CN118153165B - 一种组合桩海岸防护结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合桩海岸防护结构的设计方法，包括以下步骤：基础数据的收集，组合桩组件、布局及周期数的确定，组合桩海岸防护结构中每个周期单元长度的确定，最终设计获得适合拟掩护海域范围的组合桩海岸防护结构。传统的等半径桩等周期规律排布，只会使波浪在传播过程中发生波程变化累积，此种改变波程的方式需要布置大量圆桩才能产生波程累积效应，并且这种波程累积方式对波浪的调制效率较低；而本发明所述设计方法通过将不同半径的圆桩设置成等周期规律分布形式，建立了一种组合桩海岸防护结构，对圆桩的数量要求相对较低的同时，能够使海岸防护结构对波浪的调制作用也相对提升，不仅实现了成本节约，还能提高海岸防护结构的消浪效率。

Description

一种组合桩海岸防护结构及其设计方法

技术领域

本发明属于海岸工程技术领域，特别涉及一种组合桩海岸防护结构及其设计方法。

背景技术

沿海地区的开发利用是吸引人类活动的源泉，而且对世界上许多国家的国民收入都起着重要的作用。沿海地区拥有商业住宅、工业建筑、公共基础设施和港口航道等重要构筑物，是一个国家内部和外部世界的连通。受到外海波浪与潮流的共同作用，这些地区发展面临的主要问题是我们如何用最好的措施来保护沿海岸线、港口和海洋，而且所采取的保护方法不仅要对海岸的副作用小，还要对环境更友好，成本也应该尽可能低。

桩式防波堤作为一种海岸防护构筑物可以耗散波能，并允许堤后与外海水体交换与泥沙输运，因此在海岸防护工程领域中被广泛研究与应用。然而，现有桩式防波堤仅在有限的波浪频段下有效，尤其是对中、长周期波阻挡效果一般，并且会随桩间距的改变而剧烈变化。

因此，如何针对不同海域水文条件，获得一种具有通用性的设计方法，进一步提高海岸防护结构对波浪的调制作用，是目前急需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种组合桩海岸防护结构及其设计方法。所述设计方法具有很强的通用性，经该方法设计得到的组合桩海岸防护结构可以使波浪在传播过程中发生波程相位突变，高效地实现对波浪的调制作用，使波浪按照预设方式传播。

本发明的目的是这样实现的：

本发明第一方面提供了一种组合桩海岸防护结构的设计方法，包括以下步骤：

步骤1，基础数据的收集：

确定拟掩护海域的范围，并收集拟掩护海域的波浪水文数据。

步骤2，组合桩组件、布局及周期数的确定：

S21、海岸防护结构由若干组合桩周期单元组成，每个周期单元内组合桩的组件包括至少两种不同半径的圆桩，圆桩半径记为a_i，不同半径圆桩的个数分别对应为N_i，i＝1,2,3...m。

S22、每个周期单元中，每一排与每一列的各个圆桩的桩心均保持在同一直线上。

S23、确定不同周期单元内的圆桩排布规律都相同。

S24、确定组合桩海岸防护结构中所包含的周期单元总数T。

步骤3，组合桩海岸防护结构中每个周期单元长度的确定：

根据步骤1所述拟掩护海域的波浪水文数据、步骤2周期单元内圆桩半径a_i和不同半径圆桩的个数N_i，确定周期单元的长度d，且组合桩海岸防护结构中每个周期单元的长度d均保持一致，最终设计获得适合拟掩护海域范围的组合桩海岸防护结构。

进一步的，步骤1中，所述波浪水文数据包括拟掩护海域的主波向θ和主波长λ。

进一步的，步骤3中，周期单元的长度d与步骤1拟掩护海域的主波向θ和主波长λ需满足以下公式：

λ＝d(1+sinθ)。

进一步的，步骤3中，周期单元的长度d与步骤2周期单元内圆桩半径a_i和不同半径圆桩的个数N_i需满足以下公式：

本发明的第二方面提供了一种由上述方法设计得到的组合桩海岸防护结构，所述海岸防护结构中将不同半径的圆桩设置成等周期规律分布形式。

本发明相比现有技术的优点和有益效果是：

1、本发明通过将不同半径的圆桩设置成等周期规律分布形式，建立了一种组合桩海岸防护结构，此结构可以使波浪在传播过程中发生波程相位突变，高效地实现对波浪的调制作用，使波浪按照预设方式传播。

2、传统的等半径桩等周期规律排布，只会使波浪在传播过程中发生波程变化累积，此种改变波程的方式需要布置大量圆桩才能产生波程累积效应，并且这种波程累积方式对波浪的调制效率较低；而本发明对圆桩的数量要求相对较低的同时，能够使海岸防护结构对波浪的调制作用也相对提升，不仅实现了成本节约，还能提高海岸防护结构的消浪效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例所述组合桩海岸防护结构的设计方法的流程图；

