CN205012280U - 带圆弧板的π型桩基透空式防波堤 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，包括下部的桩基础及上部的挡浪结构，通过桩基础上的横梁支撑所述挡浪结构，所述挡浪结构包括圆弧板、腹板、底板和肋板，所述圆弧板、顶部连接圆弧板的两个腹板、连接腹板底部的底板构成Π型截面预制件，所述肋板固定腹板及底板。本实用新型不但具有良好的防波效果，能够有效减小堤后方的透射波高，维持港内泊稳条件，而且受力特性较好，结构不易被波浪破坏；此外，该防波堤采用桩基透空式结构，允许港内外水体交换，对环境友好。

Description

带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤

技术领域

本实用新型涉及一种防波堤，具体涉及一种桩基透空式防波堤。

背景技术

桩基透空式防波堤结构自上世纪60年代被提出以来，已经取得了长足的发展，其中的一些结构型式已经应用到了实际工程中。现有的透空式防波堤主要有桩基挡板透空堤、梳式透空堤、T型透空堤以及倒T型透空堤等几种形式，这些传统的透空式防波堤结构虽然具有造价低廉、施工方便、适用于软基等优点，但是其缺点也十分明显，例如在长周期波浪作用下，透空堤的消浪效果十分有限。此外，透空堤的上部结构往往承受较大的波浪力，在恶劣海况下，上部结构易发生破坏。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，利用圆弧板、腹板与底板围成的消能室，加大对波能的耗散，以减小堤后方的透射波高；利用圆弧形结构受力特性较好的特点，降低恶劣海况下上部结构因受力较大而发生破坏的可能性，以克服现有结构对长周期波浪消浪效果不明显以及上部结构易被波浪打坏的缺陷。

技术方案：本实用新型提供了一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，包括下部的桩基础及上部的挡浪结构，通过桩基础上的横梁支撑所述挡浪结构，所述挡浪结构包括圆弧板、腹板、底板和肋板，所述圆弧板、顶部连接圆弧板的两个腹板、连接腹板底部的底板构成Π型截面预制件，所述肋板固定腹板及底板。

进一步，所述桩基础包括每隔5m设置的横向排架，所述横向排架包括四根钢管桩，其中两根为直桩，另外两根为叉桩，叉桩能够抵御防波堤在使用过程中可能受到的较大水平荷载。

进一步，所述横梁为截面为倒T形的钢筋混凝土横梁。

进一步，所述圆弧板上开设有排气孔，开孔率为5％，降低消浪空箱内部的氯离子浓度，防止构件内的钢筋过快腐蚀。

进一步，所述腹板上开设有矩形的消浪孔，开孔率为15％～35％，起消能作用。

进一步，所述底板上开设有泄压孔，开孔率为10％～20％，可以有效减小波浪对上部结构的上托力。

有益效果：1、本实用新型桩基透空式防波堤的上部结构采用圆弧板、腹板、肋板和底板的组合，利用圆弧板良好的受力特性，有效减小上部结构被波浪破坏的概率；利用圆弧板、腹板、底板组成的消浪空箱，有效降低透射到堤后方的波浪能量，在长周期波浪作用下，仍具有较好的消浪效果；

2、本实用新型圆弧板顶部设有排气孔，能有效降低消浪空箱内的氯离子浓度，避免预制件内部的钢筋过快腐蚀，从而影响到建筑物的使用寿命；

3、本实用新型腹板上设有消浪孔，波浪通过外海侧腹板上的消浪孔进入消浪空箱，在消浪空箱内水体发生剧烈掺混，引起较大的波能耗散，从而有效减小堤后方的投射波高，保证港内的泊稳条件；

4、本实用新型底板上设有泄压孔，能够有效减小波浪的上托力，因此断面比较经济；

5、本实用新型除横梁外，其余均为预制构件，可在陆上预制，现场吊装，施工简单快捷，维修也较为方便；

6、本实用新型上部结构外形美观，防波堤建成后具有较好的景观效果；

综上所述，本实用新型不但具有良好的防波效果，能够有效减小堤后方的透射波高，维持港内泊稳条件，而且受力特性较好，结构不易被波浪破坏；此外，该防波堤采用桩基透空式结构，允许港内外水体交换，对环境友好。

