1、主講人： 龔尚鵬1.半圓形防波堤簡介3.半圓形防波堤案例淺析2.半圓形防波堤的優(yōu)缺點(diǎn)4.圓弧面防波堤簡介5.兩者對比實(shí)驗(yàn)研究6.參考文獻(xiàn)半圓形防波堤簡介 半圓形防波堤是由半圓形拱圈和底板組成的預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件,堤身坐落在拋石基床上。按堤頂高程是否高出靜水面可將半圓堤分為出水堤和淹沒堤（潛堤）兩大類。從提高消浪效果和減少底板浮托力的角度考慮，有的在堤身適當(dāng)開孔。按開孔情況分類，稱不開孔的為基本型，迎浪側(cè)開孔的為前面消浪型，背浪側(cè)開孔的為背面消浪型，迎浪側(cè)和背浪側(cè)均開孔的為透過型。 浮托力：地下水位上升產(chǎn)生的靜水壓力對上覆不透水巖層產(chǎn)生。1985年初由日本開發(fā)的1989年日本港灣技術(shù)研究所的谷本

2、勝利和滑川伸孝以計(jì)算直立堤上波浪力的合田良實(shí)公式為 理論基礎(chǔ)，對其相位和角度進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)性修正，提出了計(jì)算出水情況下半圓堤上波浪 力的經(jīng)驗(yàn)公式。1993年于宮崎港建造了長度為36 m的防波堤試驗(yàn)段。1994年H.Sasajima等人提出半圓堤上的波浪力水平分量小于直立墻上的波浪力水平分量。在國內(nèi) 交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院(現(xiàn)一航院)首先于1995年3月完成了天津港北大防波堤的半圓形防波堤初步設(shè)計(jì)。 隨后,又在天津港南疆第五期圍埝的東端設(shè)計(jì)了527 m長的半圓形防波堤,該堤已于1997年9月建成。 1996年10月一航院完成了長江口深水航道治理工程半圓形導(dǎo)堤結(jié)構(gòu)的專題研究,最早為長江口導(dǎo)堤建設(shè)

3、推薦了半圓形結(jié)構(gòu)方案。長江口治理的第一期工程中,南導(dǎo)堤采用半圓形結(jié)構(gòu)的堤段達(dá)到17.5 km。半圓形防波堤發(fā)展歷程半圓形防波堤優(yōu)點(diǎn)(1)與傳統(tǒng)的直立式防波堤相比,作用于半圓形防波堤上的波浪力較小,因此抗滑穩(wěn)定性能好,堤身 斷面經(jīng)濟(jì)。(2)由于作用于半圓形堤面的波浪壓力,其作用方向均通過圓心,對堤身不產(chǎn)生傾覆力矩,因此地基 應(yīng)力基本為均布狀況,適合于軟基的條件。(3)圓拱結(jié)構(gòu)的構(gòu)件受力性能好。(4)半圓形構(gòu)件全部在陸上預(yù)制,安放于整平好的拋石基床上后,即可抵御大浪的襲擊,且無現(xiàn)澆混 凝土等后續(xù)工序,因此特別適用于自然條件較差的外海地區(qū)。(5)半圓形構(gòu)件為自身穩(wěn)定結(jié)構(gòu),堤身內(nèi)勿需填石,施工簡便,石

4、料用量省。(6)對已建好的堤段,可較方便地把半圓形構(gòu)件吊起并重新安放就位。(7)半圓形防波堤的外形,在海域中具有較好的景觀效果（1）因半圓型堤的底寬約為其高度的二倍,由此帶來拋石基床比其它形式防波堤 體積增大,有可能不經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)半圓形防波堤案例淺析（天津港北大防波堤）根據(jù)天津港總體布局規(guī)劃,將在現(xiàn)有港區(qū)的北側(cè)開挖北港池,建設(shè)新的深水泊位。為此,需在原有北防波堤以北建造一道新的防波堤,稱為北大防波堤,總長約6.4 km,以滿足新建泊位的防浪和防淤要求。天津港的地理環(huán)境和自然條件并不優(yōu)越。由于其地處渤海灣西北平緩的淤泥質(zhì)海灘上,南北毗鄰。海河口和薊運(yùn)河口,因此該地區(qū)設(shè)計(jì)條件的特點(diǎn)是: 1)外堤延伸

