防波堤损坏特点与其成因的关系

防波堤损坏特点与其成因的关系

王斌

中交第四航务工程局第二工程有限公司

摘要：防波堤在保护港口方面起着及其重要的因素，建成后可以在很大程度上改善当地的通航条件，增强该地区的经济实力，对我国的国民经济的增长起着重要的作用。但是由于防波堤工作环境非常恶劣，防波堤在经历一段时间的使用后，往往会有一定程度上的损坏，本文作者就自己多年的工作经验，对防波堤损坏特点与其成因的关系做出了阐述。

关键词：防波堤；损坏特点；成因

防波堤在海港各类水工建筑物中有其特殊的地位。虽然近几十年来在波浪理论以及防波堤模型试验技术和设计方法方面均有极大地发展，但由于海浪现象的随机性以及波浪-防波堤-地基相互作用的复杂性，防波堤损坏事件在世界范围内不断发生。如20世纪30年代初，地中海沿岸热那亚等几个港口防波堤的毁灭性破坏，1978年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤严重破坏，日本接连不断地发生防波堤损坏事件以及我国发生的一些防波堤损坏。近年来，随着港口建设规模扩大，防波堤向深水发展，防波堤损坏事件越来越引起海岸工程界的关注。

1.防波堤的结构及其应用形式

防波堤在结构上可分为轻型和重型这两种，一般来说常用的是重型防波堤，重型防波堤包括斜坡堤、直墙堤和混成堤等，轻型防波堤是最近几十年来发展起来的，主要是结合特殊需要而研制出来的，其工作原理是根据波能的集中段的不同，研究出来各种新式防波堤，包括透空堤、浮堤、喷气堤和射水堤等。

1.1斜坡式

波浪在与堤轴相遇时会产生形变，在斜坡上坡面会产生冲击力，而水下坡面还会产生向上的反压力，对坡体都有较大的损害。因此，在完成坡体构造后，往往会在堤外坡放上天然大块石、人工混凝土方块或异形块体护面，以此来防止波浪对基底的淘刷；堤身在设计时一般都采用梯形断面，使用石块堆进行分层分级.

1.2直墙式

正向波浪在直墙堤前将形成的波形分别是立波和驻波，这是由于波浪在冲击墙体时发生完全或不完全反射这两种完全相反的反射。根据波动学的研究，以半波长为分段基准，完全立波波高将变成原波高的两倍，这些波段产生的冲击力将会是最大的；在墙面和墙前半波长处和墙前四分之一分别会出现波腹和波节。这样将会有两种力冲击坡体，坡轴分别承受立波的压力和浮托力，在施工完成后，往往采用钢筋混凝土沉箱或混凝土巨块构筑，对于那些波浪不大的水域也可采用木笼，近年来也有采用大型管柱排列这种结构的。直墙堤的适用条件是地基强度较大的地段，在墙底常铺一层碎石基床，堤外基床面视需要铺设护面块石，这样也以有效地减少波涛对基底的冲刷力度，延长使用寿命，同时堤的内侧也可以兼作码头用。再设计容许越浪的防波堤时，可以降低堤顶高程，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。

1.3透空堤

防波堤的设计是把上部防浪结构安设在桩、柱支撑上，下部构成可以透视的空缝。透空堤适用于波浪小、水深大的水域，在这些水域，修建重型防波堤往往工程量大，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，可有效的节约建设成本。根据研究发现，90％以上的波能集中于3倍波高的表层水中，透空堤的防浪结构只要伸入水下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。

喷漆堤的定义是利用空压机，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；射水堤的工作原理时利用水泵，通过安置在水面的喷嘴喷射水流，以达到消减波能的目的。这两者的使用都比较方便，属于轻型防波堤，喷气堤还用于防护爆炸冲击波。但是这两者使用的能耗都比较大，而且易发生锈蚀和生物附着，只是用于小部分地区，难以投入大面积使用，实际应用中还存在不少具体问题。

2.防波堤损坏特点

2.1防波堤损坏的平面形态

从防波堤平面形态上研究，防波堤堤头、凹角附近位置经常会出现损坏，损坏形式多表现出“蛇行破坏”特征，且主要在突堤集中出现。一般不会出现沿防波堤轴线破坏、离岸堤损坏等情况。有研究提出，防波堤不同部位损坏程度会因局部波高不同而有所不同，波高突然变大主要集中发生在堤头或凹角周围。

2.2凹角处波能集中

在堤轴的不同部位，所应对的波高是不尽相同的，而防波堤的损害与之密切相关，在凹角处，波高会产生一个激增效果。这个效果的来因是在两端防波堤的交接处，由于凹角的存在，不同的反射波会产生共振，使波高呈现周期性的增大。

2.3断面损坏与防波堤损坏关系分析

地质学家鹿岛辽一曾定义：若防波堤堤身及上部胸墙出现沉降倾斜或滑移现象，可通过沉降量或滑移量所占堤身高度、宽度的比例来划分受损程度；而对于斜坡式防波堤或水平混合式防波堤则是通过观测损坏范围去衡量受损程度的。事实上，防波堤平面、断面受损程度会随着波高超出设计波高的增加值而增大，且平面损坏和断面损坏也呈正相关。

3防波堤损害的原因

3.1设计抗波标准太低

对防波堤产生影响的主要在于波浪的冲击，对堤前波浪水动力特性认识不足是造成防波堤损坏的主要原因，在设计方案时，如果没有对该处的波浪冲击力进行实地考察就盲目的进行建设，将会使设计标准不能达到实际的抗波作用，也就是成了所谓的“豆腐渣”工程。对波能的集中部位也要进行把握，认识波群和波普的特征。

3.2海床冲刷

许多近海结构都不是本身被破坏，它们的破坏很大程度上是由海床遭到冲刷而引起海床响应，致使这些结构被破坏。这个现象的产生时由于短峰波的作用，所谓短峰波是风浪在堤轴前冲刷产生的一种波，它能引起该处水质点的复杂运动，产生质量搬运的效果，对海床也就产生的冲刷。

3.3波群影响

在大海中，经常可以观察到这样一种现象，在某一特定的地点，有时会出现不同波高的波浪。在上世纪70年代的时候人们开始对这一现象进入深度研究，将这种现象命名为波群。根据大量的研究资料可以发现，波群对防波堤的影响巨大，具有较大的破坏力。

3.4施工作业时的不到位

防波堤的抗波能力往往要在实际建成后再能体现，因为实际中总会存在一些未知因素，这是实验室无论怎么设计都不可能达到的，在施工过程中往往会出现一些薄弱环节。防波堤的建设地址往往是远离海岸的，施工条件一般比较恶劣，同时不可预计的因素较多，在实施施工时，必须经过合理地策划，减少施工存在的风险，通过合理的安排，减少不必要的经济损失，达到最佳效果。

4.结束语

防波堤的破坏是一个复杂的整体过程，尤其是对波浪-防波堤-地基相互作用的认识还不清楚。应该从国内外防波堤损坏实例中分析原因，总结教训，找出规律，为我国防波堤的设计和施工提供借鉴，从而提高工程质量，减少工程损失。

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