图2是本发明实施例所述设计方法得到的组合桩海岸防护结构布局示意图；

图3是本发明实施例所述组合桩海岸防护结构的波浪场分布对比图；其中，a为常规等半径桩等周期规律排布，b为不同半径的圆桩设置成等周期规律排布。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

本实施例提供了一种组合桩海岸防护结构及其设计方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

步骤1，基础数据的收集：

确定拟掩护海域的范围，并收集拟掩护海域的波浪水文数据，具体包括拟掩护海域的主波向θ和主波长λ。

步骤2，组合桩组件、布局及周期数的确定：

S21、海岸防护结构由若干组合桩周期单元组成，每个周期单元内组合桩的组件包括至少两种不同半径的圆桩，圆桩半径记为a_i，不同半径圆桩的个数分别对应为N_i，i＝1,2,3...m。

如图2所示，本实施例组合桩包括两种半径不同的圆桩，圆桩直径分别为a₁和a₂。每个周期单元由一个直径为a₁的圆桩和一个直径为a₂的圆桩组成。

S22、每个周期单元中，每一排与每一列的各个圆桩的桩心均保持在同一直线上。

S23、确定不同周期单元内的圆桩排布规律都相同。

S24、确定组合桩海岸防护结构中所包含的周期单元总数T。

根据步骤1确定的拟掩护海域的范围，确定拟掩护海岸线长度，从而计算得到需要设置海岸防护结构的总长度。根据确定的总长度及组合桩周期单元，得到所需周期单元总数。

步骤3，组合桩海岸防护结构中每个周期单元长度的确定：

根据步骤1所述拟掩护海域的波浪水文数据、步骤2周期单元内圆桩半径a_i和不同半径圆桩的个数N_i，确定周期单元的长度d(如图2所示)，具体方法为：

周期单元的长度d与步骤1拟掩护海域的主波向θ和主波长λ需满足以下公式：

λ＝d(1+sinθ)。

周期单元的长度d与步骤2周期单元内圆桩半径a_i和不同半径圆桩的个数N_i需满足以下公式：

组合桩海岸防护结构中每个周期单元的长度d均保持一致，最终设计获得适合拟掩护海域范围的组合桩海岸防护结构，如图2所示。

图3示出了等半径规律分布与本实施例设计方法获得的非等半径等周期规律分布的海岸防护结构波浪场分布，可以明显看出：相较于等直径，非等半径的海岸防护结构的后方波浪场更加均匀，这就意味着波程相位突变的调制作用明显高于波程变化累积，因此其消浪效果也就相对更好。

分析原因可能是：不同组件的桩结构在波浪传播过程中可以使波浪发生波程的相位突变，而等直径的桩基防护结构使波浪发生波程变化累积才能实现挡浪目的。相较于波程累积，相位突变会使波浪传播迅速发生变化，所以相较于等直径的桩基结构，组合桩防护结构的挡浪效率远远高于等直径的桩基防护结构。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案(比如各种公式的运用、步骤的先后顺序等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种组合桩海岸防护结构的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

步骤1，基础数据的收集：

确定拟掩护海域的范围，并收集拟掩护海域的波浪水文数据；

所述波浪水文数据包括拟掩护海域的主波向θ和主波长λ；

步骤2，组合桩组件、布局及周期数的确定：

S21、海岸防护结构由若干组合桩周期单元组成，每个周期单元内组合桩的组件包括至少两种不同半径的圆桩，圆桩半径记为a_i，不同半径圆桩的个数分别对应为N_i，i＝1,2,3...m；

S22、每个周期单元中，每一排与每一列的各个圆桩的桩心均保持在同一直线上；

S23、确定不同周期单元内的圆桩排布规律都相同；

S24、确定组合桩海岸防护结构中所包含的周期单元总数T；

步骤3，组合桩海岸防护结构中每个周期单元长度的确定：

根据步骤1所述拟掩护海域的波浪水文数据、步骤2周期单元内圆桩半径a_i和不同半径圆桩的个数N_i，确定周期单元的长度d，且组合桩海岸防护结构中每个周期单元的长度d均保持一致，最终设计获得适合拟掩护海域范围的组合桩海岸防护结构；

周期单元的长度d与步骤1拟掩护海域的主波向θ和主波长λ需满足以下公式：

λ＝d(1+sinθ)

周期单元的长度d与步骤2周期单元内圆桩半径a_i和不同半径圆桩的个数N_i需满足以下公式：

2.一种由权利要求1所述方法设计得到的组合桩海岸防护结构，其特征在于，所述海岸防护结构中将不同半径的圆桩设置成等周期规律分布形式。