港口工程學PPT課件 第八章

港口工程ShanghaiMaritimeUniversity上海海事大學第八章防波堤與護岸本章要點防波堤的作用與功能防波堤的分類防波堤設計波浪的確定直立式防波堤的結構形式、構造及計算斜坡式防波堤的結構形式、構造及計算《防波堤設計與施工規(guī)范》JTJ298-98第一節(jié)概述一、防波堤的功能和分類功能：1）防御波浪對港域的侵襲

2）防沙、防流、防冰、導流，內側兼作碼頭分類：1）按平面分：突堤——堤一端（堤根）與岸相連島堤——堤的兩端均不與岸相連

2）按結構形式分：斜坡式——古老而簡單的形式，廣泛使用

直立式——具有直立或接近直立的墻面

特殊形式——透空式，浮式，壓氣式，水力式防波堤平面圖斜坡式防波堤結構形式特點：斜坡消波性能較好，堤前反射小，對地基不均勻沉降不敏感，適用于較軟弱的地基。缺點：石料用量比較大。運用：水深不大，地基條件較差地區(qū)。直立式防波堤結構形式適用：水深較大情況，內側可用于靠船。地基條件較好。特點：對地基不均勻沉降較敏感，整體破壞后修復困難。特殊形式防波堤透空式防波堤波能集中于2～3倍波高深度。浮式防波堤壓氣式防波堤水力式防波堤防波堤軸線布置：1.各段直線用圓弧或折線相連。2.防波堤軸線應盡量避免向外拐折形成凹角，否則易造成波能集中。二、防波堤的縱軸線設計防波堤軸線布置：3.突堤的縱軸線區(qū)分為三段：堤頭段、堤身段和堤根段。防波堤軸線布置：4.島堤：堤頭段、堤身段。三、設計波浪確定設計波浪的標準：

設計波浪的重現(xiàn)期：

設計波浪要素：波高H、波長L、周期T、波向。

1）設計波浪的重現(xiàn)期直墻式、墩式、樁基式、普通斜坡式建筑物強度和穩(wěn)定性計算50年一遇斜坡式護岸等非重要建筑25年一遇特殊重要建筑物提高標準，必要時按實測波高計算2）設計波浪的波列累積頻率建筑物型式部位設計內容波高累計頻率直墻式、墩柱式上部結構、墻身、墩柱、樁基強度與穩(wěn)定性1%基床、護底塊石穩(wěn)定性5%斜坡式胸墻、堤頂方塊強度與穩(wěn)定性1%護面塊石、護面塊體穩(wěn)定性13%（注）護底塊石穩(wěn)定性13%第二節(jié)直立式防波堤一、直立式防波堤的結構形式有重力式和樁式兩種。

1.重力式防波堤

※靠本身的重量來抵抗水平外力，維持建筑物的穩(wěn)定性。

※組成：

墻身、上部結構、基床

※墻身結構：

鋼筋混凝土沉箱

混凝土方塊空心方塊

大直徑圓筒鋼筋混凝土沉箱特點：整體性好；箱內填塊石或砂料，省造價；施工速度快；需大型專用設備。混凝土方塊防波堤優(yōu)點：施工容易，結構可靠耐久，能抵抗較大的波浪；缺點：堤身整體性差，對不均勻沉降比較敏感?；炷量招姆綁K防波堤特點：方塊的長度等于堤身的寬度，避免了橫斷面的錯縫問題，能承受較大的波浪。大直徑圓筒防波堤由無底鋼筋混凝土大圓筒組成，筒中填充砂石料。根據(jù)地基的情況，圓筒可以置于基床上，也可直接沉入地基一定深度。防波堤上部結構外形：

