海岸工程學(xué)課件

1、上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)2022/7/28上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)第四章 防波堤工程 上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)4.2 斜坡式防波堤 4.3 直立式防波堤 4.1 概 述 上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)港口組成水域陸域進(jìn)港航道防波堤港內(nèi)錨地港內(nèi)錨地大連港上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)某魚港防波堤布置平面圖上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)某港區(qū)防波堤工程上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)通過前面的介紹，我們知道當(dāng)建港的天然海域不能滿足其掩護(hù)與泊穩(wěn)需求時，工程上用防波堤圈圍一個平穩(wěn)的水面，將港內(nèi)水域與外海隔開，使港內(nèi)水域具有更好的掩護(hù)和泊穩(wěn)條件。一、定義對于建造在開敞海岸、海灣或島嶼的港口，為防御波浪對港域的侵蝕而建造的用于掩護(hù)水域的一種結(jié)構(gòu)

2、物。4.1 概 述 上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)二、防波堤的功能 1、防御波浪、冰棱的襲擊， 保證港內(nèi)水域的平穩(wěn)；2、阻攔泥沙，減少港內(nèi)淤積， 保證港內(nèi)水深；3、堤的內(nèi)側(cè)可兼作碼頭。某魚港防波堤布置平面圖上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)三、防波堤的分類 1、按平面型式：（1）突堤：一端與岸連接，另一端伸向海中，組成港口的口門。（2）島堤：兩端均不與岸連接，位于離岸一定距離的水域中，設(shè)有堤根。（3）組合堤上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)雙突堤大連港防波堤的平面布置上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)2、按結(jié)構(gòu)型式分：斜坡式直立式混合式透空式浮式壓氣式水力式重型防波堤輕型防波堤上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)上海海事大學(xué)海岸

3、工程學(xué)（一）斜坡式：由堤心石、護(hù)面和護(hù)底組成（一般）（1） 優(yōu)點：a、消浪功能好，波浪大部分不反射；b、對地基承載要求不高，損壞后易修復(fù)；c、施工容易，一般不需大型起重設(shè)備，便于就地取材。（2） 缺點：a、護(hù)面塊石易被波浪沖走，需經(jīng)常維修，增加后期費用；b、堤兩側(cè)不能直接做系靠船舶的碼頭之用；（3） 適用范圍：適用于水深不大（20m-28m），地基承載能力有限的情況；若作直立式，地基承載力不夠；若作斜坡式，材料用量太大（斜坡堤材料用量大致與水深平方成正比）（2） 缺點：a、確定斜坡頂標(biāo)高，要經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行技術(shù)比較（建議基肩上的水深不小于2.5H）；b、論證方案穩(wěn)定性，需做模型試驗，增加設(shè)計費用，延

4、長設(shè)計時間。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)（四）特殊型式的防波堤 理論和試驗研究表明，波浪能量大部分集中在水體表面，在表層2-3倍波高范圍內(nèi)集中90%-98%的能量，因此產(chǎn)生了適應(yīng)波能這一特殊型式的防波堤。1、透空防波堤：（1） 優(yōu)點：比較經(jīng)濟(jì)，施工也容易。（2） 缺點：不能阻止泥沙進(jìn)入，不能減小水流對港內(nèi)水域的干擾。（3） 適用范圍：水深較大，波浪小，無防砂要求的水庫港、湖泊港。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)透 空 式箱 式上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)2、浮式防波堤：（1） 優(yōu)點：不受水深，地質(zhì)條件的限制；（2） 缺點：錨鏈設(shè)備復(fù)雜，可靠性差，易起錨，不能阻止泥沙進(jìn)入港內(nèi)，不能減少水流對港內(nèi)水域的影響。（3） 適