5、較遠(yuǎn),工程規(guī)模尺度較大; 2)建堤處水深、波浪不大,但多屬于破碎波區(qū); 3)軟基深厚,土質(zhì)強(qiáng)度低,壓縮性高,滲透性差; 4)砂石料來源缺乏,大宗砂石料需由外地供應(yīng); 5)施工場地較遠(yuǎn),大型施工船舶需乘潮作業(yè)北大防波堤堤址處海底地形平緩,海底坡度約為1/1500。防波堤軸線上的深度約為- 1.0 m；海底面下表層為淤泥,層底高程約為- 7 -11 m。第二層為淤泥質(zhì)粘土,層底高程為- 12.7 -14.3 m。第二層以下為土質(zhì)較好的亞粘土和亞砂土。 對于這座防波堤 , 在方案設(shè)計(jì)階段曾經(jīng)做過多方案的比選工作。由于當(dāng)?shù)厥蠁蝺r(jià)高 , 斜坡堤結(jié)構(gòu)的造價(jià)較貴。而傳統(tǒng)的混合堤結(jié)構(gòu) , 由于自重較大 ,

6、在軟弱地基的條件下 , 一般需采用打設(shè)排水砂井或塑料排水板來進(jìn)行地基加固處理,才能滿足地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性以及沉降等要求。經(jīng)過計(jì)算比較,由于半圓形混合堤結(jié)構(gòu)的自重輕 , 采用砂墊層和土工布的簡單地基處理方法即可滿足地基整體穩(wěn)定性的要求 , 具有石料省、造價(jià)低和施工進(jìn)度快等明顯優(yōu)點(diǎn) , 被確定為1995年完成的初步設(shè)計(jì)中的主要結(jié)構(gòu)方案。過渡頁（設(shè)計(jì)好之后可以刪掉這個(gè)文本框哦）天津港半圓形防波堤(北大防波堤)斷面圖北大防波堤施工流程圖土工布，又稱土工織物，它是由合成纖維通過針刺或編織而成的透水性土工合成材料。強(qiáng)力高，耐腐蝕等特點(diǎn)。內(nèi)容頁 （設(shè)計(jì)好之后可以刪掉這個(gè)文本框哦）4.圓弧面防波堤簡介圓弧面(1

7、 /4圓)防波堤是在半圓型防波堤基礎(chǔ)上由謝世楞院士開發(fā)的一種新型防波堤。堤身由1/4圓的圓弧迎浪面、水平底板和豎直后墻組成,其底寬約相當(dāng)于半圓堤堤身的一半。與半圓形防波堤相同,圓弧面防波堤的堤身也坐落在拋石基床上。由于堤身底寬縮小將近一半,圓弧面防波堤所需要的拋石基床工程量比半圓形防波堤顯著減少,這是開發(fā)圓弧面防波堤的主要目的。圓弧面防波堤構(gòu)造組成和試驗(yàn)斷面謝世楞，著名海岸動(dòng)力及海岸工程設(shè)計(jì)專家，中國工程設(shè)計(jì)大師。中國工程院院士目前對于圓弧面防波堤相關(guān)研究較少。 天津大學(xué)吳永強(qiáng)（2004）對圓弧面防波堤做了相關(guān)研究，通過試驗(yàn)觀測證明堤身的穩(wěn)定可以滿足工程要求. 天津大學(xué)劉任在此基礎(chǔ)上對不規(guī)則波

8、浪與圓弧形防波堤相互作用做了研究，認(rèn)為不規(guī)則波浪力仍符合瑞利分布，對區(qū)域內(nèi)水體分布做了深入研究。但研究結(jié)果仍然僅限于經(jīng)驗(yàn)公式的修正，且研究成果并未在工程實(shí)踐中得到驗(yàn)證，僅處于初步狀態(tài)。 此后，國內(nèi)相繼推出了多種圓弧形防波堤結(jié)構(gòu)，如圓弧面格型結(jié)構(gòu)防波堤，在圓弧基礎(chǔ)上，加入空心沉箱式格型結(jié)構(gòu)，以增加港側(cè)堤頂兼作通道的功能，再比如謝世楞院士申請的專利新型曲面胸墻沉箱混合堤，將圓弧安放在倉格型沉箱組合上，適用于深水大浪的惡劣地區(qū)。圓弧面防波堤發(fā)展歷程圓弧面防波堤優(yōu)點(diǎn) 圓弧面防波堤吸收了半圓形防波堤水力和結(jié)構(gòu)特性的諸多優(yōu)點(diǎn)。 例如 , 以圓弧面迎浪可以減少波浪力作用;作用于圓弧面的波浪壓力通過圓心 ,