（1）直立面

防波堤上部結構外形：

（2）弧面：有效減少波浪的越堤水量防波堤上部結構外形：

（3）削角直立堤：對波浪的反射較小，作用在斜面上的波浪力垂直分力對防波堤的穩(wěn)定性有利。帶消浪孔的防波堤2.樁式防波堤：地基條件軟弱

※結構形式：

單排樁式雙排樁式鋼板樁格形結構單排樁式直立堤由打入地基中的排樁、樁頂部的帽梁和連接構件組成。樁多采用鋼筋混凝土管樁和鋼管樁。雙排樁式防波堤兩側是打入地基中的排樁或板樁，每排樁由縱向導梁架住，然后用拉桿將雙排樁（或板樁）對拉，雙排樁之間用石料填充，頂部用混凝土板覆蓋，然后在蓋板上澆注上部結構。鋼板樁格形結構防波堤由打入地基中的鋼板樁組成封閉式的系列格形結構，在空格中填充砂或塊石。優(yōu)點：整體性較好，適用于水深較大、波浪較強的情況。缺點：鋼板樁在水位變化區(qū)易銹蝕，要采取保護措施。1.鋼筋混凝土蓋板、2.剛性角、3.支承板、4.板樁墻、5.6.7.8.砂、9.密實粘土二、波浪對直立防波堤的作用1作用于直立式防波堤的波浪形態(tài)2作用于直立式防波堤的立波波壓力3作用于直立式防波堤的遠破波波壓力4作用于直立式防波堤的近破波波壓力（一）直立墻前波浪的形態(tài)：立波、遠破波和近破波基床類型產(chǎn)生條件波浪形態(tài)暗基床或低基床中基床高基床立波遠破波立波遠破波立波遠破波直立式防波堤前的波浪形態(tài)（二）作用于直立式防波堤的立波波壓力當d≥1.8H，d/L=0.05~0.12時，作用在直墻式建筑物上的立波波壓力按下式計算：（1）波峰作用時的立波波壓力：波高高程ηc（m）按下式計算：靜水面以上波壓力分布強度折點的位置hc（m）及波壓力強度pac（kPa）按下式計算：靜水面處及水下墻面上各特征點處的波壓力強度（poc、pbc和pdc）單位長度墻身上所受的總水平波壓力Pc（kN/m）：單位長度墻身上所受的總水平波壓力的力矩Mc（kN.m/m）：單位長度墻底面上所受的波浪浮托力Puc（kN/m）：（2）波谷時的立波波壓力波面高程墻面各特征點的波壓力強度：單位長度墻底面上所受方向向下的總波浪力Put（kN/m）：（三）作用于直立式防波堤的遠破波波壓力1.波峰作用時的波壓力靜水面以上高H處波壓力強度為零，靜水面處波壓力強度ps（kPa）最大，為：靜水面以下Z=H/2處，波壓力強度：水底處波壓力強度pd為：墻底面的總浮托力合力Pu（kN/m）為：2.波谷作用時的波壓力靜水面處波壓力強度為零。靜水面以下深度Z=H/2處至水底的波壓力強度p取為常數(shù)，且：（四）作用于直立式防波堤的近破波波壓力靜水面以上高度Z處的波壓力強度為零，Z按下式計算：靜水面處的波壓力強度ps（kPa），分下面兩種情況計算：當（中基床）時當（高基床）時直墻底處波壓力強度pb（kPa）為：墻底面上的總波浪浮托力Pu（kN/m）為：三、直立式防波堤的斷面尺度和構造1拋石基床⑴型式：明基床，暗基床、混合基床。

⑵選用依據(jù)：波浪水深條件和地基條件

⑶軟基處理：砂墊層，排水砂井。

⑷拋石材料：10-100kg塊石，夯實。

⑸基床尺寸：重力式防波堤＝拋石基床＋堤身＋上部結構

2墻身結構⑴重力式防波堤的主體部分：沉箱、方塊、大直徑圓筒等。⑵墻身高：基床上表面至施工水位以上0.3～0.5m⑶方塊重量：不應小于下表所列重量：設計波高（m）方塊重量（t）設計波高（m）方塊重量（t）2.6-3.5305.6-6.0603.6-4.5406.1-6.5804.6-5.5506.6-7.0100

3上部結構及擋浪墻

⑴作用：

平臺：增強防波堤結構整體性、保護堤身材料不被波浪淘刷；擋浪墻：防止波浪越頂。

(2)材料：現(xiàn)澆或整體裝配式混凝土

(3)結構：厚度不小于1.0m，嵌入沉箱不小于0.3m(4)堤頂高程：允許少量越浪：設計高水位＋（0.6～0.7倍）設計波高；不允許越浪：設計高水位＋（1.0～1.25倍）設計波高；擋浪墻荷載（作用）及其效應組合；重力式直立堤的計算四、重力式直立防波堤計算一、作用和作用效應組合重力式直立堤上的作用：永久作用（建筑物自重）、可變作用（波浪力、冰壓力）以及偶然作用（地震力）。對承載能力極限狀態(tài)要考慮如下三種設計狀況：持久狀況；短暫狀況；偶然狀況?？箖A穩(wěn)定性計算；抗滑穩(wěn)定性計算；基床和地基的承載力驗算；整體穩(wěn)定性驗算；地基沉降量計算；明基床護肩塊體和堤前護底塊石的穩(wěn)定重量計算。二、重力式直立堤的計算

