

4．2 港池泊穩(wěn)

4．2．1 能量平衡方程

4．2．2 有限差分方程的建立

4．2．3 繞射系數(shù)圖的繪制

4．2．4 堤后水域穩(wěn)況驗(yàn)算工程應(yīng)用

4．2．5 結(jié)語

4．3 越浪影響下的低高程防波堤堤后泊穩(wěn)計(jì)算

4．3．1 防波堤的波能傳遞

4．3．2 考慮越浪影響的波浪傳播模型的數(shù)值模型

4．3．3 模型驗(yàn)證

4．3．4 低高程防波堤堤后水域穩(wěn)況計(jì)算工程應(yīng)用

4．3．5 結(jié)語

4．4 低高程防波堤上的越浪流的數(shù)值模擬

4．4．1 數(shù)學(xué)模型

4．4．2 防波堤越浪流厚度及堤后次生波的數(shù)值模擬

4．4．3 規(guī)則波在潛堤上的傳播

4．4．4 孤立波在潛堤上的傳播

4．4．5 結(jié)語

5 斜坡堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例

5．1 設(shè)計(jì)條件

5．1．1 設(shè)計(jì)水位

5．1．2 設(shè)計(jì)波浪

5．1．3 地質(zhì)

5．1．4 地震

5．1．5 結(jié)構(gòu)安全等級

5．2 斷面尺寸的確定

5．2．1 堤頂高程

5．2．2 堤頂寬度

5．2．3 邊坡坡度

5．3 斷面構(gòu)造的確定

5．3．1 護(hù)面塊體穩(wěn)定重量和護(hù)面層厚度

5．3．2 墊層塊石的重量和厚度

5．3．3 堤前護(hù)底塊石的穩(wěn)定重量和厚度

5．3．4 其他構(gòu)造

5．3．5 確定防波堤斷面圖

5．4 胸墻的穩(wěn)定性計(jì)算

5．4．1 胸墻的作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算及相應(yīng)組合

5．4．2 胸墻抗滑穩(wěn)定性的驗(yàn)算

5．4．3 胸墻抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算

5．5 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

5．5．1 港側(cè)地基穩(wěn)定性驗(yàn)算

5．5．2 海側(cè)地基穩(wěn)定驗(yàn)算

5．6 地基沉降計(jì)算

5．6．1 每延米防波堤自重計(jì)算

5．6．2 地基沉降計(jì)算

6 直立堤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)案例

6．1 設(shè)計(jì)條件

6．1．1 設(shè)計(jì)水位

6．1．2 設(shè)計(jì)波浪

6．1．3 地質(zhì)

6．1．4 地震

6．1．5 材料重度標(biāo)準(zhǔn)值

6．1．6 結(jié)構(gòu)安全等級

6．2 斷面的確定

6．2．1 堤頂高程

6．2．2 堤頇寬度

6．2．3 墻身構(gòu)造

6．2．4 基床構(gòu)造

6．2．5 堤頭段

6．2．6 確定防波堤斷面圖

6．3 直立堤作用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算

6．3．1 持久狀況

6．3．2 短暫狀況

6．4 直立堤穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．4．1 結(jié)構(gòu)斷面沿堤底的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．4．2 結(jié)構(gòu)斷面沿堤底的抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．4．3 結(jié)構(gòu)斷面沿基床底面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．5 基床與地基承載力驗(yàn)算

6．5．1 基床承載力驗(yàn)算

6．5．2 地基承載力驗(yàn)算

6．6 整體穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．6．1 極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式

6．6．2 計(jì)算條件

6．6．3 計(jì)算結(jié)果

6．7 地基沉降

6．8 沉箱吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．8．1 沉箱浮游穩(wěn)定性驗(yàn)算

6．8．2 沉箱吃水計(jì)算

6．8．3 沉箱干舷高度計(jì)算

6．9 沉箱結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算

6．9．1 承載能力極限狀態(tài)下的內(nèi)力計(jì)算

6．9．2 正常使用極限狀態(tài)下的內(nèi)力計(jì)算

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

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隨著我國海岸帶經(jīng)濟(jì)的騰飛，特別是改革開放以來，沿岸港口建設(shè)取得了跨越式發(fā)展。作為港口水域的防護(hù)結(jié)構(gòu)，許多防波堤被相繼設(shè)計(jì)和建造。《防波堤工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》旨在介紹防波堤工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與計(jì)算方法，使讀者對防波堤有一個(gè)比較全面的了解，有助于讀者從事防波堤的研究、規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造工作。

