1、港口工程第八章第八章 防波堤与护岸防波堤与护岸本章要点本章要点1.防波堤的作用与功能2.防波堤的分类3.防波堤设计波浪的确定4.直立式防波堤的结构形式、构造及计算5.斜坡式防波堤的结构形式、构造及计算防波堤设计与施工规范JTJ298-98第一节第一节 概述概述一、防波堤的功能和分类一、防波堤的功能和分类1.功能：功能：1）防御波浪对港域的侵袭 2）防沙、防流、防冰、导流，内侧兼作码头2.分类：分类：1）按平面分按平面分：突堤堤一端（堤根）与岸相连 岛堤堤的两端均不与岸相连 2）按结构形式分：斜坡式斜坡式古老而简单的形 式，广泛使用 直立式直立式具有直立或接近 直立的墙面 特殊形式特殊形式透空式
2、，浮式， 压气式，水力式防波堤平面图防波堤平面图斜坡式斜坡式防波堤结构形式防波堤结构形式特点：斜坡消波性能较好，堤前反射小，对地基不均匀沉降不敏感，适用于较软弱的地基。缺点：石料用量比较大。运用：水深不大，地基条件较差地区。直立式直立式防波堤结构形式防波堤结构形式适用：水深较大情况，内侧可用于靠船。地基条件较好。特点：对地基不均匀沉降较敏感，整体破坏后修复困难。特殊形式防波堤特殊形式防波堤透空式防波堤透空式防波堤波能集中于23倍波高深度。浮式防波堤浮式防波堤压气式防波堤压气式防波堤水力式防波堤水力式防波堤防波堤轴线布置：1. 各段直线用圆弧或折线相连。2. 防波堤轴线应尽量避免向外拐折形成凹角
3、，否则易造成波能集中。二、防波堤的纵轴线设计二、防波堤的纵轴线设计防波堤轴线布置：3. 突堤突堤的纵轴线区分为三段：堤头段、堤身段和堤根段。防波堤轴线布置：4. 岛堤岛堤：堤头段、堤身段。三、设计波浪确定三、设计波浪确定设计波浪的标准：设计波浪的标准： 设计波浪的重现期： 设计波浪要素：波高H、波长L、周期T、波向。 1）设计波浪的重现期）设计波浪的重现期直墙式、墩式、桩基式、普通斜坡式建筑物强度和稳定性计算50年一遇斜坡式护岸等非重要建筑25年一遇特殊重要建筑物提高标准，必要时按实测波高计算2）设计波浪的波列累积频率）设计波浪的波列累积频率建筑物型式部位设计内容波高累计频率直墙式、墩柱式上部
4、结构、墙身、墩柱、桩基强度与稳定性1%基床、护底块石稳定性5%斜坡式胸墙、堤顶方块强度与稳定性1%护面块石、护面块体稳定性13%（注）护底块石稳定性13%第二节 直立式防波堤一、直立式防波堤的结构形式一、直立式防波堤的结构形式 有重力式和桩式两种。 1. 重力式防波堤重力式防波堤 靠本身的重量来抵抗水平外力，维持建筑物的稳定性。 组成：组成： 墙身、上部结构、基床 墙身结构：墙身结构： 钢筋混凝土沉箱钢筋混凝土沉箱 混凝土方块混凝土方块 空心方块空心方块 大直径圆筒大直径圆筒钢筋混凝土沉箱钢筋混凝土沉箱特点：整体性好；箱内填块石或砂料，省造价； 施工速度快；需大型专用设备。混凝土方块防波堤混凝
5、土方块防波堤优点：优点：施工容易，结构可靠耐久，能抵抗较大的波浪；缺点：缺点：堤身整体性差，对不均匀沉降比较敏感。混凝土空心方块混凝土空心方块防波堤防波堤特点：特点：方块的长度等于堤身的宽度，避免了横断面的错缝问题，能承受较大的波浪。大直径圆筒防波堤大直径圆筒防波堤 由无底钢筋混凝土大圆筒组成，筒中填充砂石料。 根据地基的情况，圆筒可以置于基床上，也可直接沉入地基一定深度。防波堤上部结构外形：防波堤上部结构外形：（1 1）直立面）直立面防波堤上部结构外形：防波堤上部结构外形：（2 2）弧面：有效减少波浪的越堤）弧面：有效减少波浪的越堤水量水量防波堤上部结构外形：防波堤上部结构外形：（3 3）削
