1 防波堤概述

1．1 定义和分类

1．1．1 定义

1．1．2 分类

1．2 防波堤的布置

1．2．1 布置原则

1．2．2 轴线布置

1．2．3 口门及其尺度

1．3 防波堤的构成

1．4 防波堤工程进展

2 防波堤设计条件和内容

2．1 设计条件

2．1．1 潮汐水位

2．1．2 波浪

2．1．3 地质

2．1．4 地震

2．1．5 结构安全等级

2．1．6 防波堤结构型式

2．2 斜坡式防波堤设计

2．2．1 斜坡堤结构型式

2．2．2 斜坡堤断面尺寸

2．2．3 胸墙抗滑和抗倾稳定性

2．2．4 整体稳定性验算

2．2．5 地基沉降计算

2．2．6 斜坡堤断面型式案例

2．3 直立式防波堤设计

2．3．1 直立堤结构型式

2．3．2 直立堤作用标准值计算

2．3．3 直立堤稳定性验算

2．3．4 基床与地基承载力验算

2．3．5 沉箱吃水、干舷高度和浮游稳定性验算

2．3．6 直立堤断面型式案例

3 设计中的专题的计算

3．1 设计水位

3．1．1 设计潮位

3．1．2 极端潮位

3．1．3 天文潮与风暴潮联合设计潮位

3．2 设计波浪

3．2．1 浪向与频率

3．2．2 短期特征波高的关系

3．2．3 周期的分布

3．2．4 波高与周期的联合分布

3．2．5 海岸工程波浪设计标准

3．2．6 基于长期测波资料的设计波浪推算

3．2．7 基于短期测波资料的设计波浪推算

3．2．8 与设计波高相对应的设计周期的推算方法

3．3 波浪荷载

3．3．1 直立式墙面波浪力

3．3．2 斜坡式墙面波浪力

3．3．3 作用在矩形开孔沉箱防波堤上的波浪荷载

3．3．4 作用在削角直立堤上的波浪荷载

3．3．5 作用在半圆形防波堤上的波浪荷载

3．4 波浪爬高

3．4．1 单一坡度海堤上的波浪爬高

3．4．2 复式斜坡堤上的波浪爬高

3．4．3 斜向入射波对波浪爬高的影响

3．4．4 折坡式断面上的波浪爬高

3．4．5 带防浪墙的单坡式海堤的波浪爬高

3．4．6 堤前有压载的波浪爬高

3．4．7 海堤前沿设有潜堤的波浪爬高

3．4．8 堤前植有防浪林的波浪爬高

3．4．9 插砌条石护面的波浪爬高

3．5 海堤越浪

3．5．1 无风条件下的越浪量

3．5．2 风对越浪量的影响

3．5．3 斜坡式海堤堤顶越浪量计算

3．6 堤前冲刷

3．6．1 斜坡堤前的海底冲刷

3．6．2 直立堤前的海底冲刷

3．7 护面块体

3．7．1 常用块体的结构图与立体图

3．7．2 常用块体的体积与基准尺寸的关系

3．7．3 常用护面块体的稳定重量及个数计算

3．8 基床块体

3．9 堤体沉降

3．10 基础稳定

3．10．1 海堤失稳的成因与类型

3．10．2 海堤失稳的典型模式

3．10．3 海堤稳定性的计算方法

3．10．4 计算参数和安全系数的选取

3．10．5 防止海堤失稳的工程措施

4 防波堤工程的相关数值模拟

4．1 直立堤迎浪面波压力计算

4．1．1 数学模型

4．1．2 模型建立与网格划分

4．1．3 数值波浪水槽模型的验证

4．1．4 直墙防波堤的数值模拟

4．1．5 结语

4．2 港池泊稳

4．2．1 能量平衡方程

4．2．2 有限差分方程的建立

4．2．3 绕射系数图的绘制

4．2．4 堤后水域稳况验算工程应用

4．2．5 结语

4．3 越浪影响下的低高程防波堤堤后泊稳计算

4．3．1 防波堤的波能传递

4．3．2 考虑越浪影响的波浪传播模型的数值模型

4．3．3 模型验证

4．3．4 低高程防波堤堤后水域稳况计算工程应用

4．3．5 结语

4．4 低高程防波堤上的越浪流的数值模拟

4．4．1 数学模型

4．4．2 防波堤越浪流厚度及堤后次生波的数值模拟

4．4．3 规则波在潜堤上的传播

4．4．4 孤立波在潜堤上的传播

4．4．5 结语

5 斜坡堤结构设计案例

5．1 设计条件

5．1．1 设计水位

5．1．2 设计波浪

5．1．3 地质

5．1．4 地震

5．1．5 结构安全等级

5．2 断面尺寸的确定

5．2．1 堤顶高程

5．2．2 堤顶宽度

5．2．3 边坡坡度

5．3 断面构造的确定

5．3．1 护面块体稳定重量和护面层厚度

