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摘要：在人工掩护的沿海港口工程中，防波堤是重要的组成部分。它对围护港池、保护港口免受坏天气影响、船舶安全停泊和作业发挥着不可替代的作用。因此，防治防波堤受风浪损坏，是具有重大经济价值与社会价值的。本文就对防波堤损坏的特点与其成因进行分析，为港口通航提供更好保障。
关键词：防波堤；损坏特点；成因；关系
防波堤的主要作用就是预防外海波浪破坏近海岸边构筑物，特别是在需要人工掩护的港口工程中，防波堤更是不可或缺的。然而防波堤需要长期承受海浪带来的冲击力，较容易出现损坏，进而影响到防波堤的功能。所以，加强对防波堤损坏特点的了解，并掌握其与损坏产生成因，对提升防波设计施工水平，是有重要意义的。
1.防波堤常用结构
从结构上来分，防波堤主要有重型与轻型两种，其中，重型防波堤是传统和常用的防波堤型式。主要有直墙堤、斜坡堤与混成堤几种；轻型防波堤是根据波能集中于表层的特点，结合工程特殊需要而来的。主要有浮堤、透空堤、喷气堤、射水堤几种。
1.1直墙堤
在直墙堤前，由于正向波浪会产生完全、不完全反射两种情况，进而形成立波、驻波两种波形，其中，立波的高度是原波的两倍，蕴含着最大的冲击力，在墙前的半波长、四分之一波长处，则会产生波腹、波节。在此种情况下，直墙堤的坡轴承受的冲击力重要有立波压力与浮托力两种，因此常用钢筋混凝土沉箱或混凝土块构筑。在波浪相对较小的区域，也可以使用木笼构筑。
1.2斜坡堤
在斜坡堤中，波浪在遇到堤轴时，会出现形变，带给防波堤斜坡坡面巨大的冲击力，水下坡面则会有向上反压力产生，都会给坡体造成严重损害。为此，在斜坡防波堤建设中，通常需要在堤外坡设置混凝土人工块体或大块石等来对坡面进行保护，降低波浪对防波堤基底产生的淘刷作用，堤身大多采取梯形断面，将石块等施工材料分层、分级的堆砌，完成防波堤构构建。
1.3透空堤
透空堤针对的是水深大、波浪小的情形，在此种条件水域中，重型防波堤工程量过大，防波功能过剩，经济性较差。透空堤则能有效解决这种弊端，根据波浪能量大多分布于海水表层的特点，下部采取桩、柱等结构作为支撑，有空隙存在，然后在桩、柱上部安装防浪结构，发挥防波堤作用。根据相关研究，在波浪中，有超过90%集中于不超过3倍波高的表水层中的，所以，在透空堤设计中，其放浪结构深入到水下的深度取2-2.5倍波高即可。
1.4喷气堤与射水堤
喷气堤的防波原理为通过空气压缩机，经水底管道喷射出气泡，形成气幕与环流，对波浪起到阻碍、消减的作用；射水堤则是通过水泵，经水面喷嘴喷射出高压水流，来抵消一部分波浪，达到消减波能的效果。此两种轻型防波堤存在能耗大、易腐蚀、易被生物附着等不足，在实际应用中有许多其他问题需要解决，难以大面积运用。
2.防波堤损坏特点
2.1蛇形损坏
在防波堤中，堤轴各个部分会受到波浪程度不一的冲击力，发生不同程度的损伤，在堤轴上表现出如蛇形一样，弯曲不齐，因此，被称为蛇形损坏。在波浪对防波堤形成冲击的过程中，在防波堤的作用下，会出现反射波、绕射波，受两种波的共同作用，防波堤不同部位的波前高度是不一致的，而且存在有周期性变化特点，导致不同段防波堤受力存在差异，在长期使用过程中，堤轴上就会呈现出蛇形损坏的现象。特别是在沉箱滑移损坏的防波堤中，蛇形现象会更为明显。
2.2凹角处损坏
在防波堤堤轴不同部位，所承受的波高并不完全相同，给予防波堤产生的冲击力大小不一，导致防波堤损坏严重程度存在差异。其中，在防波堤的凹角部位，是两端防波堤相交的位置，各自产生的反射波会在凹角处产生共振，出现激增效果，导致波高出现周期性的增大，根据相关研究表明，凹角处波高激增点的高度大约是入射波波高的两倍，凹角处的损坏也更为严重[3]。