6、角直立堤：对波浪的反射较小，）削角直立堤：对波浪的反射较小，作用在斜面上的波浪力垂直分力对防波堤作用在斜面上的波浪力垂直分力对防波堤的稳定性有利。的稳定性有利。带消浪孔的防波堤带消浪孔的防波堤2. 桩式防波堤：地基条件软弱桩式防波堤：地基条件软弱 结构形式：结构形式： 单排桩式单排桩式 双排桩式双排桩式 钢板桩格形结构钢板桩格形结构单排桩式直立堤单排桩式直立堤 由打入地基中的排桩、桩顶部的帽梁和连接构件组成。 桩多采用钢筋混凝土管桩和钢管桩。双排桩式防波堤双排桩式防波堤 两侧是打入地基中的排桩或板桩，每排桩由纵向导梁架住，然后用拉杆将双排桩（或板桩）对拉，双排桩之间用石料填充，顶部用混凝土板覆
7、盖，然后在盖板上浇注上部结构。钢板桩格形结构防波堤钢板桩格形结构防波堤 由打入地基中的钢板桩组成封闭式的系列格形结构，在空格中填充砂或块石。优点：整体性较好，适用于水深较大、波浪较强的情况。缺点：钢板桩在水位变化区易锈蚀，要采取保护措施。1.钢筋混凝土盖板、2.刚性角、3.支承板、4.板桩墙、5.6.7.8.砂、9.密实粘土二、波浪对直立防波堤的作用二、波浪对直立防波堤的作用1 作用于直立式防波堤的波浪形态波浪形态2 作用于直立式防波堤的立波波压力3 作用于直立式防波堤的远破波波压力4 作用于直立式防波堤的近破波波压力（一）直立墙前波浪的形态：立波、远破波和近破波基床类型产生条件波浪形态暗基床
8、或低基床123dd中基床11233dd高基床113dd/8,2Tg ddH/8,1.8Tg ddH1/8,2,10Tg ddH i1/8,1.8,10Tg ddH i11.8dH11.8dH11.5dH11.5dH立波远破波立波远破波立波远破波直立式防波堤前的波浪形态（二）作用于直立式防波堤的立波波压力当d1.8H，d/L=0.050.12时，作用在直墙式建筑物上的立波波压力按下式计算：（1）波峰作用时的立波波压力：波高高程c（m）按下式计算：(/ )mcB H dd0.59412.31042.5907BT2/(0.009130.6361.2515)mTTT/TTg d静水面以上波压力分布强度
9、折点的位置hc（m）及波压力强度pac（kPa）按下式计算：2/2cchddn2(1)(2)acocppddnn1.67max0.6366184.23264(/ ),1.0nH d静水面处及水下墙面上各特征点处的波压力强度（poc、pbc和pdc）(/ )qPPpABH dd单位长度墙身上所受的总水平波压力Pc（kN/m）：22212(1)4caccoccbcdcppphppdd ddddd单位长度墙身上所受的总水平波压力的力矩Mc（kN.m/m）：2312111111()54() 2324424caccccocccbcdcMphphhppdd dddddddd单位长度墙底面上所受的波浪浮托力
10、Puc（kN/m）：12ucdcpp b（2） 波谷时的立波波压力波面高程t(/ )qtppABH dd墙面各特征点的波压力强度：(/ )qpppABH dd单位长度墙底面上所受方向向下的总波浪力Put（kN/m）：12utdtPp b（三）作用于直立式防波堤的远破波波压力1. 波峰作用时的波压力静水面以上高H处波压力强度为零，静水面处波压力强度ps（kPa）最大，为：12spK K H静水面以下Z=H/2处，波压力强度：0.7zspp水底处波压力强度pd为：0.61.70.51.7sdsdpHpdpH当 当墙底面的总浮托力合力Pu（kN/m）为：2dbpPu2. 波谷作用时的波压力静水面处波
11、压力强度为零。静水面以下深度Z=H/2处至水底的波压力强度p取为常数，且：0.5pH（四）作用于直立式防波堤的近破波波压力静水面以上高度Z处的波压力强度为零，Z按下式计算：1(0.270.53)dZHH静水面处的波压力强度ps（kPa），分下面两种情况计算：当12133dd（中基床）时11134dd111.25(1.80.16)(10.13)sHHpHdd当（高基床）时1111.25(13.936.4)(0.67) 1.03(1 0.13)sdHHpHddd直墙底处波压力强度pb（kPa）为：0.6bspp墙底面上的总波浪浮托力Pu（kN/m）为：2bubpp三、直立式防波堤的断面尺度和构造三
