[科普中国]-直立式防波堤

直立式防波堤，是防波堤的一种建筑形式。直立式防波堤的结构形式有重力式和桩式两类，其中重力式最常用。1

简介直立式防波堤，是防波堤的一种建筑形式。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。1

主要型式直立式防波堤的结构形式有重力式和桩式两类，其中重力式最常用。近些年来，随着港口技术的不断发展，在一般重力式直立堤的基础上，又研制出许多可减少波浪，增加稳定和免于或减少地基处理的新型结构，如：消能方块，消能沉箱，大直径圆筒，削角直立堤等。

重力式直立堤依靠结构本身的重量来抵抗水平外力，维持建筑物的稳定性。它主要由基床、墙身和上部结构等组成。其功能和构造与重力式码头基本相同。

按堤身结构分，主要有：钢筋混凝土沉箱式、普通混凝土方块式、巨型混凝土方块式和大直径圆筒式等。

1、方块式直立堤

⑴墙身块体型式

方块式墙身主要有：普通方块（正砌方块、斜砌方块）、巨型方块和消浪方块。

⑵优点：墙身坚固耐久，施工简便，能抵御较大的波浪。

⑶缺点：自重大，地基应力大，砼用量多，水下安装和潜水工作量大，施工进度慢，堤身整体性能差，易随地基沉降而变形，对不均匀沉降比较敏感。

⑷适用条件：施工期波浪不大，现场起重设备能力较大和地基较坚实的情况。

2、沉箱直立堤

⑴沉箱墙身主要有：矩形、圆形和带消能室的砼沉箱

⑵优点：堤身整体性好，水上安装工作量小，不需要大型起重设备，施工进度快，箱中填以砂砾可降低造价。

⑶缺点：沉箱的预制和水下施工需要相应的场地和设备，要有足够的水深的航道。箱壁较薄，在水位变动区易受海水侵蚀而损坏，而沉箱一旦破坏，修复困难。

⑷适用条件：有条件的地方（有预制能力，滑道和船坞，浮运水深足够）在实际工程中，矩形沉箱采用较多。

圆形沉箱受力条件较好，对波浪、水流的反射较小，但其制作、浮运及安装较麻烦，使用受一定限制。带消能室的沉箱，在前墙一定范围内开孔，使舱格形成消能室，适用于须消减波浪和减少墙前反射或岸线夹角处波能集中的地方。

3、大直径圆筒直立堤

墙身直径为3m以上的薄壁无底砼圆筒，置于抛石基床或部分沉入地基之中，筒中填充砂石。

1. 置于抛石基床上的圆筒机构及其工作原理与一般重力式基本相同。

2. 部分沉入地基中的圆筒直立堤，适用于软基和持力层较深的情况

⑴对于沉入地基较浅（1.5～3m）的圆筒，其工作状态同重力直立堤。

⑵沉入较深的圆筒，由于受土的嵌固影响较大，其工作状态不同于重力式结构。

桩式直立堤有：单排桩式、双排桩式和钢板桩格形结构等形式。

1、 单排桩防波堤

它由打入地基中的排桩、桩顶部的帽梁和连接构件组成。排桩结构呈悬工作状态，为了改善直桩的受力状态，可间隔设置斜桩来顶撑直桩。

2、 双排桩式防波堤

两侧是打入地基中的排桩，每排桩由纵向导梁架住，然后用拉杆将双排桩对拉，双排桩中间用石料填充，顶部用混凝土覆盖，然后在盖板上浇注上部结构。

这种防波堤的宽度和埋入地基深度决定于抗滑、抗倾稳定性。在内力计算时。可将内、外排桩视为各自独立的单排桩，按有锚板桩的计算方法进行计算。

3、 钢板桩格形结构防波堤

是由打入地基中的钢板桩组成封闭的系列格形结构，在空格中填充砂或石料。

格形结构防波堤 整体稳定性较好，适用于水深大、波浪强的情况。其缺点是钢板桩在水位变动区易锈蚀，需要采取保护措施。

消能式防波堤1、顶部削角直立堤

在直立堤的上部结构靠海侧做成较缓的斜面，犹如直立墙削掉一个角。这样，堤前波浪在斜面上破碎，即削减了一部分波能，又减少了堤前波浪的反射，从而使波浪减少；同时，作用在斜面的波压力的垂直分力还有利于堤的稳定，从而减小了堤的断面。