2.3剪切损坏
剪切破坏主要是由于某处海床所承受的剪切力超过自身的剪切强度，进而导致的剪切破坏，这种破坏会对重型防波堤的土基剪应力产生较大的影响，造成防波堤倾斜、位移以及结构损坏等破坏，也在很大程度上会受到波涛导致的剪应力空间分布影响。以某港口防波堤为例，其剪切损坏情况如图1所示。
图1
3.防波堤损坏特点与成因的关系
3.1抗波性能设计偏低导致的损坏
对于防波堤而言，其最为主要的作用就是确保近海构建物不会受到波浪的冲击，所以，防波堤本身就需要具备足够的承受波浪冲击的能力。但从实际情况来看，有许多防波堤的损坏是由于抗波性能设计偏低原因导致的，这与设计人员缺少对堤前波浪水动力特性的正确认识有关。在一些防波堤方案设计中，存在只是依赖纸面数据就盲目设计的情况，既没有对实际波浪情况进行实地考察，也没有认真研究该处波浪冲击力大小，其设计方案的防波堤承受能力难以达到实际需求，抗波作用得不到有效发挥，形成“豆腐渣”工程，在海浪冲击下很容易损坏，给该处构建物的安全使用带来负面影响[4]。
3.2海床冲刷作用导致的损坏
对于许多近海结构而言，其结构并不是由于自身受到外力冲击而被破坏的，而是由于海床受到冲刷，引发海床响应，进而导致结构受损。此种情况的发生主要与短峰波作用有关，指的是海浪在冲刷堤轴前产生的一种波，其特点是会导致该处水质点产生复杂的运动，形成质量搬运的效果，冲刷海床，进而造成防波堤的损坏。
3.3防波堤结构、工作条件导致的损坏
在防波堤结构设计中，如果结构自身存在不合理之处，或者结构与工作条件并不相适、连接段没有处理妥当等，都会增大防波堤损坏的概率。以某港口防波堤凹角处的沉箱损坏为例，其原因就是沉箱前消浪块体设计高度过低，在海浪冲击下出现破碎，破碎的消浪块会给沉箱产生巨大冲击力，引发沉箱裂缝、打断并沉入港池中。此外，墙前水深、越浪条件等也会对防波堤损坏产生不同影响，在设计时，需要全面收集各方面信息，考虑到防波堤面临的各种工作条件，结合不同类型防波堤适用环境的差异，选择合适的设计方案，并做好保护，减少防波堤的损坏[5]。
3.4地基不稳、施工期保护不到位导致的损坏
地基与基础是防波堤安全稳定的基本保障，但在实际中，存在地基沉陷、稳定性不足等情况，容易引发防波堤的下陷、上部结构损坏等问题，对此，需要加强对地基稳定性的设计，来确保地基承载力满足要求。
同时，对于防波堤而言，其防波作用是在施工完成后才能发挥的，但在施工过程中，由于施工条件相对恶劣、无法预测因素较多以及未完成结构自身薄弱部位的存在等诸多原因，处于施工期的防波堤是很容易受到外力冲击而损坏的。对此，需要加强对施工组织、施工风险的管理，采取合理、有效的保护措施，减少防波堤损坏险发生的可能。
结束语
综上所述，防波堤作为一种重要的海岸基础设施，发挥着不可替代的作用，是港口安全、良好通航条件的保障，加强对防波堤的研究，掌握防波堤的常用结构，了解其损坏的特点与成因，采取合理的设计方案，加强施工管理，提升防波堤整体性能与质量，发挥防波堤最大价值，是具有重大现实意义的。
参考文献
[1]袁胜英.浅谈防波堤设计经济技术性[J].中国水运,2017(12):26-27.
[2]李聪,费晓璐.浮式防波堤在实际工程中的应用[J].中国水运(下半月),2017,17(10):164-165+177.
论文作者:朱波
论文发表刊物:《防护工程》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/5
标签：防波堤论文; 波浪论文; 凹角论文; 结构论文; 沉箱论文; 作用论文; 冲击力论文; 《防护工程》2018年第5期论文;