12、、直立式防波堤的断面尺度和构造1 抛石基床抛石基床 型式：型式： 明基床，暗基床、混合基床。 选用依据选用依据：波浪水深条件和地基条件 软基处理：软基处理：砂垫层，排水砂井。 抛石材料：抛石材料：10-100kg块石，夯实。 基床尺寸：基床尺寸：重力式防波堤重力式防波堤抛石基床堤身上部结构抛石基床堤身上部结构 2 墙身结构墙身结构 重力式防波堤的主体部分：沉箱、方块、大直径圆筒等。 墙身高：墙身高：基床上表面至施工水位以上0.30.5m 方块重量：方块重量：不应小于下表所列重量：设计波高（m）方块重量（t）设计波高（m）方块重量（t）2.6-3.5305.6-6.0603.6-4.5406.1
13、-6.5804.6-5.5506.6-7.0100 3 上部结构及挡浪墙上部结构及挡浪墙 作用：作用： 平台：增强防波堤结构整体性、保护堤身材料不被波浪淘刷； 挡浪墙：防止波浪越顶。 (2) 材料：材料： 现浇或整体装配式混凝土 (3) 结构：结构： 厚度不小于1.0m，嵌入沉箱不小于0.3m (4) 堤顶高程：堤顶高程：允许少量越浪：设计高水位（允许少量越浪：设计高水位（0.60.7倍）设计波高；倍）设计波高；不允许越浪：设计高水位（不允许越浪：设计高水位（1.01.25倍）设计波高；倍）设计波高；挡浪墙挡浪墙一荷载（作用）及其效应组合；二重力式直立堤的计算四、重力式直立防波堤计算四、重力式
14、直立防波堤计算一、作用和作用效应组合重力式直立堤上的作用：永久作用（建筑物自重）、可变作用（波浪力、冰压力）以及偶然作用（地震力）。对承载能力极限状态要考虑如下三种设计状况：1.持久状况；2.短暂状况；3.偶然状况。1.抗倾稳定性计算；2.抗滑稳定性计算；3.基床和地基的承载力验算；4.整体稳定性验算；5.地基沉降量计算；6.明基床护肩块体和堤前护底块石的稳定重量计算。二、重力式直立堤的计算与重力式码头的计算类似护底块石护底块石第三节第三节 斜坡式防波堤斜坡式防波堤一、斜坡式防波堤的结构型式一、斜坡式防波堤的结构型式 1. 抛填天然块石：抛填天然块石： 早期：不分级块石堤分级块石堤2. 抛填混
15、凝土方块：抛填混凝土方块： 石料缺乏地区斜坡式防波堤的护面材料：斜坡式防波堤的护面材料： 干砌块石干砌块石 抛填混凝土方块抛填混凝土方块 混凝土异型人工块体混凝土异型人工块体：消浪性能好、：消浪性能好、稳定性好。稳定性好。干砌块石护面干砌块石护面扭王字块体护面块石（1） 四脚锥体（2） 四脚空心方块（3） 扭工字块体（4）栅栏板栅栏板护岸栅栏板护岸二、波浪对斜坡式防波堤的作用二、波浪对斜坡式防波堤的作用波浪在斜坡上运动有两种形态：破碎和反射。1. 波浪在斜坡防波堤面上的破碎临界水深波浪在斜坡防波堤面上的破碎临界水深db221(0.470.023)bLmdHHm2. 波浪在斜坡坡面上的爬升高度波
16、浪在斜坡坡面上的爬升高度R 规则波规则波HRKR1(2) 不规则波不规则波%11%1HRKKRU系数系数K1、K2、K3K1K2K31.241.0294.98糙渗系数糙渗系数K护面块体及结构型式K护面块体及结构型式K整片光滑不透水护面（沥青混凝土）1.00块石（抛填二层）0.50-0.55混凝土护面0.90混凝土方块（抛填二层）0.50砌 石0.75-0.80四角锥体（安放二层）0.40块石（安放一层）0.60-0.65扭工字体（安放二层）0.38四角空心方块（安放一层）0.55扭工字块体0.47三、斜坡式防波堤的断面尺寸和构造三、斜坡式防波堤的断面尺寸和构造1.斜坡式防波堤的断面尺度斜坡式防