《防波堤工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》在進(jìn)行理論分析的同時(shí)，注重基本概念的介紹。第1章給出防波堤的定義和分類，防波堤的軸線布置，以及防波堤結(jié)構(gòu)的發(fā)展。第2章介紹防波堤的設(shè)計(jì)條件和內(nèi)容，著重介紹防波堤的設(shè)計(jì)流程。第3章介紹防波堤設(shè)計(jì)相關(guān)的專題研究成果，包括設(shè)計(jì)水位和設(shè)計(jì)波浪、防波堤遭受的波浪力、波浪爬高和越浪、堤前沖刷、護(hù)面塊體和基床塊體的穩(wěn)定、堤身沉降和基礎(chǔ)穩(wěn)定以及港池泊穩(wěn)計(jì)算等。第4章介紹防波堤工程的數(shù)值模擬。第5章給出典型斜坡堤的設(shè)計(jì)案例。第6章給出典型直立堤的設(shè)計(jì)案例。

島式防波堤是防波堤中的一種。防波堤的類型有：

島式防波堤按平面形式分類：

（1）突堤：防波堤的一端(堤根)與岸相連時(shí)成為突堤

（2）島式防波堤：防波堤的兩端均不與岸相連時(shí)成為島式防波堤，島式防波堤用于海岸防護(hù)時(shí)，也稱離岸堤。

島式防波堤按結(jié)構(gòu)形式分類：

（1）斜坡式：由塊石等散體材料堆筑而成，坡度一般不陡于1:1

（2）直立式：具有直立或接近直立的墻面

（3）混合堤：混合式是指斜坡堤與直立堤的混成形式。

（4）透空式：它由支墩和沒入水中一定深度的擋浪結(jié)構(gòu)組成，擋浪結(jié)構(gòu)可以是箱型，也可以做成擋浪板。

（5）浮式：浮式防波堤由浮體和錨鏈系統(tǒng)組成。

（6）壓氣式：利用安裝在水下的帶孔管道釋放壓縮空氣，形成空氣簾幕達(dá)到降低堤后波高的目的。 2100433B

防波堤的結(jié)構(gòu)一般可分為：重型、輕型兩類。

重型防波堤：是傳統(tǒng)和常用的防波堤型式，包括斜坡堤、直墻堤和混成堤等。

輕型防波堤：是近數(shù)十年來發(fā)展起來的，根據(jù)波能集中于表層的特點(diǎn)，結(jié)合工程的特殊需要而研究出來的各種輕型防波堤，如透空堤、浮堤、噴氣堤和射水堤等。

斜坡堤

波浪同斜坡堤相遇將發(fā)生顯著變形，在斜坡上破碎，給斜坡帶來局部集中的動水壓力和底流，水下坡面還出現(xiàn)向上的反壓力。因此，堤外坡常用天然大塊石、人工混凝土方塊或異形塊體護(hù)面，防止波浪淘刷；堤身一般用分層分級塊石堆成梯形斷面；堤頂高程主要根據(jù)波浪在護(hù)面上的上爬高度和容許越波量來確定。斜坡堤適用于水深較小和軟土地基的條件。

直墻堤

正向波浪在直墻堤前將發(fā)生完全或不完全反射，形成立波（駐波）。完全立波波高約為兩倍原始波高，波長不變；在墻面和墻前半波長處波峰與波谷交替出現(xiàn)，稱為波腹；在墻前四分之一波長處水面幾乎不動，稱為波節(jié)。這樣，直墻將承受立波的壓力和浮托力，因此常采用鋼筋混凝土沉箱或混凝土巨塊構(gòu)筑，波浪較小時(shí)也可采用木籠，也有采用大型管柱排列的結(jié)構(gòu)。直墻堤適用于巖基或較密實(shí)的地基，墻底常鋪一層碎石基床，堤外基床面視需要鋪設(shè)護(hù)面塊石，堤內(nèi)側(cè)可兼作碼頭用。容許越浪時(shí)堤頂高程可降低，有時(shí)還采用削角頂蓋和帶消浪空室的沉箱以減少立波壓力。斜向波浪或不規(guī)則波的方向譜分量，在直墻前反射形成三向波，峰谷呈棋盤狀交替出現(xiàn)，確定沿堤線波浪的合壓力需要考慮直墻分段的影響。

混成堤

上部為混凝土直墻、下部用斜坡式拋石突基床混合組成的防波堤。根據(jù)突基床頂高程的不同，波浪在直墻前的破碎臨界水深變化于0.8～1.7倍波高范圍內(nèi)。在滿足地基承載力的前提下，應(yīng)盡量采用較低的突基床，使直墻前水深大于臨界水深形成立波。突基床過低，直墻前水深小于臨界水深，則不可避免地形成破波，直墻上將承受壓強(qiáng)比立波壓力大得多的破波壓力，直接影響直墻的穩(wěn)定。因此，在破波條件下，應(yīng)盡量采用較高的基床，使波浪破碎在基床上，不直接沖擊直墻，此時(shí)，直墻上承受的是部分波浪或破波水流的波壓力。突基床外側(cè)需采用大塊石或人工塊體護(hù)面和壓肩。堤內(nèi)側(cè)也可兼作碼頭。

