一种带活动挡浪板式防浪墙结构.pdf

本发明公开了一种带活动挡浪板式防浪墙结构，属于防波堤结构施工领域。该防浪墙结构包括有：（1）防浪墙身；（2）活动挡浪板；（3）门页连接器；（4）重物块体；（5）拉索；（6）吊环；（7）支撑杆；（8）张紧器。该防浪墙结构主要由防浪墙身和活动挡浪板两部分组成，并且通过门页连接器使两部分组成一个整体。该防浪墙结构可有效地抵挡波浪对防波堤的作用，降低防波堤堤顶高程、胸墙顶高程、波浪在堤前的爬高及堤顶越浪量，大大提高防波堤的消浪效果，并有效减少防浪堤的工程量。

1.一种带活动挡浪板式防浪墙结构，包括：防浪墙身、活动挡浪板、门页连接器、重物块体、拉索、吊环、支撑杆及张紧器，其特征在于：所述的防浪墙身固定在防波堤堤顶前沿，在波浪较小的情况下单独抵抗波浪的作用；所述的活动挡浪板通过门页连接器安装在防浪墙身上与其组成一个整体，活动挡浪板可以上下摆动；所述的拉索一端连接重物块体，另一端通过吊环与活动挡浪板连接；所述的支撑杆的一端安装在活动挡浪板上，另一端安装在防浪墙身上，支撑杆上安装两个张紧器。 2.根据权利要求1所述的一种带活动挡浪板式防浪墙结构，其特征在于：所述的活动挡浪板采用钢铁材料制作。 3.根据权利要求1所述的一种带活动挡浪板式防浪墙结构，其特征在于：所述的每块活动挡浪板通过3个门页连接器分别与防浪墙身对应连接。 4.根据权利要求1所述的一种带活动挡浪板式防浪墙结构，其特征在于：所述的两个张紧器分别安装在支撑杆长度的1/4与3/4处。

一种带活动挡浪板式防浪墙结构

技术领域：

本发明涉及一种带活动挡浪板式防浪墙结构，能够广泛应用于波浪作用强的防波堤设计领域。 

背景技术：

防波堤作为港口的重要的组成部分，在整个港口的运营中起着重要的作用。而防浪墙是为防止波浪翻越防波堤堤顶而设置在防波堤堤顶上侧并与防波堤防渗体连接的挡水墙。合理的防波堤顶高程是方便作业、避免波浪和潮水对港口设备和货物造成损失的重要措施。目前防波堤前沿波浪较大时，采用提高防波堤顶高程，从而降低越浪量的措施。设计防波堤堤顶高程和胸墙顶高程时，一般采用大于20年一遇设计高潮(水)位和波浪要素。在一般的情况下，波浪较小，确定的高程虽然是合理的，但是偏高，这样不仅给设计以及施工带来许多困难，而且增加了许多不必要的工程量。现有的防浪墙大多造型式样简单，美观度差，虽起到了防浪、防洪、阻水作用，但也把美丽的风景阻挡在人们的视野之外，不适合当前宜居、和谐、景观化、亲水性的主体要求。 

发明内容：

本发明针对防波堤堤顶高程和胸墙顶高程设计的不足，提供一种新型带活动挡浪板式防浪墙结构。该结构不仅能适当地降低防波堤堤顶高程和胸墙顶高程，具有较好的消浪效果，而且还能满足人们对防波堤亲水性的要求。 