9、對堤身不產(chǎn)生傾覆力矩 ; 圓拱結(jié)構(gòu)的構(gòu)件受力性能好 ; 在陸上預(yù)制 , 便于安裝 , 施工簡便 ; 堤身內(nèi)不需填充石料 ,安放后即可抵御大浪襲擊 ; 具有較好的景觀效果等。圓弧面防波堤和半圓形防波堤各有其適用的地基條件。半圓形防波堤地基應(yīng)力基本為均布狀況 , 適合于軟基,其基床頂寬約堤身高度2倍的目的在于擴(kuò)大基床和地基的受力面積 ; 圓弧面防波堤則適合于地基較好的情況 , 可以減少基床拋石和相關(guān)的工作量。圓弧面防波堤與半圓形防波堤波浪力對比試驗(yàn) 在表1所列的水位和波浪條件下分別測定了圓弧面防波堤和半圓形防波堤波浪力,以進(jìn)行分析比較,參照半圓形防波堤波浪力計(jì)算方法確定作用在圓弧面防波堤上的波浪力

10、。在試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭醒氐躺碛嗣?、底板和背浪面布置壓力傳感?根據(jù)對堤身各部分實(shí)測波壓強(qiáng)度積分的方法確定作用于堤身的合成波浪力。合成波浪力分別以水平合力和豎向合力給出,定義行進(jìn)波的方向?yàn)樗讲ɡ肆Φ恼较?豎直向上為垂向力正方向。沿圓弧面防波堤和半圓形防波堤模型堤身布置的壓力傳感器位置如圖2所示。本次試驗(yàn)的圓弧面防波堤和半圓形防波堤堤身均未開設(shè)泄壓或泄氣孔。 （詳細(xì)計(jì)算/實(shí)驗(yàn) 方法參照 ：謝世楞, 李炎保,吳永強(qiáng),谷漢斌.圓弧面防波堤波浪力初步研究J.2006.）內(nèi)容頁 （設(shè)計(jì)好之后可以刪掉這個(gè)文本框哦）過渡頁（設(shè)計(jì)好之后可以刪掉這個(gè)文本框哦） 試驗(yàn)同步記錄了圓弧面防波堤和半圓形防波堤模型各部分的波

11、壓過程,根據(jù)這些波壓過程可得到作用于堤身的合成波浪力的變化過程 , 由此可得到對堤身穩(wěn)定性起控制條件的最大水平波浪力以及最大豎向波浪力 , 以下對波浪力的分析均以最大值為代表。試驗(yàn)結(jié)果表明 , 在相同的水位和波浪條件下 , 作用于圓弧面防波堤堤身的波浪力大于半圓形防波堤堤身上的波浪力 , 水位高于堤頂?shù)难蜎]情況下兩者的差別大于水位低于堤頂?shù)某鏊糖闆r。 圓弧面防波堤與半圓形防波堤的迎浪面完全相同 , 可根據(jù)它們的水力特性以及波浪力對比試驗(yàn)結(jié)果分析波浪力形成機(jī)理的不同點(diǎn) , 以通過修正方法確定圓弧面防波堤上的波浪力。物模和數(shù)模試驗(yàn)都表明 , 兩種類型防波堤堤前水力現(xiàn)象基本相同 , 而堤后水力現(xiàn)象

12、差別較大 , 半圓型防波堤的受力條件優(yōu)于圓弧面防波堤。其原因是圓弧面防波堤背浪面為垂直面 , 在堤頂有一個(gè)突然轉(zhuǎn)折,波浪越過時(shí)水流紊亂 , 容易出現(xiàn)尾渦 , 形成負(fù)壓區(qū) , 加大順浪方向的波浪力 ; 而半圓堤背浪面為與迎浪面光滑連接的圓弧面 , 波浪越過時(shí)成光滑繞流狀態(tài) , 不易出現(xiàn)水流紊亂。圓弧面防波堤與半圓形防波堤波浪力形成機(jī)理的差別從此圖可看到,當(dāng)波浪越過圓弧面防波堤堤頂時(shí),堤后出現(xiàn)尾渦。尾渦的出現(xiàn)在一定程度上是圓弧面防波堤垂直背浪面在堤頂劇烈轉(zhuǎn)折引起的,這與半圓形防波堤迎浪面背浪面在堤頂光滑過渡有明顯差別。是造成兩種防波堤波浪力差別的重要原因。波浪作用下圓弧面防波堤堤身周圍流場分布圖1