附图说明

图1为本实用新型防波堤的横剖面结构示意图；

图2为Π型预制件的等轴测图。

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。

实施例：一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，如图1所示，该防波堤设置在港区外围，由下部结构和上部结构组成。下部结构即桩基础，采用目前设计与施工均较为成熟的钢管桩10作为基桩，基桩需打入泥面以下一定深度，具体应结合工程区的地质条件，根据《港口工程桩基规范》的相关规定计算。防波堤包括多个横向排架，相邻横向排架的间距为5m，横向排架设置有四根钢管桩10，其中两根为直桩，考虑到防波堤在使用过程中可能会受到较大的水平荷载，另外两根组成一对叉桩，叉桩斜度与扭角应综合考虑工程区域的地质条件和施工能力确定。基桩上支承有截面型式为倒T形的钢筋混凝土横梁9，主要用于支撑上部结构，上部结构搁置在相邻两个横向排架的横梁9上，并进行必要的钢筋连接和混凝土浇筑，使其成为一个整体，共同抵抗波浪荷载。

上部结构即防波堤的挡浪结构，挡浪结构由圆弧板1、腹板2、底板4和肋板3组成，其中圆弧板1、腹板2和底板4三者构成Π型截面的预制件，如图2所示，两根竖直的腹板2顶端连接在圆弧板1下方，腹板2的底端连接在底板4的上方。肋板3为独立预制件，在腹板2的侧面对腹板2及底板4进行加固连接，协助腹板2抗剪、抗弯。圆弧板1上设有排气孔5，开孔率设为5％，其主要功能是降低消浪空箱8内部的氯离子浓度，防止构件内的钢筋过快腐蚀。腹板2上设有矩形消浪孔7，开孔率为15％，主要起消能作用。底板4上设有泄压孔6，开孔率也为15％，可以有效减小波浪对上部结构的上托力。

上述带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤的设计方法，按照以下步骤进行：

首先确定防波堤的基桩入土深度、桩径大小、横梁尺寸、圆弧板曲率半径等，然后通过以下方法对应地计算出防波堤上部结构的波压力强度：

当堤顶高程高于计算水位0.7倍设计波高时，波峰作用于圆弧板上的波压力强度可按下列方法确定：

(1)首先将圆弧板等效成相同高度的直立墙，按合田公式计算出直立墙上的波压力，其中计算水位以上的高度η、计算水位处的波压力强度p_s以及直立墙底面处的波压力p_b按下列公式计算：

η＝1.5H(1)

p_s＝α_sγH(2)

p_b＝α_bp_s(3)

${\mathrm{\α}}_s=0.6+\frac{1}{2}{\[\frac{\frac{4{\mathrm{\π\Δh}}_1}{L}}{\sinh \left(\frac{4{\mathrm{\π\Δh}}_1}{L}\right)}\]}^2---\left(4\right)$

${\mathrm{\α}}_b=\frac{1}{\cosh \left(\frac{2{\mathrm{\π\Δh}}_1}{L}\right)}---\left(5\right)$

式中：H是设计波高，单位为m；γ是水的容重，通常取9.8kN/m³；α_s、α_b是计算系数；Δh₁是计算水位与圆弧板最下缘高程差，单位为m；L是设计波长，单位为m；p_s和p_b的单位为kPa；

(2)波峰作用于圆弧板上的波压力强度，按下列公式进行相位修正：

η′＝η(6)

p′_s＝p_s(7)

p′_b＝λ_pp_b(8)

${\mathrm{\λ}}_p={\cos }^4\left(\frac{2\mathrm{\π}\mathrm{\Δ}l}{L}\right)---\left(9\right)$

式中：η′是圆弧板上的波压力图形零点在计算水位以上的高度，单位为m；p′_s是圆弧板上计算水位处的波压力强度，单位为kPa；p′_b是圆弧板最下缘处的波压力强度，单位为kPa；λ_p是堤顶出水时的相位修正系数；Δl是圆弧板上的p′_s与p′_b作用点间的水平距离，单位为m；

(3)波峰作用于圆弧板上各点的波压力强度，其方向应垂直于圆弧板面，按下列公式进行角度修正：

p(θ)＝p(Z)′cosθ(10)

式中：p(θ)是圆弧板上的波压力强度，单位为kPa；p(Z)′是经相位修正后Z点的波压力强度，单位为kPa，Z点为自圆弧板最下缘起算的垂直高度，由p′_s和p′_b经内插求得；θ是波压作用点的圆心角，单位为度；

当堤顶高程位于或低于计算水位，且圆弧板的外半径与波长之比不大于0.085时，波峰作用于圆弧板上的波压力强度可按下列方法确定：

(1)首先将圆弧板等效成相同高度的直立墙，按式(1)～式(5)计算直立墙上的波压力强度，再进行相位修正和角度修正，相位修正方法如下：

η′＝η(11)

p′_s＝p_s(12)

p′_b＝λ′_pp_b(13)

${\mathrm{\λ}}_p^{\′}={\cos }^4\left(\frac{2\mathrm{\π}{\left(\mathrm{\Δ}l\right)}^{\′}}{L}\right)---\left(14\right)$