5．3．2 垫层块石的重量和厚度

5．3．3 堤前护底块石的稳定重量和厚度

5．3．4 其他构造

5．3．5 确定防波堤断面图

5．4 胸墙的稳定性计算

5．4．1 胸墙的作用标准值计算及相应组合

5．4．2 胸墙抗滑稳定性的验算

5．4．3 胸墙抗倾稳定性验算

5．5 整体稳定性验算

5．5．1 港侧地基稳定性验算

5．5．2 海侧地基稳定验算

5．6 地基沉降计算

5．6．1 每延米防波堤自重计算

5．6．2 地基沉降计算

6 直立堤结构设计案例

6．1 设计条件

6．1．1 设计水位

6．1．2 设计波浪

6．1．3 地质

6．1．4 地震

6．1．5 材料重度标准值

6．1．6 结构安全等级

6．2 断面的确定

6．2．1 堤顶高程

6．2．2 堤顸宽度

6．2．3 墙身构造

6．2．4 基床构造

6．2．5 堤头段

6．2．6 确定防波堤断面图

6．3 直立堤作用标准值计算

6．3．1 持久状况

6．3．2 短暂状况

6．4 直立堤稳定性验算

6．4．1 结构断面沿堤底的抗滑稳定性验算

6．4．2 结构断面沿堤底的抗倾稳定性验算

6．4．3 结构断面沿基床底面的抗滑稳定性验算

6．5 基床与地基承载力验算

6．5．1 基床承载力验算

6．5．2 地基承载力验算

6．6 整体稳定性验算

6．6．1 极限状态设计表达式

6．6．2 计算条件

6．6．3 计算结果

6．7 地基沉降

6．8 沉箱吃水、干舷高度和浮游稳定性验算

6．8．1 沉箱浮游稳定性验算

6．8．2 沉箱吃水计算

6．8．3 沉箱干舷高度计算

6．9 沉箱结构内力计算

6．9．1 承载能力极限状态下的内力计算

6．9．2 正常使用极限状态下的内力计算

习题

参考文献

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随着我国海岸带经济的腾飞，特别是改革开放以来，沿岸港口建设取得了跨越式发展。作为港口水域的防护结构，许多防波堤被相继设计和建造。《防波堤工程结构设计》旨在介绍防波堤工程结构设计原理与计算方法，使读者对防波堤有一个比较全面的了解，有助于读者从事防波堤的研究、规划、设计和建造工作。

《防波堤工程结构设计》在进行理论分析的同时，注重基本概念的介绍。第1章给出防波堤的定义和分类，防波堤的轴线布置，以及防波堤结构的发展。第2章介绍防波堤的设计条件和内容，着重介绍防波堤的设计流程。第3章介绍防波堤设计相关的专题研究成果，包括设计水位和设计波浪、防波堤遭受的波浪力、波浪爬高和越浪、堤前冲刷、护面块体和基床块体的稳定、堤身沉降和基础稳定以及港池泊稳计算等。第4章介绍防波堤工程的数值模拟。第5章给出典型斜坡堤的设计案例。第6章给出典型直立堤的设计案例。

岛式防波堤是防波堤中的一种。防波堤的类型有：

岛式防波堤按平面形式分类：

（1）突堤：防波堤的一端(堤根)与岸相连时成为突堤

（2）岛式防波堤：防波堤的两端均不与岸相连时成为岛式防波堤，岛式防波堤用于海岸防护时，也称离岸堤。

岛式防波堤按结构形式分类：

（1）斜坡式：由块石等散体材料堆筑而成，坡度一般不陡于1:1

（2）直立式：具有直立或接近直立的墙面

（3）混合堤：混合式是指斜坡堤与直立堤的混成形式。

（4）透空式：它由支墩和没入水中一定深度的挡浪结构组成，挡浪结构可以是箱型，也可以做成挡浪板。

（5）浮式：浮式防波堤由浮体和锚链系统组成。

（6）压气式：利用安装在水下的带孔管道释放压缩空气，形成空气帘幕达到降低堤后波高的目的。 2100433B

防波堤的结构一般可分为：重型、轻型两类。

重型防波堤：是传统和常用的防波堤型式，包括斜坡堤、直墙堤和混成堤等。

轻型防波堤：是近数十年来发展起来的，根据波能集中于表层的特点，结合工程的特殊需要而研究出来的各种轻型防波堤，如透空堤、浮堤、喷气堤和射水堤等。

斜坡堤

波浪同斜坡堤相遇将发生显著变形，在斜坡上破碎，给斜坡带来局部集中的动水压力和底流，水下坡面还出现向上的反压力。因此，堤外坡常用天然大块石、人工混凝土方块或异形块体护面，防止波浪淘刷；堤身一般用分层分级块石堆成梯形断面；堤顶高程主要根据波浪在护面上的上爬高度和容许越波量来确定。斜坡堤适用于水深较小和软土地基的条件。