5、用范圍：波陡大，水位變幅比較大的漁港或作臨時防護(hù)。由有一定吃水深度的浮排和錨鏈系統(tǒng)組成。易拆除，易修建，較經(jīng)濟(jì)。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)3、噴氣式、噴水式防波堤：原理：使波長變短，波陡變大，直到波浪破碎，消耗波能。優(yōu)點：施工簡單，基建投資少，安裝、拆遷方便。噴 氣 式噴 水 式缺點：動力消耗大，運輸費用高。適用：圍堰施工，打撈沉船及臨時的裝卸作業(yè)。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)四、防波堤的結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計條件防波堤的設(shè)計條件包括自然條件：風(fēng)、浪、流、潮位、泥沙、冰凌、地震、地質(zhì)等使用條件：港口對防波堤功能的要求，如反射、繞射、越浪、 透浪、防沙、防流、防冰、堤頂是否利用、是否堤 內(nèi)側(cè)靠船等材料條件：砂石料

6、的開采、供應(yīng)等施工條件：施工設(shè)備、施工技術(shù)、施工作業(yè)天數(shù)等上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)防波堤的結(jié)構(gòu)選型，應(yīng)根據(jù)自然條件，材料來源，使用要求和施工條件等，通過全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較加以確定。1）水深較小時，斜坡堤 石料豐富 波高較大2）水深較大，地質(zhì)較好時，直立堤3）水深更大時，浮式防波堤，高樁承臺式防波堤4）水位變動較大或臨時的擋浪結(jié)構(gòu)，浮式防波堤上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)1、防波堤布置的主要內(nèi)容：五、防波堤的布置 防波堤的布置包括：（1）防波堤的平面布置；這些往往需要通過模型試驗來確定。（2）防波堤的口門布置；（3）防波堤的軸線布置；上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)2、防波堤布置的原則：防波堤

7、軸線布置形成的港內(nèi)水域應(yīng)是擴(kuò)散形的，波浪進(jìn)入口門內(nèi)能迅速擴(kuò)散到較大的波峰線上，使波高降低。防波堤的縱軸線一般應(yīng)向港內(nèi)拐折，120180，盡量避免向港外拐折成凹角（因為在凹角處會波能集中，波高增大），若必須向外拐，如為保護(hù)船舶進(jìn)出口門時避免受橫向波浪影響，在主堤段外端接一輔助翼端，且兩段堤軸線的外夾角角不宜小于150，且最好用圓弧連接。 軸線與波向線要斜交成6080，以減少波浪力，增加安全儲備。 堤高應(yīng)沿縱軸線按水深、地質(zhì)、波浪條件分段設(shè)計（堤頭、堤身、堤根）。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)3、堤頭環(huán)境特點 一般位于深水區(qū)且離岸最遠(yuǎn)。三面環(huán)水，受三個方向的波浪作用，受力復(fù)雜且堤前水底的水流沖刷也最強(qiáng)烈。

8、型式 斜坡式堤頭 一般為1530m長；水深較大的斜坡堤，堤頭段長度應(yīng)適當(dāng)加長。 斜坡式堤頭處，波浪容易越過堤頭形成破碎水流沖擊堤坡上的護(hù)面塊體，并向外推，受力比堤干大。因此。堤頭段內(nèi)外側(cè)的護(hù)面塊石或人工塊體的重量必須加大，或放緩堤頭內(nèi)外側(cè)的坡度。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)優(yōu)點：波浪在斜坡上破碎，因此，波浪反射下，口門附近的水域比較平穩(wěn)，船舶進(jìn)出港安全。缺點：在高水位時口門的實際寬度增加較大，對港內(nèi)水域的掩護(hù)不利。因此， 有將斜坡式防波堤的堤頭 改為直立式堤頭，即將直 立式堤頭伸入斜坡式堤身 內(nèi)一段長度。斜坡式防波堤的直立式堤頭構(gòu)造上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)直立式堤頭長度：其長度取堤頭寬度的1.52.0

