第九章  斜坡式防波堤 斜坡式防波堤的结构形式 波浪与斜波堤的相互作用  斜坡堤的断面设计 斜坡式防波堤的计算  Ⅰ、斜坡式防波堤的结构形式 一、斜坡式防波堤的结构形式     按材料分，大致可分为：     ⑴抛石防波堤：抗浪能力较差多用于波浪不大且石料来     ⑵砌石护面防波堤：源丰富的情况。     ⑶人工块体护面防波堤：抗浪能力较强，多用于波浪较大的情况。 二、斜坡式防波堤的特点与要求  1、抛石防波堤     ⑴不分级堤     利用开采出来的大小不等的石快，不经分选，随意抛填。断面形式有梯形、折成形。     ①优点：堤身密实、沉降均匀、施工简单；        ②缺点：块石重量轻，容受波浪冲击破坏、后期维修费用高，因此逐渐被分级堤替代。     ⑵分级堤 　　按波浪对堤各部位作用的不同采用不同重量的块石，一般将较小的块石放在堤心和堤的下部，将大块石放在堤面和堤的顶层。  　 ①优点：石料利用合理，定性提高，便于有计划的采石料     ②缺点：石料的来源和数量不易保证。     ③抛石堤适用条件：水深浅、基软、石料丰富、波浪小。 　　对不分级堤：设计波高小于2～2.5m     对分级堤：设计波高小于3～4m   2、砼块体堆筑或护面的斜波堤     ⑴抛填砼方块斜波堤     ①优点：重量大（最大可达60～80t）稳定性好，抗波能力大。  　②缺点：需要大型起重设备，水泥用量大、费用高。    ③适用范围：波浪较大、缺乏石料，但有大型起重船的情况。     ⑵砼块体护面堤    块体重量轻、效果好，一般使用于波高小于3m的情况。     ①栅栏板块体 　　长边与短边之比：a/b=1.25；     平面尺度与设计波高的关系： a=1.25H；b=1.0H。     a---沿斜坡方向  b——短边，沿堤轴线方向；H-----设计波高。     空隙率：P′=33％～39％     当斜坡坡度：i=1：15～1：1.25时，栅栏板的厚度h：       缺点：①支撑棱体承载力要求较高②对斜坡平整度要求高。     ⑵异形方块     特点：①形状因素比较好，即具有高度的不规则性， 有利于块体之间相互结合，增大块体的稳定性；②空隙率 大，表面粗糙，有利于波浪在斜坡上破碎，波能消散。目 前常用的异形方块有：     四足锥体、四足空心方块、扭工字、铁砧体、三柱体、 六脚锥体。     缺点：块体形状复杂、制作麻烦、施工（起吊）和使 用中因肢体连接部位较弱易断裂，从而失去块体的防护作 用，给防波堤带来险情。     护面块体适用于：水深大、波浪大、地质条件软的情 况。  Ⅱ、波浪与斜波堤的相互作用  ㈠、波浪进入斜坡范围的运动特征  1、波浪进入斜坡范围后，底部受斜坡阻挠，使其前坡变 陡，后坡变坦；  2、到db位置时，波峰失去平衡，产生破碎；  3、破碎后波浪产生强大的射流，冲击坡面，上下漫开；  4、部分水体爬到一定高度，由于动能转化为势能，在重 力作用下，沿斜坡面流，冲刷坡面。 ㈡、波浪与斜坡的相互作用  1、斜坡倾斜时对波浪运动形态的影响（即波浪的破碎、反射）     ⑴破碎影响（i=1：m）     试验证明：     m≥5，完全破碎，不放射     1 m 5，大部分破碎，很少放射（α 45°）     m≤1，大部分放射，很少破碎（α≥45°）     设计时，当墙面平整，且不透水时：     α≥45°，按直立堤计算     α 45°，按斜坡堤计算     波浪在斜坡上的临界水深dd，可按下式计算：      ⑵反射影响    斜坡式建筑物前通过反射迭加以后的波高和反射波高：          H’=H+HR                  HR=k△HR′    式中：    H′——斜坡式建筑物前通过反射以后的波高；    HR　——反射波高；    k△　——与斜坡面结构型式有关的糙渗系数；    HR′——k△=1时的反射波高，它与斜坡的m值和波陡 H/L有关。 2、波浪破碎后产生冲击坡面，且部分水体上爬，回流，冲 刷坡面。 　　⑴射流作用：包括冲击位置，最大冲击速度，最大冲 击压力分布（动水压力） 　　①冲击位置：按平抛运动计算 。     　　     坡面上有：  则得：     式中：——按浅水波计算理论计算         db——为破碎水深，     ac——破碎时的静水面上的波峰高度。   　　②最大冲击速度            式中：     Kv——影响系数（速度校正系数），是考虑射流冲 击坡面时上、下漫开造成流速减少的影响。      ③最大冲击压力分布       B点的法向速度：     射流方向与水平方向的夹角：       动水压力：           对光滑平整的坡面，破碎波浪的水流冲击斜面的动 水压力分布如下：        式中：   各点的总水压力：       ⑵波浪爬高     斜坡为单坡时：     ①规则波：R=k△R1H     ②在风直接作用下，不规则波的爬高，       R1%=k△kwRu1H1%     坡上设有平台（复坡）：     平台顶面标高在静水面上下半个波高范围内，平台 宽度为0.5～2倍波高时，波浪爬高可减少10%～15% 。      ⑶波高回流冲刷深度及范围     冲刷深度：      作用范围在爬高R—d之间，也就是坡面的保护范围。     注意：以上关于波浪对斜坡堤作用的计算方法，适用于 以下条件：     ①波浪正面作用，对斜面坡：波峰线与建筑物轴线之间 的夹角小于45，可视为正向，大于45，波浪作用减弱，应折 减（由试验确定）     ②1：m，1 m 5（波浪大部分破碎，很少反射）     ③建筑物前的水深，d=（1.5—5.0）H     ④堤前海底坡度I≤1/50   Ⅲ、 斜坡堤的断面设计     设计内容：     断面尺寸及构造     稳定性计算（断面稳定性、块石稳定性、胸墙稳定 性、地基稳定性等） ㈠、断面尺寸  1、堤顶高程的确定     取决于港内水面平稳程度的要求根据我国经验并参考 国外有关资料，可概括成下表：    2、堤顶宽度      ⑴确定原则： 　　除必须保证在波浪作用下，堤顶块体的稳定性，还应保 证除应满足施工，使用要求外。 　　⑵基本要求     ①人工块体护面：1.1～1.25H，但不小于2m，且在构 造上至少能安放两排或随机安放3块人工块体。     ②砌石护面堤：1.1～1.25H     ③抛填砼方块：由于堤底的透浪程度较大，堤的宽度 不宜太宽，否则将影响港内的水面的稳定，在设计高水位 处宽大于3H。   3、支承棱体和肩台宽度     ⑴支承棱体     因波浪作用主要集中在设计水位上、下各1倍设计波高范围内，所以在港外侧设置水下支撑棱体的顶面高程应低于设计低水位以下1倍设计波高处。棱体顶面宽度不小于2m，厚度不宜小于1m。     ⑵设戗台的堤     干砌块石或浆砌块石护面的防波堤通常设有戗台。为保证护面的施工条件，戗台的高程宜设在施工水位附近，宽度不宜小于2m 。     ⑶宽肩台堆石堤     为了有效的减少波浪爬高，更好的消能，肩台高程可定在设计高水位以上1～3m，宽度取2.3～2.9H，且不小于6.0m。   4、 胸墙的构造      ⑴胸墙型式：

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