17、波堤的断面尺度 堤顶高程堤顶高程允许少量越浪：设计高水位（允许少量越浪：设计高水位（0.60.7倍）设计波高；倍）设计波高；不允许越浪：设计高水位（不允许越浪：设计高水位（1.01.25倍）设计波高。倍）设计波高。(2) 堤顶宽度堤顶宽度1.11.25倍设计波高；倍设计波高；不得小于不得小于2m。护面型式抛填或安放块石干砌或浆砌块石干砌条石安放人工块体抛填方块坡度1/m1:1.5-1:31:1.5-1:21:0.8-1:21:1.25-1:21:1-1:1.25 斜坡坡度：内坡可陡于外坡斜坡坡度：内坡可陡于外坡四、斜坡式防波堤的计算四、斜坡式防波堤的计算1 计算内容与设计状况计算内容与设计状况
18、 内容：内容： 护面快体的稳定重量和护面层厚度 栅栏板的强度 堤前护底块石的稳定重量 胸墙的强度和抗滑、抗倾稳定性 地基整体稳定性 地基沉降 设计状况：设计状况：持久状况 短暂状况 偶然状况 式中：W单个块体重（t） b块体材料重度（KN/m3） 水的重度（KN/m3） H设计波高（m） KD块体稳定系数块体稳定系数 斜坡与水平面夹角() 330.1(1)bDbHWKSctgbbS2 护面块体稳定性验算护面块体稳定性验算 护面块体稳定重量：护面块体稳定重量： 护面块体失稳形式：滑移、滚动、上举脱出。各种块体的容许失稳率及稳定系数各种块体的容许失稳率及稳定系数K KD D护面块体构造型式n(%)
19、KD说明四角空心方块安放一层014块石安放一层0-15.5抛填两层1-24.0四角锥体安放二层0-18.5扭工字体安放二层018设计波高H7.5m时124设计波高H7.5m时方块安放二层1-25.0扭王字块体安放一层018-24211.3()mdbmhH KKmcmtg 砌石护面厚度砌石护面厚度h的计算的计算a. 干砌块石或浆砌块石护面层厚度干砌块石或浆砌块石护面层厚度h：210.744(0.4760.157)bmdhHmAH b. 干砌条石护面层厚度干砌条石护面层厚度h： 式中：式中：a0栅栏板长边，沿斜坡方向布置（m） b0栅栏板短边，沿堤轴线方向布置（m） 栅栏板护面设计栅栏板护面设计
20、栅栏板结构图栅栏板结构图 栅栏板构造栅栏板构造001.25;1.0aHbH长边与短边之比1.25；平面尺寸。0.270.61 0.13 /0.235bd HhHm0.85MPH 栅栏板空隙率栅栏板空隙率 栅栏板厚度栅栏板厚度（当坡度系数m=1.52.5时） 最大波压强度最大波压强度PM(KPa)P333912ZddZHK thL3 堤顶胸墙的设计计算堤顶胸墙的设计计算 受力图受力图 波峰作用时胸墙上的平均波压强度波峰作用时胸墙上的平均波压强度 （KPa）：）：Kp与和L/H有关的平均压强系数 胸墙上的波压力分布高度：胸墙上的波压力分布高度：Kz与和L/H有关的无因次参数pHKp24. 0p1(
21、)Pp dZ2ubpP 单位长度胸墙所受总波浪力单位长度胸墙所受总波浪力P（KN/m） 单位长度胸墙底部波浪浮托力单位长度胸墙底部波浪浮托力Pu（KN/m） 波浪浮托力折减系数，取0.71/3()0.1bWhnC4 斜坡堤护面层厚度，人工块体个数，混凝土用量斜坡堤护面层厚度，人工块体个数，混凝土用量 护面层厚度护面层厚度h（m） 人工块体个数人工块体个数N：2/30.1(1)()bNAnCpW 人工护面块体混凝土用量人工护面块体混凝土用量Q（m3）：）：0.1bWQN 式中各项意义：式中各项意义： n 护面块体层数 C 块体形状系数块体形状系数 A 垂直于厚度的护面层平均面积（m2） P 护面层空隙率护面层空隙率 块体形状系数块体形状系数C C 和护面块体空隙率和护面块体空隙率PP 护面块体构造形式CP（%）说明块 石填抛两层1.040立放一层1.31.4四角锥体安放两层1.050扭工字块体安放两层1.260随机安放1.160随机安放扭王字块体安放一层1.3650随机安放 6 . 地基整体稳定性验算地基整体稳定性验算 圆弧滑动法，圆心取在堤内侧。 整体稳定性不能满足要求： 可把斜坡堤的坡度适当放缓坡度适当放缓或在堤前水底上设置反压台设置反压台。 地基加固：抛石挤淤、爆破挤淤、砂垫层、堆载预压排水砂井（塑料排水板）、土工合成材料