9、倍，也可采用與堤干標(biāo)準(zhǔn)段相同的長度。堤頭與堤干之間應(yīng)設(shè)置變形縫。寬度：當(dāng)需要在堤頭設(shè)置燈標(biāo)或因內(nèi)側(cè)系靠船只而設(shè)置系船設(shè)施與階梯，因此在堤頭段內(nèi)側(cè)須加寬，其寬度有時可達(dá)堤干寬度的1.52.0倍。形狀：半圓形與矩形的合并形式、圓形、矩形或多邊形等形狀。（但轉(zhuǎn)角處以 做成圓形為佳，并應(yīng)向 港內(nèi)加寬，以減弱轉(zhuǎn)角 處的強(qiáng)烈波浪和水流對 建筑物的作用。）直立式堤頭的平面形狀上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)結(jié)構(gòu)型式：盡量采用與堤干結(jié)構(gòu)相同的類型。一般重力式直立堤主要采用沉箱或混凝土方塊結(jié)構(gòu)。但都要求具有較好的整體性。堤頭處基礎(chǔ)及其附近海底的基本要求: A、護(hù)底塊石層需由外側(cè)延伸至堤的內(nèi)側(cè)； B、對明基床應(yīng)適當(dāng)放緩邊坡

10、坡度，并在基肩上安放壓肩方塊、四腳空心方塊或柵攔板。壓肩方塊上的水深應(yīng)大于航道所要求的水深。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)4、堤干堤干段總長度大，沿著它的軸線地形不斷變化，各處的水深和波浪也不同，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)的變化和堤干段中的某些特殊控制點，結(jié)合沉降縫的要求，將堤干劃分非若干標(biāo)準(zhǔn)段（2030m）。然后配合堤身的斷面設(shè)計，修正各段的基床厚度和水下部分的底部高程，從而得出堤干的縱斷面圖。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué) 與岸連接段，一般位于淺水區(qū)。當(dāng)在巖石海岸建堤時，如果巖岸較陡，則堤根水深較大。5、堤根淺水區(qū)：水深較淺，波浪已破碎，波能不大，且因為水深淺難以用浮式起重機(jī)船來安放重大方塊和大沉箱，因此一般

11、采用斜坡式堤根，斜坡護(hù)面不需特殊加固，深水區(qū)：如巖石海岸，堤根可采用直立式，但如巖岸較陡，堤根處水深較大，則可能由于波浪在海岸上的反射造成堤根段的波能集中，因此要采取加強(qiáng)措施，如堆砌護(hù)面塊體較大的人工岸坡，以減少反射跌加的波能。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)防波堤的平面和縱斷面圖（a）平面圖 （b）縱斷面圖上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)六、防波堤的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（1）設(shè)計潮位標(biāo)準(zhǔn)： 設(shè)計高、低潮位：完整的一年實測潮位資料，取高潮累積率10%的潮位和低潮累積率90%的潮位； 極端高、低潮位：重現(xiàn)期50年的年極值極端高潮位和低潮位（2）設(shè)計波浪標(biāo)準(zhǔn)：重現(xiàn)期，波列累積頻率 設(shè)計波浪的波列累積頻率，是指設(shè)計波浪要素在不規(guī)則波列中的出現(xiàn)概率，代表波浪要素的短期統(tǒng)計分布規(guī)律。主要反映波浪對不同類型海工建筑物的不同作用性質(zhì)。 設(shè)計波浪的重現(xiàn)期，是指某一特定波列累積頻率的波浪平均多少年出現(xiàn)一次，代表波浪要素的長期統(tǒng)計分布規(guī)律。主要反映建筑物的使用年數(shù)和重要性。上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)1、重現(xiàn)期：斜坡式、直立式、墩柱式、樁基式 50年；護(hù)岸等非重要建筑物，25年；燈塔，100年，必要時，按照歷史最大值設(shè)計2、波列累積率：不同結(jié)構(gòu)型式，不同驗算指標(biāo)，不同部位，使用的波列累積頻率可能不同（表 5-1-1）,p168海港水文規(guī)范規(guī)定：上海海事大學(xué)海岸工程學(xué)重現(xiàn)期波高的推算方法：1 當(dāng)有較長期的波浪實測資料