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案： 

一种带活动挡浪板式防浪墙结构，包括：防浪墙身、活动挡浪板、重物块体、拉索、门页连接器、吊环、支撑杆及张紧器。所述的防浪墙身固定在防波堤堤顶前沿，在波浪较小的情况下单独抵抗波浪的作用。在设计防浪墙身的高程时，可采用重现期为20年或者更低的设计高潮位和相应的波浪要素。这样不仅可以降低胸墙顶高程，满足人们对防波堤的亲水性要求，并且能够适当地减少工程量和工程造价。所述的活动挡浪板通过门页连接器安装在防浪墙身上与其组成一个整体，活动挡浪板可以上下摆动。在波浪较小的情况下，活动挡浪板在支撑杆的作用下垂在原处，不受波浪的作用。在波浪较大的情况下，活动挡浪板将在波浪力的作用下抬起并与防浪墙身结构共同抵抗波浪的作用，这样不仅可以减少越浪量，而且还能提高防波堤的消浪效果。波浪作用过后，活动挡浪板在重力的作用下又将垂至原处。所述的拉索一端连接重物块体，另一端通过吊环与活动挡浪板连接。在活动挡浪板抬起时，重物块体通过拉索作用在活动挡浪板上的拉力能避免活动挡浪板被波浪力打翻。当活动挡浪板垂下时，重物块体沉至原处，将不对活动挡浪板产生任何作用力。所述的支撑杆的一端安装在活 动挡浪板上，另一端安装在防浪墙身上。若活动挡浪板在重力的作用下垂至胸墙墙顶平面以下，它将不能正常抵抗波浪作用。该支撑杆能将活动挡浪板固定在胸墙墙顶平面以上的某一位置，从而保证活动挡浪板能够正常工作。所述的支撑杆上安装两个张紧器，当活动挡浪板正常工作时，挡浪板抬起将对支撑杆产生较大的拉力。该张紧器能使支撑杆处于拉伸的状态，从而防止支撑杆被拉断，起到保护支撑杆的作用。 

进一步地，所述的活动挡浪板采用钢铁材料制作。 

进一步地，所述的每块活动挡浪板通过3个门页连接器分别与防浪墙身对应连接。 

进一步地，所述的两个张紧器分别安装在支撑杆长度的1/4与3/4处。 

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果： 

1、该带活动挡浪板式防浪墙结构分防浪墙身和活动挡浪板，可降低防波堤堤顶高程和胸墙顶高程，减少防波堤的工程量，从而降低防波堤的工程造价。 

2、防浪墙身和活动挡浪板结构在波浪较大时，共同抵抗波浪的作用，这样可减少波浪的越浪量，提高防波堤的消浪效果，从而保障防波堤内侧水域平稳性或内侧港域的安全。 

3、该新型防浪墙结构使防波堤与环境和谐相处，满足人们对防波堤亲水性的要求。 

4、该新型防浪墙结构不仅能够运用在现有的防波堤上，而且还可运用于护岸等工程。 

综上所述，本发明不仅结构简单、施工方便、能够有效地减小越浪量、具有更好的消浪效果、满足人们对防波堤亲水性的要求，而且还可广泛地应用于防波堤以及其他护岸工程。 

附图说明：

图1为发明的结构示意图； 

图2为带活动挡浪板式防浪墙俯视图； 

图3防波堤胸墙受力示意图； 

图中标号解释：1、防浪墙身；2、活动挡浪板；3、门页连接器；4、重物块体；5、拉索；6、吊钩；7、支撑杆；8、张紧器 

具体实施方式

如图1所示，该新型结构主要由防浪墙身(1)和活动挡浪板(2)两部分构成。活动挡浪板(2)的厚度根据具体强度要求来确定，一般可取8mm-12mm。活动挡浪板(2)可以分段，段长约1m，段与段之间可预留10～20cm的缝隙。活动挡浪板(2)采用钢铁材料制作，并通过门页连接器(3)与防浪墙身(1)组成一个整体。重物块体(4)一般放置在地上，其一端通过拉索(5)和吊钩(6)与活动挡浪板(2)的一端相连。支撑杆件(7)一端安装在活动挡浪板(2)上，另一端安装在防浪墙身(1)上。支撑杆件(7)需采用强度较大的杆件。两个张紧器(8)分别安装在支撑杆件(7)的1/4与3/4处。 

如图2所示，门页连接器(3)安装在防浪墙身(1)的上端和活动挡浪板(2)的下端。在每段活动挡板(2)上安装3个门页连接器(3)，分别安装在活动挡板(2)长度的1/6、1/2、5/6处。 