式中：λ′_p是堤顶淹没时的相位修正系数；(Δl)′是圆弧板上的p′_b作用点与堤顶间的水平距离，单位为m；

(2)波峰作用于圆弧板上各点的波压力强度，其方向垂直于圆弧板面，按式(10)进行角度修正；

当Π型构件底板高程低于计算水位时，底板上常受到波浪上托力作用，透空式水平底板下最大总上托力与最大冲击压强通常不同步发生，它们所对应的压强分布形式也常常不一致，一种为均匀型分布，主要对应于平板的最大总上托力；另一种为局部冲击型分布，主要对应于局部最大冲击压强，均匀分布压强可按下列公式计算：

$\frac{P}{\mathrm{\γ}HB}=1.4{(1-\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\η}}_0})}^{0.8}\exp \[-{(\frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\η}}_0}-0.7)}^2\]---\left(15\right)$

${\mathrm{\η}}_0=\frac{H}{2}+\frac{{\mathrm{\πH}}^2}{2L}\[\frac{\cosh \frac{2\mathrm{\π}h}{L}(\cosh \frac{4\mathrm{\π}h}{L}+2)}{4(\sinh {\left(\frac{2\mathrm{\π}h}{L}\right)}^3}\]---\left(16\right)$

$x=\frac{L}{\mathrm{\π}}\arccos \frac{{\mathrm{\Δh}}_2}{{\mathrm{\η}}_0}---\left(17\right)$

$\stackrel{\‾}{p}=2P/x---\left(18\right)$

式中：P为Π型构件底板受到的最大总上托力，单位为kN；B是底板总宽，单位为m；Δh₂是底板底部距计算水位的距离，单位为m；η₀是波面最大上升高度，单位为m；h是堤前水深，单位为m；x是波浪在底板上的作用宽度，单位为m；如果x＞B，则取x＝B；为均匀分布压强，单位为kPa；

局部最大冲击压强p_i可按下列公式计算：

$\frac{p_i}{\mathrm{\γ}H}=4{(1-\frac{\mathrm{\Δ}h}{{\mathrm{\η}}_0})}^{0.6}\exp \[-1.4{(\frac{\mathrm{\Δ}h}{{\mathrm{\η}}_0}-0.55)}^2\]---\left(19\right)$

式中：p_i为局部最大冲击压强，单位为kPa；Δh为底板底部距静水面的距离，单位为m。

按上述方法计算得到防波堤上部结构的波压力强度后，再根据《水运工程混凝土结构设计规范》等行业规范进行板、梁构件的配筋计算，得到防波堤的各结构参数，包括Π型预制件的纵长L₀，圆弧板1的高度h_c，圆弧板1的跨度l_c，腹板2的高度h_w，肋板3的宽度w_r，肋板3的高度h_r，圆弧板1、腹板2、肋板3以及底板4的厚度t_c、t_w、t_r和t_b等参数。

本实用新型充分考虑了波浪能量主要集中在水体表层的分布规律，在水体浅水层设计为开孔的带圆弧板的Π型挡浪结构，既可以减少波浪在堤前的反射，又能减小堤后方的透射波高。采用圆弧板1后，作用于圆弧板1上的波浪力均指向圆心，因此只产生较小的总水平力；底板4开孔后，有利于减小波浪上托力。此外，通过物理模型试验表明，本实用新型圆弧板1布置合理的情况下，采用带圆弧板1的桩基透空堤的消浪效果明显要好于传统的桩基透空堤，其透射系数普遍要比传统的桩基透空堤减小15％以上。在水体较深处设计为透空式结构，允许港内外水体自由交换，亲水性较好，同时节约了材料，有利于降低工程造价。

Claims (6)

1.一种带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，包括下部的桩基础及上部的挡浪结构，通过桩基础上的横梁支撑所述挡浪结构，其特征在于：所述挡浪结构包括圆弧板、腹板、底板和肋板，所述圆弧板、顶部连接圆弧板的两个腹板、连接腹板底部的底板构成Π型截面预制件，所述肋板固定腹板及底板。

2.根据权利要求1所述的带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，其特征在于：所述桩基础包括每隔5m设置的横向排架，所述横向排架包括四根钢管桩，其中两根为直桩，另外两根为叉桩。

3.根据权利要求1所述的带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，其特征在于：所述横梁为截面为倒T形的钢筋混凝土横梁。

4.根据权利要求1所述的带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，其特征在于：所述圆弧板上开设有排气孔，开孔率为5%。

5.根据权利要求1所述的带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，其特征在于：所述腹板上开设有矩形的消浪孔，开孔率为15%~35%。

6.根据权利要求1所述的带圆弧板的Π型桩基透空式防波堤，其特征在于：所述底板上开设有泄压孔，开孔率为10%~20%。