直墙堤

正向波浪在直墙堤前将发生完全或不完全反射，形成立波（驻波）。完全立波波高约为两倍原始波高，波长不变；在墙面和墙前半波长处波峰与波谷交替出现，称为波腹；在墙前四分之一波长处水面几乎不动，称为波节。这样，直墙将承受立波的压力和浮托力，因此常采用钢筋混凝土沉箱或混凝土巨块构筑，波浪较小时也可采用木笼，也有采用大型管柱排列的结构。直墙堤适用于岩基或较密实的地基，墙底常铺一层碎石基床，堤外基床面视需要铺设护面块石，堤内侧可兼作码头用。容许越浪时堤顶高程可降低，有时还采用削角顶盖和带消浪空室的沉箱以减少立波压力。斜向波浪或不规则波的方向谱分量，在直墙前反射形成三向波，峰谷呈棋盘状交替出现，确定沿堤线波浪的合压力需要考虑直墙分段的影响。

混成堤

上部为混凝土直墙、下部用斜坡式抛石突基床混合组成的防波堤。根据突基床顶高程的不同，波浪在直墙前的破碎临界水深变化于0.8～1.7倍波高范围内。在满足地基承载力的前提下，应尽量采用较低的突基床，使直墙前水深大于临界水深形成立波。突基床过低，直墙前水深小于临界水深，则不可避免地形成破波，直墙上将承受压强比立波压力大得多的破波压力，直接影响直墙的稳定。因此，在破波条件下，应尽量采用较高的基床，使波浪破碎在基床上，不直接冲击直墙，此时，直墙上承受的是部分波浪或破波水流的波压力。突基床外侧需采用大块石或人工块体护面和压肩。堤内侧也可兼作码头。

透空堤

把上部防浪结构安设在桩、柱支撑上，构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，不经济。根据波浪能量集中于海水表层的特点，可以采用这种轻型透空堤。由于3倍波高的表层水深内集中了90%以上的波能，防浪结构伸入水下2～2.5倍波高处就可以发挥防浪掩护作用。结构型式有空箱、一两道直挡板、斜板、平板等，其中箱和板也可做成透水的。桩、柱等支撑为透空结构，下部波能仍可以穿越。透空堤是采用挡板固定在桩台两侧的结构，一侧用来防浪，另一侧可以作码头用。透空堤要按波浪荷载设计。

浮堤

是由浮体和锚系设备组成的防波堤，可以消减表面波能。浮体结构有排筏、气囊、空箱或其他特殊形体，常用铁锚系在沉块上。每道浮堤要有足够的宽度，有时需设数道浮堤才能有效地防浪，再加上其结构的活动性，常须考虑平面布置问题。浮堤有易于搬移的特点，可以多处使用。浮堤结构有较多的局限性，主要用于水深大而波浪小的水域或某些需临时防波设施之处。

喷气堤和射水堤

利用空压机，通过安置在水底的有孔管道喷排气泡，形成气幕和两侧的环流，阻碍并消减波浪的装置为喷气堤；利用水泵，通过安置在水面的喷嘴喷射水流，以达到消减波能的装置为射水堤。两者都易于搬移，适用于施工、维修等临时性工程，喷气堤还用于防护爆炸冲击波。喷气堤与射水堤耗电量大，易发生锈蚀和生物附着，实际应用中还存在不少具体问题。

上述所有轻型防波堤都适用于陡波条件，对长波的掩护效果较差，都有结构单薄、易于损坏、维护要求高等弱点。2100433B

防波堤释义

防波堤（breakwater；mole）防御波浪入侵，形成一个掩蔽水域所需要的水工建筑物。位于港口水域的外围，兼防漂沙和冰凌的入侵，赖以保证港内具有足够的水深和平稳的水面以满足船舶在港内停泊、进行装卸作业和出入航行的要求。有的防波堤内侧也兼作码头用或安装一定的锚系设备，可供船泊靠泊。按其平面布置形状，分突堤和岛堤；按断面形式，分斜坡式、直墙式和混成式三种。

防波堤特点

防波堤为阻断波浪的冲击力、围护港池、维持水面平稳以保护港口免受坏天气影响、以便船舶安全停泊和作业而修建的水中建筑物。

防波堤还可起到防止港池淤积和波浪冲蚀岸线的作用。它是人工掩护的沿海港口的重要组成部分。一般规定港内的容许波高在0.5～1.0米之间，具体按水域的不同部位、船舶的不同类型与吨位的需要确定。防波堤常由一、二道与岸连接的突堤或不连接的岛堤组成，或由突堤和岛堤共同组成。防波堤掩护的水域常有一个或几个口门供船只进出。

防波堤功能作用

1、防御波浪、冰棱的袭击，保证港内水域平稳，为船舶提供平稳、安全的停泊和作业条件。

2、（砂质或泥质海岸）减少或阻止泥沙进港，减轻港内淤积，保证港内水深堤内侧可兼作码头，或安放系锚设备，供船舶停靠，节省投资。