此外，初拟出该防浪墙结构各部分尺寸，并通过波浪力作用下防波堤胸墙抗滑、抗倾稳定性验算，说明该消浪结构的合理性，可以广泛使用。 

首先初步拟定各部分结构尺寸。胸墙顶高程＝设计水位+波浪爬高R，根据《防波堤设计与施工规范》有关规定：R＝K_ΔR₁H，R₁＝K₁th(0.423M)+[(R₁)_m-K₂]R(M)，M＝1/m(L/H)1/2(th2πd/L)^-1/2， ( R 1 ) m = K 3 2 th 2 πd L ( 1 + 4 πd / L sh 4 πd / L ) , ]]>R(M)＝1.09M^3.32exp(-1.25M)，式中：R为波浪爬高(m)，从静水面算起，向上为正；K_Δ为与斜坡护面结构型式有关的糙渗系数；R₁为K_Δ＝1、H＝1m时波浪爬高(m)；(R₁)_m是斜坡m值有关的函数；R(M)为爬高函数；K₁、K₂、K₃为系数，由规范JTJ213-98中表8.2.3-1确定。 

该活动挡浪板的长度可由以下方法确定：1、采用重现期50年的波浪资料设计防波堤，从而得出胸墙顶高程H₁；2、采用重现期20年的波浪资料设计防波堤，从而得出胸墙顶高程H₂；3、活动挡浪板的长度l＝H₁-H₂。活动挡浪板的厚度可根据具体强度的要求选取(一般取8mm-12mm)，活动挡浪板的段长b一般取1m。在防浪墙上可间隔一段距离安装一个活动挡浪板。在活动挡浪板两端以及中点处安放3个门页连接器，与防浪墙身连成一个整体。重物块体的重量可由以下方法确定：1、计算出活动挡浪板的自重以及作用在活动挡浪板上的波浪力。2、对活动挡浪板进行受力分析，根据活动挡浪板受力平衡计算出重物块体的重量。 

初步拟定完结构尺寸，然后对防波堤胸墙进行抗倾、抗滑稳定性的相关计算。由于活动挡浪板对胸墙产生的作用力和力矩与重物块体对胸墙产生的作用力和力矩相互抵消，因此不会影响防波堤胸墙的稳定性。故只需验证防波堤胸墙降低高程后是否满足抗倾、抗滑稳定性。胸墙上的平均压力强度p′＝0.24×γ′×H_1％×K_P，式中，γ′为海水重度，取10.25kN/m³；H_1％是指累积频率为1％的波高；K_P为平均压强系数。胸墙上水平波浪力为0.6p′(d₁+Z)，式中，d₁为胸墙前水深，单位为m；d₁+z为胸墙上波压力分布高度。胸墙底部波浪浮托力 式中，μ为波浪浮托力折减系数，采用0.7；b为胸墙底宽(m)。防波堤胸 墙沿墙底的抗滑稳定性计算式为γ_oγ_pp≤(γ_GG-γ_uP_u)f+γ_EE_b，式中，G是防波堤胸墙自重的标准值，单位为kN；p为作用在胸墙海侧面上的水平波浪力标准值，单位为kN；P_u为作用在胸墙底面上的波浪浮托力标准值，单位为kN；E_b为内侧面地基上或填石的被动土压力，可按规范乘以折减系数0.3作为标准值；γ_o为结构重要性系数；γ_p为水平波浪力分项系数；γ_u为波浪浮托力分项系数；γ_G自重力分项系数；γ_E为土压力分项系数；f为胸墙底面摩擦力系数。防波堤胸墙抗倾稳定性的验算公式为 式中，M_p为水平波浪力的标准值对胸墙后趾的倾覆力矩，单位为kN·m；M_u为波浪浮托力的标准值对胸墙后趾的倾覆力矩，单位为kN·m；M_G为胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩，单位为kN·m；M_E为土压力的标准值对胸墙后趾底面的稳定力矩，单位为kN·m；γ_d为结构系数；其他各项系数同前。通过计算，得到防波堤胸墙抗倾、抗滑稳定性满足要求。本专利选取降低胸墙高程的设计方案为算例，若需计算降低堤顶高程的设计方案，其计算方法与上述类似，在此不再赘述。计算详见具体实施例。 

实施例 

如图1福建省某地修建防波堤，重现期为50年时，设计高水位为4.5，极端高水位为5.48。在设计高水位下波高2.9，波高为3.9，设计波长50.58，堤前水深为-3.6。胸墙顶高程为7.5，胸墙顶宽为0.8，底宽为2.8。重现期为20年时，设计高水位为3.4，极端高水位为4.38。在设计高水位下波高2.1，波高为3.0，设计波长46.51，堤前水深为-3.6。 

