直立式防波堤，是防波堤的一種建築形式。直立式防波堤的結構形式有重力式和樁式兩類，其中重力式最常用。
基本介紹
- 中文名：直立式防波堤
- 外文名：Vertical breakwater
- 定義：是防波堤的一種建築形式
- 構建材料：鋼筋混凝土沉箱或混凝土巨塊構築
- 類型：重力式和樁式
- 作用：減少波浪，增加穩定
簡介,主要型式,重力式直立堤,樁式直立堤,消能式防波堤,主要構造,組成及功能,斷面尺寸擬定,斷面構造,
簡介
直立式防波堤，是防波堤的一種建築形式。正向波浪在直牆堤前將發生完全或不完全反射，形成立波（駐波）。完全立波波高約為兩倍原始波高，波長不變；在牆面和牆前半波長處波峰與波谷交替出現，稱為波腹；在牆前四分之一波長處水面幾乎不動，稱為波節。這樣，直牆將承受立波的壓力和浮托力，因此常採用鋼筋混凝土沉箱或混凝土巨塊構築，波浪較小時也可採用木籠，近來也有採用大型管柱排列的結構。直牆堤適用於岩基或較密實的地基，牆底常鋪一層碎石基床，堤外基床面視需要鋪設護面塊石，堤內側可兼作碼頭用。容許越浪時堤頂高程可降低，有時還採用削角頂蓋和帶消浪空室的沉箱以減少立波壓力。斜向波浪或不規則波的方向譜分量，在直牆前反射形成三向波，峰谷呈棋盤狀交替出現，確定沿堤線波浪的合壓力需要考慮直牆分段的影響。
主要型式
直立式防波堤的結構形式有重力式和樁式兩類，其中重力式最常用。近些年來，隨著港口技術的不斷發展，在一般重力式直立堤的基礎上，又研製出許多可減少波浪，增加穩定和免於或減少地基處理的新型結構，如：消能方塊，消能沉箱，大直徑圓筒，削角直立堤等。
重力式直立堤
依靠結構本身的重量來抵抗水平外力，維持建築物的穩定性。它主要由基床、牆身和上部結構等組成。其功能和構造與重力式碼頭基本相同。
按堤身結構分，主要有：鋼筋混凝土沉箱式、普通混凝土方塊式、巨型混凝土方塊式和大直徑圓筒式等。
1、方塊式直立堤
⑴牆身塊體型式
方塊式牆身主要有：普通方塊（正砌方塊、斜砌方塊）、巨型方塊和消浪方塊。
⑵優點：牆身堅固耐久，施工簡便，能抵禦較大的波浪。
⑶缺點：自重大，地基應力大，砼用量多，水下安裝和潛水工作量大，施工進度慢，堤身整體性能差，易隨地基沉降而變形，對不均勻沉降比較敏感。
⑷適用條件：施工期波浪不大，現場起重設備能力較大和地基較堅實的情況。
2、沉箱直立堤
⑴沉箱牆身主要有：矩形、圓形和帶消能室的砼沉箱
⑵優點：堤身整體性好，水上安裝工作量小，不需要大型起重設備，施工進度快，箱中填以砂礫可降低造價。
⑶缺點：沉箱的預製和水下施工需要相應的場地和設備，要有足夠的水深的航道。箱壁較薄，在水位變動區易受海水侵蝕而損壞，而沉箱一旦破壞，修復困難。
⑷適用條件：有條件的地方（有預製能力，滑道和船塢，浮運水深足夠）在實際工程中，矩形沉箱採用較多。
圓形沉箱受力條件較好，對波浪、水流的反射較小，但其製作、浮運及安裝較麻煩，使用受一定限制。帶消能室的沉箱，在前牆一定範圍內開孔，使艙格形成消能室，適用於須消減波浪和減少牆前反射或岸線夾角處波能集中的地方。
3、大直徑圓筒直立堤
牆身直徑為3m以上的薄壁無底砼圓筒，置於拋石基床或部分沉入地基之中，筒中填充砂石。
1. 置於拋石基床上的圓筒機構及其工作原理與一般重力式基本相同。
2. 部分沉入地基中的圓筒直立堤，適用於軟基和持力層較深的情況
⑴對於沉入地基較淺（1.5～3m）的圓筒，其工作狀態同重力直立堤。
⑵沉入較深的圓筒，由於受土的嵌固影響較大，其工作狀態不同於重力式結構。
樁式直立堤
有：單排樁式、雙排樁式和鋼板樁格形結構等形式。
1、 單排樁防波堤
它由打入地基中的排樁、樁頂部的帽梁和連線構件組成。排樁結構呈懸工作狀態，為了改善直樁的受力狀態，可間隔設定斜樁來頂撐直樁。
2、 雙排樁式防波堤
兩側是打入地基中的排樁，每排樁由縱嚮導梁架住，然後用拉桿將雙排樁對拉，雙排樁中間用石料填充，頂部用混凝土覆蓋，然後在蓋板上澆註上部結構。