缺点：削角斜面上的越浪较大。

2、开孔消浪直立堤

将沉箱开海侧的箱壁上开一系列孔洞 ，部分波浪水体通过孔洞进入海侧箱格的消能室，利用堤前波浪与进入消能室水体的相位差和水体进入消能室后产生的剧烈紊动来消能，以达到减少波浪力的目的。同样也可采用迎浪侧带有消浪孔洞的方快防波堤。它适用于水深小于6m、波浪周期小于6s的环境。

3、 开孔半圆形防波堤

半圆形防波堤是由半圆形拱圈和底板组成，堤身内不抛填石料。拱圈上开孔可消耗波能，底板上开孔可减小波浪浮托力。

特点：波浪力作用小，构件受力性能好。

4、 削角空心方块防波堤

结合削角斜面结构和开孔消浪结构两者的优点的一种新型结构。1

主要构造组成及功能上部结构：设置交通、挡波、削波；墙身：挡波、沙，维持港内稳定，并传递外力至基床；基床：保护地基免受冲刷，平整地基便于安装，分布地基应力；护底：保护堤前地基，免受海水淘刷 。

断面尺寸拟定1、高程设计

⑴堤顶高程

允许少量越浪（无作业要求）=设计高水位+（0.6～0.7）H；基本不越浪（有作业要求）=设计高水位+（1.0～1.25）H；

备注：①直立堤设计波高，除特别注明外，均指重现期为50年、波列累计频率为1%的波高H，但不超过浅水极限波高。②对于上部结构为削角型式的直立堤，其顶部高程宜取高值。

⑵墙身顶高程（沉箱或最上层方块的顶高程）

施工水位+施工期波浪影响（0.3～0.5m）；

⑶基床的顶面高程

防波堤总高度是一定的，所以基床和堤体的高度分配应考虑每延米的造价。定的高一些，可减少堤身高度，降低造价，但过高会造成近破波，因此设计时要注意以下几点：

①考虑基床对堤前波浪形态的影响（避免在设计低水位时出现近破波）

②考虑地基承载能力；

③结构总造价。

2、 基床宽度

外肩宽（0.6倍计算堤身宽）+堤身宽+内肩宽（0.4倍计算堤身宽）；暗基床底宽不宜小于直立堤墙底宽度加两倍基床厚度。

3、 基床厚度

非岩石地基上的抛石基床厚度应由计算确定，但粘性土地基不小于1.5m，砂土地基不小于1.0m。

4、 堤身宽度

原则上由稳定计算确定（抗倾覆、抗滑和地基承载能力及沉降等），初设时可取：B=0.8×堤高。

断面构造1、上部构造

⑴基本要求：应有足够的刚度和良好的整体性，并与墙身结构 连接牢固。

⑵型式：直立式，弧形式，削角面式等

对削角面式：

①削角面与水平面的夹角α可取25°～30°；②一般情况下，削角直立堤的顶标高不应低于直立顶标高，即至少在设计高水位以上0.7H处；③削角平面的拐点可设在设计高水位附近。

⑶厚度：厚度≮1m，嵌入沉箱或大直径圆筒的深度≮30cm。

2、 堤身结构

方块、沉箱、大直径圆筒、格形钢板桩等（同重力式）；对方块式，由于受到较大的波浪力作用，其最小重量应满足P234表8-2-4的要求。具体设计时参阅规范。

3、 抛石基床结构

⑴型式：取决于波浪水深条件和地质条件

暗基床：用于水深浅，易冲刷，表面土质差，在堤前无近破波的情况；明基床：由于水深大，地基承载力高，在堤前无近破波的情况；混合基床：用于水深大，地基差的情况，在堤前无近破波的情况；

⑵块石重量：10～100kg；

⑶护底块石：基床向海一侧需修建堤前护底，取1～2层，厚度≮0.5m。1

本词条内容贡献者为:

屈明 - 副研究员 - 西南大学