防波堤在海港各类水工建筑物中有其特殊的地位。它用来抵御波浪与海冰的侵袭,维护港内水域的平稳,以保证船舶在港内安全的停泊和进行装卸作业;同时还可用于挡沙,维护港内水深。虽然近几十年来在波浪理论以及防波堤模型实验技术和设计方法方面均有极大的发展,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。防波堤耐久性的问题将是今后防波堤研究的主要方向。
1.3防波堤在国内应用情况
防波堤逐渐向深水区域修建,但结构型式仍以斜坡式、直立式及混合式为主。近年我国在波浪理论、不规则波研究、波浪预报、块体型式、消浪机理、堤身稳定、模型试验方面的研究有很大进展。对特种型式的防波堤、综合利用波能等型式的防波堤也进行了不少工作。
随着高性能材料的的发明,高强、高容重的混凝土及高分子材料进入了防波堤工程,使防波堤材料更加多样化。
1.3.1斜坡堤
(1)国内近年修建的大型防波堤工程多采用工字体、四角空心块、四角锥等护面,工字体最大8吨,用于石臼所引堤,在应用中还有变些化,如大连地区的工字体截面为方锥形,鱿鱼圈为园锥形,秦皇岛、石臼所为八角形,九州港防波堤采用了转角四空块。
(2)天科所开展了袋装海堤及螺母块体的试验研究。一航所在进行钩连块体试验。南科院研究了工字体受力,四航所研究了整体模型中工字体的稳定情况,一些高等院校对斜坡堤胸墙受力,有消能室的胸墙稳定,以及削角压顶方块等进行了研究,有些施工部门研制出栅栏板护面,并对工字体抛放方式进行了模拟研究。
1.3.2直立堤
国内直立式沉箱和方块用于码头结构较多、有的码头兼做防波堤,如鱿鱼圈、秦皇岛煤码头即是。秦皇岛煤码头沉箱最大的尺寸为:26.7×26.1×21.5米,重6567吨,在秦皇岛二期和三期工程中,采用了开孔沉箱,尺寸为18×9.9×10.5米,1971年葫芦岛采用了削角沿箱。1984年,赤湾港码头上部结构采用了开孔消能室。由于新型防波堤施工较为复杂,故在国内应用很少。但是研究工作还是在进行,上述开孔沉箱在天科所、一航所做过试验。山东海洋学院对管式防波堤进行了研究,并计划用于岚山头港,南科院在1981年进行了插板式消波沉箱的研究,1983年又做了多层透空直立消波器的研究,对直立式消波设施进行了探讨,推求了相位迭加或迭减的公式。
1.3.3混合式防波堤
混合式防波堤是在斜坡堤上部加设直立堤,可以避免堤身断面过大,以达到节省材料的目的,堤内侧也可兼作码头,所以用于深水地区是较为合适的。由于我国深水防波堤不多,故混合堤应用很少。
1.3.4特种防波堤
国内对特种防波堤的研究工作做了一些,但除了在丹江口水库搞了一个浮式堤之外,很少有工程实践,天科所结合海船闸防咸,对气幕做了一些研究工作,并在原体做了现场测验国内第一个千瓦级波力发电站,已选在浙江洒礁岛,上海交大、广州能源所等都在波力发电方面进行了不少研究工作,由于特种防波堤的特殊性,一般工艺复杂,维修保养困难,成本太高,适用范围有限,对防长周期波效果尤其差,故今后也不可能大力推广普及。
1.4课题研究的意义
防波堤是阻断波浪的冲击力、围护港池、维持水面平稳以保护港口免受坏天气影响、以便船舶安全停泊和作业而修建的水中建筑物,是港口水工建筑物的重要组成部分。防波堤形式多样(斜坡式,直立式,特殊形式包括喷水式、喷气式、浮式等)且各有特点,研究不同形式的防波堤并进行比较从而选择最合适的方案,对烟台港西区的建设有极其重大的意义。