透空堤

把上部防浪結(jié)構(gòu)安設(shè)在樁、柱支撐上，構(gòu)成下部可以透水的防波堤。在波浪小、水深大的水域修建重型防波堤工程量大，不經(jīng)濟(jì)。根據(jù)波浪能量集中于海水表層的特點(diǎn)，可以采用這種輕型透空堤。由于3倍波高的表層水深內(nèi)集中了90%以上的波能，防浪結(jié)構(gòu)伸入水下2～2.5倍波高處就可以發(fā)揮防浪掩護(hù)作用。結(jié)構(gòu)型式有空箱、一兩道直擋板、斜板、平板等，其中箱和板也可做成透水的。樁、柱等支撐為透空結(jié)構(gòu)，下部波能仍可以穿越。透空堤是采用擋板固定在樁臺兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，一側(cè)用來防浪，另一側(cè)可以作碼頭用。透空堤要按波浪荷載設(shè)計(jì)。

浮堤

是由浮體和錨系設(shè)備組成的防波堤，可以消減表面波能。浮體結(jié)構(gòu)有排筏、氣囊、空箱或其他特殊形體，常用鐵錨系在沉塊上。每道浮堤要有足夠的寬度，有時(shí)需設(shè)數(shù)道浮堤才能有效地防浪，再加上其結(jié)構(gòu)的活動性，常須考慮平面布置問題。浮堤有易于搬移的特點(diǎn)，可以多處使用。浮堤結(jié)構(gòu)有較多的局限性，主要用于水深大而波浪小的水域或某些需臨時(shí)防波設(shè)施之處。

噴氣堤和射水堤

利用空壓機(jī)，通過安置在水底的有孔管道噴排氣泡，形成氣幕和兩側(cè)的環(huán)流，阻礙并消減波浪的裝置為噴氣堤；利用水泵，通過安置在水面的噴嘴噴射水流，以達(dá)到消減波能的裝置為射水堤。兩者都易于搬移，適用于施工、維修等臨時(shí)性工程，噴氣堤還用于防護(hù)爆炸沖擊波。噴氣堤與射水堤耗電量大，易發(fā)生銹蝕和生物附著，實(shí)際應(yīng)用中還存在不少具體問題。

上述所有輕型防波堤都適用于陡波條件，對長波的掩護(hù)效果較差，都有結(jié)構(gòu)單薄、易于損壞、維護(hù)要求高等弱點(diǎn)。2100433B

防波堤釋義

防波堤（breakwater；mole）防御波浪入侵，形成一個(gè)掩蔽水域所需要的水工建筑物。位于港口水域的外圍，兼防漂沙和冰凌的入侵，賴以保證港內(nèi)具有足夠的水深和平穩(wěn)的水面以滿足船舶在港內(nèi)停泊、進(jìn)行裝卸作業(yè)和出入航行的要求。有的防波堤內(nèi)側(cè)也兼作碼頭用或安裝一定的錨系設(shè)備，可供船泊靠泊。按其平面布置形狀，分突堤和島堤；按斷面形式，分斜坡式、直墻式和混成式三種。

防波堤特點(diǎn)

防波堤為阻斷波浪的沖擊力、圍護(hù)港池、維持水面平穩(wěn)以保護(hù)港口免受壞天氣影響、以便船舶安全停泊和作業(yè)而修建的水中建筑物。

防波堤還可起到防止港池淤積和波浪沖蝕岸線的作用。它是人工掩護(hù)的沿海港口的重要組成部分。一般規(guī)定港內(nèi)的容許波高在0.5～1.0米之間，具體按水域的不同部位、船舶的不同類型與噸位的需要確定。防波堤常由一、二道與岸連接的突堤或不連接的島堤組成，或由突堤和島堤共同組成。防波堤掩護(hù)的水域常有一個(gè)或幾個(gè)口門供船只進(jìn)出。

防波堤功能作用

1、防御波浪、冰棱的襲擊，保證港內(nèi)水域平穩(wěn)，為船舶提供平穩(wěn)、安全的停泊和作業(yè)條件。

2、（砂質(zhì)或泥質(zhì)海岸）減少或阻止泥沙進(jìn)港，減輕港內(nèi)淤積，保證港內(nèi)水深堤內(nèi)側(cè)可兼作碼頭，或安放系錨設(shè)備，供船舶停靠，節(jié)省投資。