1.重现期为20年时，在设计水位3.4m下，正向规则波的爬高按《防波堤设计与施工规范》中的下列公式计算： M = 1 / m ( L / H ) 1 / 2 ( th 2 πd / L ) - 1 / 2 = ]]> 1 1.5 × ( 46.51 / 2.1 ) 1 / 2 × ( th 2 π × 7 / 46.51 ) - 1 / 2 = 3.653 m , ]]> ( R 1 ) m = K 3 2 th 2 πd L ( 1 + 4 πd / L sh 4 πd / L ) = ]]> 4.98 2 th 2 π × 7 46.51 ( 1 + 4 π × 7 / 46.51 sh 4 π × 7 / 46.51 ) = 2.253 m , ]]>R(M)＝1.09M^3.32exp(-1.25M)＝1.09×3.653^3.32exp(-1.25×3.653)＝0.836m，R₁＝K₁th(0.423M)+[(R₁)_m-K₂]R(M)＝ 1.24th(0.423×3.653)+[2.253-1.029]×0.836＝2.16m，R＝K_ΔR₁H＝0.38×2.16×2.1＝1.72m，胸墙顶高程＝3.4m+1.72m＝5.12m。同理在极端高水位4.38m时波浪爬高R＝1.8m，胸墙顶高程＝4.4m+1.8m＝6.2m。经综合分析比较得，选取胸墙顶高程6.5m。因此，活动挡浪板的长度＝7.5m-6.5m＝1m。 

2.重现期为20年时，单位长度胸墙上自重力标准值计算为：G₁＝0.8×1.7×23＝31.28kN/m，G₂＝0.5×1.7×23＝19.55kN/m，G₃＝1.0×2.8×23＝64.4kN/m，G＝G₁+G₂+G₃＝115.23kN/m。胸墙上平均压力强度p′＝0.24×10.25×2.3×4＝22.63kPa，单位长度胸墙上的水平波浪力标准值为P＝0.6p′(d₁+z)＝0.6×22.63×1.125＝15.28kN/m。单位长度胸墙上的波浪浮托力标准值为 P u = 0.6 × μ × b p ′ 2 = 0.6 × 0.7 × 2.8 × 22.63 / 2 = 13.3 kN / m . ]]>防波堤墙后填石： γ＝19kN/m³，内侧地基土的被动土压力为：E_b＝0.5×104.89×1×0.3＝15.73kN/m。 

3.单位长度胸墙各个作用力对胸墙后趾的力矩：M_G＝G₁l₁+G₂l₂+G₃l₃＝31.28×(1+1+0.4)+19.55×(1+2/3)+64.4×2.8/2＝197.82kN·m， M p = P × d 1 + z 2 = ]]> 45.277 × 1.125 2 = 8.59 kN · m , ]]> M u = P u × 2 3 b = 13.3 × 2 3 × 2.8 = 24.83 kN · m , ]]> M E = E b × h 3 = 15.73 × 1 3 = ]]> 5.24 kN · m . ]]>其中M_G为自重力标准值对墙后趾的稳定力矩，M_p单位长度胸墙上水平波浪力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩，M_u单位长度胸墙上浮托力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩，M_E单位长度土压力标准值对胸墙后趾的稳定力矩。 

4.沿墙底抗滑稳定性验算：γ_oγ_pp≤(γ_GG-γ_uP_u)f+γ_EE_b，左式＝1×2.3×15.28＝19.86kN，右式＝(1×115.23-1.1×13)×0.6+1×15.73＝76.288kN，左式＜右式，抗滑稳定性满足要求。 

5.沿墙底抗倾稳定性验算： γ o ( γ p M p + γ u M u ) ≤ 1 γ d ( γ G M G + γ E M E ) , ]]>左式＝1×(1.3×8.59+1.1×24.83)＝38.48kN·m， 左式＜右式，抗倾稳定性满足要求。 

6.同理可验证出，该防波堤在极端高水位下满足抗倾、抗滑稳定性的要求。