與重力式碼頭的計算類似護底塊石第三節(jié)斜坡式防波堤一、斜坡式防波堤的結構型式

1.拋填天然塊石：

早期：不分級塊石堤分級塊石堤2.拋填混凝土方塊：石料缺乏地區(qū)斜坡式防波堤的護面材料：

⑴干砌塊石

⑵拋填混凝土方塊

⑶混凝土異型人工塊體：消浪性能好、穩(wěn)定性好。干砌塊石護面扭王字塊體護面塊石（1）四腳錐體（2）四腳空心方塊（3）扭工字塊體（4）柵欄板柵欄板護岸二、波浪對斜坡式防波堤的作用波浪在斜坡上運動有兩種形態(tài)：破碎和反射。1.波浪在斜坡防波堤面上的破碎臨界水深db2.波浪在斜坡坡面上的爬升高度R⑴規(guī)則波(2)不規(guī)則波系數(shù)K1、K2、K3K1K2K31.241.0294.98糙滲系數(shù)K△護面塊體及結構型式K△護面塊體及結構型式K△整片光滑不透水護面（瀝青混凝土）1.00塊石（拋填二層）0.50-0.55混凝土護面0.90混凝土方塊（拋填二層）0.50砌石0.75-0.80四角錐體（安放二層）0.40塊石（安放一層）0.60-0.65扭工字體（安放二層）0.38四角空心方塊（安放一層）0.55扭工字塊體0.47三、斜坡式防波堤的斷面尺寸和構造1.斜坡式防波堤的斷面尺度⑴堤頂高程允許少量越浪：設計高水位＋（0.6～0.7倍）設計波高；不允許越浪：設計高水位＋（1.0～1.25倍）設計波高。(2)堤頂寬度1.1～1.25倍設計波高；不得小于2m。護面型式拋填或安放塊石干砌或漿砌塊石干砌條石安放人工塊體拋填方塊坡度1/m1:1.5-1:31:1.5-1:21:0.8-1:21:1.25-1:21:1-1:1.25

⑶斜坡坡度：內坡可陡于外坡四、斜坡式防波堤的計算1計算內容與設計狀況

?內容：⑴護面快體的穩(wěn)定重量和護面層厚度⑵柵欄板的強度⑶堤前護底塊石的穩(wěn)定重量⑷胸墻的強度和抗滑、抗傾穩(wěn)定性⑸地基整體穩(wěn)定性⑹地基沉降

?設計狀況：⑴持久狀況

⑵短暫狀況

⑶偶然狀況式中：W—單個塊體重（t）

γb—塊體材料重度（KN/m3）

γ—水的重度（KN/m3）

H—設計波高（m）

KD—塊體穩(wěn)定系數(shù)

α—斜坡與水平面夾角(o)2護面塊體穩(wěn)定性驗算⑴護面塊體穩(wěn)定重量：護面塊體失穩(wěn)形式：滑移、滾動、上舉脫出。各種塊體的容許失穩(wěn)率及穩(wěn)定系數(shù)KD護面塊體構造型式n(%)KD說明四角空心方塊安放一層014塊石安放一層0-15.5拋填兩層1-24.0四角錐體安放二層0-18.5扭工字體安放二層018設計波高H≥7.5m時124設計波高H<7.5m時方塊安放二層1-25.0扭王字塊體安放一層018-24

⑵砌石護面厚度h的計算a.干砌塊石或漿砌塊石護面層厚度h：

b.干砌條石護面層厚度h：

式中：a0—柵欄板長邊，沿斜坡方向布置（m）

b0—柵欄板短邊，沿堤軸線方向布置（m）⑶柵欄板護面設計

☆柵欄板結構圖☆柵欄板構造

☆柵欄板空隙率

☆柵欄板厚度（當坡度系數(shù)m=1.5~2.5時）

☆

最大波壓強度PM(KPa)P＝33％～39％3堤頂胸墻的設計計算

⑴受力圖⑵波峰作用時胸墻上的平均波壓強度