13、)圓弧面防波堤是在半圓形防波堤基礎(chǔ)上開發(fā)的一種新型防波堤,堤身由 1/4圓圓弧的迎浪面、水平底板和豎直后墻組成,其底寬相當(dāng)于半圓堤 堤身的一半,適合于地基較好的情況,可以顯著減少基床拋石和相關(guān)的工 作量。2)根據(jù)與半圓形防波堤相同的水位和波浪條件下的穩(wěn)定性試驗(yàn),圓弧面防 波堤的穩(wěn)定性接近于半圓形防波堤。3)通過圓弧面防波堤與半圓形防波堤波浪力對比試驗(yàn),本文建議了圓弧面 防波堤波浪力的簡化計(jì)算方法:即對半圓堤正向水平波浪力乘以一修正 系數(shù),在堤頂淹沒情況下修正系數(shù)可取1.3,在堤頂出水情況下修正系數(shù) 可取1.1。4)利用數(shù)值波浪水槽模擬圓弧面防波堤的水力特性表明,圓弧面防波堤與 半圓形防波堤波浪

14、力的主要差別在于波浪越堤后水流紊亂,容易出現(xiàn)尾 渦,形成負(fù)壓區(qū),加大順浪方向的波浪力。對比試驗(yàn)結(jié)論 復(fù)合土工布也叫軟體排,軟排.軟排上層為反濾土工布層，下層為機(jī)織布層，上下兩層之間縫制成若干單元體，每一單元體周邊充灌有沙子形成具有主肋和輔肋的框格形狀，其主肋垂直于水流方向，輔肋順著水流方向，由于復(fù)合土工布軟排具有很好的柔性，在拋石過程中，可自動(dòng)調(diào)節(jié)整體的形狀，形成良好的防護(hù)線及承載石頭的能力，具有很好的護(hù)岸功能 軟體排是利用土工織物縫接成一定尺寸的排布，在排布上加鉸鏈接砼預(yù)制板塊作為壓重而形成的一種防沖結(jié)構(gòu)。也是土工合成材料在江河岸坡、丁壩護(hù)底（護(hù)腳）中常用的一種結(jié)構(gòu)形式。它覆蓋在有水流沖刷處

15、，既能削減沖擊能量，又可利用土工織物的反濾作用，使覆蓋面下的土粒不被水流沖走。 砂肋軟體排，是用于堤壩、河岸、河床底部及灘面等防沖刷工程的軟體排。需要解決的技術(shù)問題是提供一種造價(jià)較低、整體性好、施工方便、防沖刷性能較好的軟體排。包括排布和砂肋壓載，其特征是排布上土工織物為單一土工織物或復(fù)合土工織物，復(fù)合土工織物由兩種土工織物針刺復(fù)合而成。排布上縫制均布排列的加筋帶和砂肋套，砂肋套中穿入土工織物長管袋，長管袋中充填砂料形成砂肋。砂肋軟體排適于防沖刷工程鋪設(shè)使用。 長江口半圓形導(dǎo)堤斷面圖開孔率與波浪力的影響關(guān)系圖 6 為在水深分別為 0.35m、 0.4m、 0.45m 的情 況 下 用 固 定 波 列 （ 波 周 期 T=1.4s，波 高 H=0.14m） 分別作用 4種不同開孔率的圓弧面所得到的壓力圖。結(jié)論：在一定范圍內(nèi) ， 增加開孔率會(huì)減小波浪壓力，但超過這個(gè)范圍后結(jié)構(gòu)反而會(huì)偏于危險(xiǎn)。（該論文作者認(rèn)為本次試驗(yàn)的最佳開孔率為 18.18%）詳細(xì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容參考：虞 鑫,趙利平.圓弧形護(hù)面斜坡式防波堤水動(dòng)力及消浪特性研究J.2014.參考文獻(xiàn)1謝世楞.半圓形防波堤的設(shè)計(jì)和研究進(jìn)展J.中國工程科學(xué),2000,2(11): 35- 39.2謝世楞.淹沒情況下半圓型導(dǎo)堤上的波浪力J.港工技術(shù),1