什么是防波堤?

什么是防波堤?

[拼音]：fangbodi

[外文]：breakwater

为防御波浪入侵掩护港口水域而修建的水工建筑物。防波堤是港口工程的重要组成部分。

布置原则

防波堤包括与岸连接的突堤和与岸不连接的岛堤（图1）。其平面布置应保证船舶在港口水域航行、 系泊、 装卸时具有安全平稳的条件，要尽量减少港内各种波浪相互干涉的影响和避免长周期波在港内引起波浪共振。泥沙运动活跃的地区，防波堤也用于拦截挟沙水流，改变泥沙淤积部位，防止或减轻泥沙在港口、航道和锚地的淤积。在寒冷有冰凌的地区，防坡堤的布置还要考虑防止冰凌入侵，尽量减轻流冰影响和易于排走冰块。

受力条件与防波堤组成

防波堤在具体水域环境内特定的工程水文和工程地质条件下工作。工程水文诸因素中波浪是决定性因素。防波堤直接承受波浪的强烈作用，有时也要考虑潮汐、径流、海流以及冰凌的作用等。港口外围不同水深的水域中将形成不同特点的波浪：深水波、浅水波、过渡波和破碎波，相应地给防波堤带来不同的荷载。防波堤的工程地质特点与海岸构造的类型有关。它的地基有岩石、砂砾或软粘土等，分别具有不同的容许承载力。

突堤从岸边向外延伸，常经过浅水到深水，底部可能碰到不同的覆盖层。为了适应不同的波浪荷载和地基基础的要求，突堤一般由堤根、堤身、堤头三部分组成。根部与岸连接，外侧易造成波能集中的风壅水，须加强防护。头部水深大，末端一侧为口门，三面临水，水流复杂，末端常设灯标或灯塔，一般将堤断面加宽，设计标准提高。岛堤布置在较深的水中，两个堤端都临水，由堤身和两个堤头组成。堤身断面结构常较单一。

类型与结构

防波堤的类型应根据所在水域的工程水文和工程地质条件来确定，并须满足强度和稳定性方面的要求。其类型主要有下列五种（图2）。

斜坡式防波堤

其断面呈梯形，以抛石形成，能较好地适应软弱地基的变形。外侧堤坡直接承受波浪作用和消减来波能量。波浪在斜坡上常发生破碎，给坡面带来正反向波压力和上爬、回落往复水流，故堤坡在波动幅度范围内需采用大块石以防止波浪破坏。波浪破碎后部分水体沿堤坡向上爬升，堤顶标高常根据其上爬高度和容许漫越堤顶水量来确定。天然开采获得的大块石，其重量有一定限制，用作护面时不能抵御较大波浪的作用。现常采用预制混凝土方块和异形块体作为护面。最常见的混凝土异形块体有四脚锥体、扭工字块体、四脚空心方块等。由于异形块体护面糙率及渗透性大，故消浪效果好；块体间有较好的嵌固作用，稳定性好，所需稳定重量小；护面波浪爬高小，所需堤断面也小。内侧堤坡的设计则应与港内波浪相适应。斜坡堤常用于淤泥质海岸上基础软弱、水深不大、中等波浪强度的水域。

直墙式防波堤

混凝土重力直墙是靠其自身重量来抵御和保持墙身稳定的。波浪在直墙前反射形成立波，墙面处波动幅度比原始波高大一倍略多，直墙承受侧向立波波压力和底部浮托力作用。墙顶标高根据墙面壅水高度和越浪量确定，墙身的稳定重量和墙宽应与波浪荷载相适应。直墙结构常采用钢筋混凝土沉箱或巨型混凝土方块。直墙顶盖采用削角的形式容许部分波浪越顶，或者直墙外侧上部设置消减波浪能量的空室都可有效地减少波浪荷载，从而减小墙身重量。直墙下常铺抛一层碎石基床，其厚度根据地基承载力和实际地形条件确定。直墙前立波具有较大的底流速，基床前还须护底，墙前基床面上常安放护肩方块以防止波浪淘刷危及墙身安全。直墙内侧可兼作码头停靠船舶，此时墙顶外侧常设置防浪墙。为了减少波浪反射对港口水域和航道上船舶航行的影响，有的采用大型管柱或圆形沉井排列来代替沉箱，取得明显效益。直墙堤常用于基岩海岸上基础好、水深较大的水域。

混成式防波堤

由直墙和突基床混合组成，下部突基床同斜坡堤相似，故称混成堤。随着突基床从低升高，直墙前波浪形态变化显著，从立波到破碎立波、破波、破后波到上爬水流。中等高度基床时墙前发生破碎立波，墙面会出现比立波更大的壅高，最大波动幅度达原始波高三倍左右。较高基床时，基床顶水深小于三倍波高的条件下，墙前发生破波，墙上最大压强为立波的两倍以上，其作用点高于静水位，这直接关系到墙身稳定。高基床时波浪破碎在基床上，墙上承受较小的破后波压力。混成堤在实际应用中须慎重选择基床高度和考虑破波荷载。混成堤常用于基础较差而水深甚大，波浪很强的水域。

透空式防波堤

水深较大水域的波浪，其波能集中于表层，三倍波高表层内波能占90％以上。按此特点上部箱式防浪结构（消浪箱）高度需3～4倍波高，三分之二左右箱身没入水中为宜。消浪箱内用档板隔成若干空室有利于消减波能。消浪箱用打入地基的桩群或柱列来支撑，下部桩、柱透空结构容许波浪穿越。透空堤外侧防浪，内侧可停靠船舶。

浮式防波堤

波浪与浮体相互作用，波浪引起浮体在水面摆动，而一定重量的浮式结构又用其惯性振荡来消减波能。浮式结构常采用钢或钢筋混凝土空箱或其他形体，或采用排筏、气囊等。前者同透空堤消浪箱相似，只是能漂浮；后者要有足够的宽度，才能较有效地抑止表层波浪的传播。浮体常用铁链锚系在水底的混凝土沉块上，表层以下的波能仍继续传递，但受到表层波动抑止的影响。单个浮体宽度不能过大，有时浮堤需分成数道来安设。浮体活动性大可以搬移，但耐久性差需不断维护。透空堤和浮堤常用于湖泊和水库，浮堤更适用于水深大的水库。两者都只能承受较小的波浪。

此外，还有用水底喷排气泡和水面喷射水流来消减波能的喷气堤和射水堤，主要用于临时性工程。