防波堤类型
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防波堤的类型防波堤位于港口水域外围,用以抵御风浪、保证港内有平稳水面的水工建筑物。
突出水面伸向水域与岸相连的称突堤。
立于水中与岸不相连的称岛堤。
堤头外或两堤头间的水面称为港口口门。
口门数和口门宽度应满足船舶在港内停泊、进行装卸作业时水面稳静及进出港航行安全、方便的要求。
有时,防波堤也兼用于防止泥沙和浮冰侵入港内。
防波堤内侧常兼作码头。
防波堤的堤线布置形式有单突堤式、双突堤式、岛堤式和混合式。
为使水流归顺,减少泥沙侵入港内,堤轴线常布置成环抱状。
防波堤按其断面形状及对波浪的影响可分为:斜坡式、直立式、混合式、透空式、浮式,以及配有喷气消波设备和喷水消波设备的等多种类型。
一般多采用前三种类型:①斜坡式防波堤。
常用的型式有堆石防波堤和堆石棱体上加混凝土护面块体的防波堤。
斜坡式防波堤对地基承载力的要求较低,可就地取材;施工较为简易,不需要大型起重设备,损坏后易于修复。
波浪在坡面上破碎,反射较轻微,消波性能较好。
一般适用于软土地基。
缺点是材料用量大,护面块石或人工块体因重量较小,在波浪作用下易滚落走失,须经常修补。
②直立式防波堤。
可分为重力式和桩式。
重力式一般由墙身、基床和胸墙组成,墙身大多采用方块式沉箱结构,靠建筑物本身重量保持稳定,结构坚固耐用,材料用量少,其内侧可兼作码头,适用于波浪及水深均较大而地基较好的情况。
缺点是波浪在墙身前反射,消波效果较差。
桩式一般由钢板桩或大型管桩构成连续的墙身,板桩墙之间或墙后填充块石,其强度和耐久性较差,适用于地基土质较差且波浪较小的情况。
③混合式防波堤。
采用较高的明基床,是直立式上部结构和斜坡式堤基的综合体,适用于水较深的情况。
目前防波堤建设日益走向深水,大型深水防波堤大多采用沉箱结构。
在斜坡式防波堤上和混合式防波堤的下部采用的人工块体的类型也日益增多,消波性能愈来愈好。
防波堤类型
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。
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,近来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。
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。
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。
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。
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。