防波堤破坏形式及影响因素浅析

摘要：防波堤是重要的港口保护建筑物，其结构形式多样。在对防波堤主要形式和应用特点进行介绍的基础上，通过日本对防波堤破坏部位特性的调查资料，分析了其损害原因与破坏因素之间的关系，从而深化对防波堤工作机理的认识，为防波堤的设计和施工提供借鉴。

关键词：防波堤；结构形式；应用；破坏因素

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：

0 引言

防波堤为阻断波浪的冲击力、围护港池、维持水面平稳以保护港口免受坏天气影响，维持港内水域的平稳，以保证船舶在港内安全停泊、正常装卸作业与旅客上下。在淤泥质和砂质海岸，防波堤兼具阻挡泥沙向港内流入、减轻港内泥沙淤积的作用。此外，防波堤内侧还可以兼做码头。

防波堤的损坏是海岸工程界历来关注的课题，通过损害机理的分析，可以深化波浪力与建筑物相互作用特点的研究，揭示防波堤的工作机理，提高设计施工和管理水平。

1 防波堤的结构形式及应用

防波堤的结构一般可分为斜坡堤、直墙堤和混合堤等。防波堤的分类见表1。

表1 防波堤的结构形式

（1）、斜坡式防波堤

斜坡式防波堤对地基承载力要求较低，可适用于较软弱的地基，其一般形式如图1所示，常见防波堤示意图如图2所示。水波在坡面上发生破碎，堤前反射波较小，消波性能较好。其结构简单，具有较好的整体稳定性，且施工与维护方便，是一种应用广泛的结构形式。常用的结构型式有堆石棱体上加混凝土护面块体的防波堤和抛石堆筑防波堤。由于筑堤的材料受水深的影响较大，因此斜波式防波堤更适用于筑堤石料来源丰富或水深相对较浅的海域。

图1 斜坡堤的一般形式

图2 斜坡堤常见型式

（2）、直立式防波堤

直立式防波堤可分为桩式直立堤和重力式直立堤。重力式防波堤一般由基床、胸墙和墙身组成。墙身多采用混凝土方块结构、空心方块结构、钢筋混凝土沉箱结构或大直径圆筒结构，其稳定性主要靠自身重力来维持，结构形式耐久性较好，堤内侧结构可作为码头，减少了材料用量。适用于波浪力较大、水深较深且地基土性质良好的情况。重力式防波堤的缺点是波浪荷载在防波堤墙身前发生反射，消波性能较差。重力式防波堤各种型式如图3所示。

图3 常见重力式防波堤

桩式防波堤一般由大型管桩或钢板桩作为墙身，板桩墙后或墙面之间填充块石，其强度较低、耐久性较差，适用于地基土性质较差且波浪荷载较小的情况。桩式防波堤如图4所示。

图4 桩式防波堤

（3）、混合式防波堤

混合式防波堤的明基床较高，将斜坡式堤基和直立式上部结构综合，适用于波浪较大、水较深的情况。在混合式防波堤的下部和斜坡式防波堤上部采用的人工块体，可以增强防波堤消波性能。混合式防波堤结构最为稳定，在全世界范围得到广泛应用。因其由直立墙和抛石基础组成．因此被归于直立式防波堤。

2 防波堤损坏特点

鹿岛辽一等学者根据日本国内外128例受灾防波堤和14例防波护岸的受灾特性进行了调查，由受灾部位、破坏特征和破坏原因进行了分析，从而找出了防波堤的损坏规律。鹿岛辽一归纳的防波堤破坏部位和形态发生频率如表2。

表2 防波堤损坏部位和形态的发生频率

从上表可以看出，防波堤的破坏主要有沉箱滑移、倾斜、消波块体散乱、堤脚冲刷、海床冲刷和地基沉陷等形式。此外，相对于整体抵抗波浪作用的方块、沉箱等构件而言，单体工作的护面、消波块体和基床发生损坏的比例比较高。

斜坡堤、直立堤和水平混合堤的主要损坏方式和损坏部位各不相同，为分析不同类型防波堤结构的断面损坏形态，归纳三种类型防波堤断面损坏形态特征如表3所示。

从上表可以看出，堤身滑移、沉箱破损和消波块损坏是出现频率最高的损坏形态，其发生的重要原因是消浪块体高度不足，以及设计时错误地考虑波浪力的参数，引起波浪破碎冲击力的发生，从而造成防波堤损坏。此外，堤脚冲刷或基床沉陷造成上部结构损坏或整体滑移在防波堤损坏案例中也占有相当比重，波浪作用造成地基土的软化或液化是深水防波堤建设面临的重要问题。

3 防波堤损坏原因分析

各类防波堤损坏事故发生的部位、时间和方式均有各自的特点，通过对上述防波堤损坏资料的分析与归纳，其原因大体可分为以下四个方面。

（1）、波浪荷载动力特性认识不足

防波堤所受的主要荷载是波浪荷载，因此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。设计波浪标准的选取、波谱和波群特征、长周期波和破波相似参数选取、波能的局部集中、破碎波和越浪的出现等因素的都可归结于对波浪水动力特性认识不足。

（2）、结构设计不尽合理

结构自身的稳定性和强度是保证防波堤安全及实现其功能的基础。除自身抗力不足以外，整体性、结构尺度或连接段处理不当，基床顶或堤前出现破碎波等因素也是诱发防波堤损坏的主要原因。

（3）、海床与基床冲刷和地基失稳

基础和地基的稳定性是确保防波堤安全的基本条件，由于波浪对海床、基床和堤脚的冲刷作用，造成地基承载力不足引起的损坏时有发生，波浪作用造成地基土软化或液化是深水防波堤建设面临的新课题。

（4）、施工期稳定性不足

防波堤断面抵抗波浪荷载作用的能力需要在建防波堤整体建成后才能实现，在施工过程中往往某些薄弱环节会发生损坏。此外，防波堤一般远离海岸，外海施工环境恶劣、工期长、不可预见影响因素多，只有通过合理的施工组织与配合，加强风险管理才能减少不必要的损失。

4 结语

本文在对防波堤主要形式及其应用特点进行介绍的基础之上，通过日本对防波堤损害部位特性的调查研究资料，分析了防波堤损坏的形态和损坏特性之间的关系，从波浪水动力学特性、结构设计、海床与地基稳定性和施工等多方面总结了防波堤损坏的原因，为我国防波堤设计和施工提供借鉴。

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