這種防波堤的寬度和埋入地基深度決定於抗滑、抗傾穩定性。在內力計算時。可將內、外排樁視為各自獨立的單排樁，按有錨板樁的計算方法進行計算。
3、 鋼板樁格形結構防波堤
是由打入地基中的鋼板樁組成封閉的系列格形結構，在空格中填充砂或石料。
格形結構防波堤 整體穩定性較好，適用於水深大、波浪強的情況。其缺點是鋼板樁在水位變動區易鏽蝕，需要採取保護措施。
消能式防波堤
1、頂部削角直立堤
在直立堤的上部結構靠海側做成較緩的斜面，猶如直立牆削掉一個角。這樣，堤前波浪在斜面上破碎，即削減了一部分波能，又減少了堤前波浪的反射，從而使波浪減少；同時，作用在斜面的波壓力的垂直分力還有利於堤的穩定，從而減小了堤的斷面。
缺點：削角斜面上的越浪較大。
2、開孔消浪直立堤
將沉箱開海側的箱壁上開一系列孔洞 ，部分波浪水體通過孔洞進入海側箱格的消能室，利用堤前波浪與進入消能室水體的相位差和水體進入消能室後產生的劇烈紊動來消能，以達到減少波浪力的目的。同樣也可採用迎浪側帶有消浪孔洞的方快防波堤。它適用於水深小於6m、波浪周期小於6s的環境。
3、 開孔半圓形防波堤
半圓形防波堤是由半圓形拱圈和底板組成，堤身內不拋填石料。拱圈上開孔可消耗波能，底板上開孔可減小波浪浮托力。
特點：波浪力作用小，構件受力性能好。
4、 削角空心方塊防波堤
結合削角斜面結構和開孔消浪結構兩者的優點的一種新型結構。
主要構造
組成及功能
上部結構：設定交通、擋波、削波；牆身：擋波、沙，維持港內穩定，並傳遞外力至基床；基床：保護地基免受沖刷，平整地基便於安裝，分布地基應力；護底：保護堤前地基，免受海水淘刷 。
斷面尺寸擬定
1、高程設計
⑴堤頂高程
允許少量越浪（無作業要求）=設計高水位+（0.6～0.7）H；基本不越浪（有作業要求）=設計高水位+（1.0～1.25）H；
備註：①直立堤設計波高，除特別註明外，均指重現期為50年、波列累計頻率為1%的波高H，但不超過淺水極限波高。②對於上部結構為削角型式的直立堤，其頂部高程宜取高值。
⑵牆身頂高程（沉箱或最上層方塊的頂高程）
施工水位+施工期波浪影響（0.3～0.5m）；
⑶基床的頂面高程
防波堤總高度是一定的，所以基床和堤體的高度分配應考慮每延米的造價。定的高一些，可減少堤身高度，降低造價，但過高會造成近破波，因此設計時要注意以下幾點：
①考慮基床對堤前波浪形態的影響（避免在設計低水位時出現近破波）
②考慮地基承載能力；
③結構總造價。
2、 基床寬度
外肩寬（0.6倍計算堤身寬）+堤身寬+內肩寬（0.4倍計算堤身寬）；暗基床底寬不宜小於直立堤牆底寬度加兩倍基床厚度。
3、 基床厚度
非岩石地基上的拋石基床厚度應由計算確定，但粘性土地基不小於1.5m，砂土地基不小於1.0m。
4、 堤身寬度
原則上由穩定計算確定（抗傾覆、抗滑和地基承載能力及沉降等），初設時可取：B=0.8×堤高。
斷面構造
1、上部構造
⑴基本要求：應有足夠的剛度和良好的整體性，並與牆身結構 連線牢固。
⑵型式：直立式，弧形式，削角面式等
對削角面式：
①削角面與水平面的夾角α可取25°～30°；②一般情況下，削角直立堤的頂標高不應低於直立頂標高，即至少在設計高水位以上0.7H處；③削角平面的拐點可設在設計高水位附近。
⑶厚度：厚度≮1m，嵌入沉箱或大直徑圓筒的深度≮30cm。
2、 堤身結構
方塊、沉箱、大直徑圓筒、格形鋼板樁等（同重力式）；對方塊式，由於受到較大的波浪力作用，其最小重量應滿足P234表8-2-4的要求。具體設計時參閱規範。
3、 拋石基床結構
⑴型式：取決於波浪水深條件和地質條件
暗基床：用於水深淺，易沖刷，表面土質差，在堤前無近破波的情況；明基床：由於水深大，地基承載力高，在堤前無近破波的情況；混合基床：用於水深大，地基差的情況，在堤前無近破波的情況；
⑵塊石重量：10～100kg；
⑶護底塊石：基床向海一側需修建堤前護底，取1～2層，厚度≮0.5m。
