一种消减波浪冲击效应的梳式防波堤的制作方法

1.本发明涉及堤坝领域，具体涉及一种消减波浪冲击效应的梳式防波堤。


背景技术：

2.传统的直立式沉箱1防波堤为单个混凝土矩形空心沉箱结构，通过并排连接水平布置起来座放于海底，通过在其空心结构内部采用砂石填充起稳定作用。如果对于工作水深较大的情况，一方面沉箱的混凝土用量提高，其内部填充的砂石量也十分巨大，造价随水深增加而大幅提高。
3.如图1所示，梳式防波堤对直立式沉箱防波堤进行了改进，是将单个混凝土矩形沉箱1以一定间隔排列，在两个矩形沉箱1之间采用一个竖直挡板(翼板2)进行连接，形成平面为沉箱1和挡板交替排列的结构，类似于梳齿形状；同时在两个沉箱1间隔的上方用胸墙3盖住以有效防止越浪，梳式防波堤的外壁混凝土总体积量和内部填充的砂石量与传统直立沉箱1防波堤相比都大大减小，适用于工作水深较大的区域。
4.但是，由于两个矩形沉箱1之间空间的上部盖着胸墙3，形成了一个腔室4结构，导致梳式防波堤还存在一个问题，如下所述：
5.如图2和3所示，当波浪波峰传到翼板2与胸墙3下底板组成的腔室4后，波浪又受到翼板2及胸墙3下底板构成的有限空间阻碍，此时随着后方波浪的逐渐推进，迫使波浪与空气混合物向相反的方向逃逸，使结构局部出现水流停滞、上涌和回流现象，在波浪与空气混合体未能及时得到耗散的同时，伴随着后方波浪的推进，发生空气的聚集-膨胀过程，这一过程将会导致结构局部产生冲击压力，特别是当水位低于胸墙3的底端时，冲击效应更加明显。
6.在这个过程中，空腔内的空气可分成两部分：水体会对空气有一个挤压和追赶的作用，结构物下的空气一般不能在发生冲击时很快完全逃逸，如图2所示，一部分空气及时沿着胸墙下底板逃逸出来，如图3所示，另一部分空气未能及时逃逸，在胸墙下底板附近随着波浪一起运动。
7.因此对于如何消减腔室4内部的波浪冲击力，同时最大可能发挥梳式防波堤的经济性能，是港口和海岸工程中所关注的。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提供一种消减波浪冲击效应的梳式防波堤，以解决现有的梳式防波堤的翼板容易被波浪冲击效应冲毁的技术问题。
9.为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：
10.本发明提供一种消减波浪冲击效应的梳式防波堤，包括若干间隔邻接的沉箱和翼板，所述沉箱和所述翼板在海床上形成梳齿状的防波堤，所述防波堤的顶部连接有用于防止波浪越过的胸墙；在两个相邻的所述沉箱之间形成有位于所述胸墙的底面的通道，所述通道基本沿水平方向延伸，所述通道具有入口和出口，所述入口靠近所述翼板和所述胸墙
的连接部位，所述出口靠近所述胸墙朝向波浪前进方向的一面，在所述翼板和所述胸墙的连接部位翻转的波浪能够顺畅地通过所述通道。
11.另一方面，所述通道的截面积从所述入口向所述出口逐渐增大。
12.优选的，所述通道靠近所述出口的部位形成有消浪结构。
13.优选的，所述通道的最小截面高度＜波高的最小高度。
14.优选的，在两个相邻的所述沉箱之间连接有隔板，所述隔板基本水平地设置在所述胸墙的底面下方，所述胸墙和所述隔板之间的空隙形成了所述通道。
15.另一方面，所述隔板靠近所述翼板的一面通过多孔板连接所述翼板，所述多孔板与所述隔板平行，所述多孔板的侧面连接两个所述沉箱，所述多孔板上形成有波浪能够顺畅地通过的透浪孔。
16.优选的，所述隔板和所述多孔板是一体件。
17.优选的，所述透浪孔的面积＜所述隔板和所述多孔板的总面积的30％。
18.优选的，所述隔板的顶面形成有连接至所述胸墙底面的若干消浪块，所述消浪块满布于所述隔板的顶面。
19.优选的，所述隔板的顶面和所述胸墙的底面之间的最小距离＜5米。
20.本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
21.本发明使用所述通道引导波浪和空气混合体朝向波浪前进的反方向移动，使其聚集-膨胀的过程发生在远离所述翼板和所述胸墙连接部位的位置，从而降低了所述翼板和所述胸墙的连接部位受到的冲击力，避免所述翼板被冲毁。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
23.图1为现有的梳式防波堤的立体图；
24.图2和图3为水位没过胸墙底端时波浪在梳式防波堤的腔室内的物理运动过程；
25.图4为实施例1中梳式防波堤面的局部结构朝向波浪一面的示意图；
26.图5为图4的a-a方向的剖面图，以及波峰低于胸墙的底面时波浪在梳式防波堤内的物理运动过程；
27.图6为图4的a-a方向的剖面图，以及波峰高于胸墙的底面时波浪在梳式防波堤内的物理运动过程；
28.图7为实施例2中波峰高于胸墙的底面时波浪在梳式防波堤内的物理运动过程；
29.图8为实施例3中梳式防波堤的结构示意图；
30.图9为实施例3中隔板和多孔板构成的一体件的结构示意图；
31.图10为实施例4中胸墙与隔板之间的结构示意图；
32.图中的标号分别表示如下：
33.1-沉箱；2-翼板；3-胸墙；3a-通道；3a1-入口；3a2-出口；4-腔室；5-隔板；5a-消浪块；6-多孔板；6a-透浪孔。
具体实施方式
34.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。
35.由于梳式防波堤最脆弱的部位在于沉箱1和翼板2的连接部位，因此，本发明想要解决的技术问题是如何避免腔室4内部的空气因聚集-扩散过程而产生的冲击力作用于沉箱1和翼板2的连接部位，为此，如图4-6所示，本发明提供实施例1：
36.一种消减波浪冲击效应的梳式防波堤，包括若干间隔邻接的沉箱1和翼板2，沉箱1和翼板2在海床上形成梳齿状的防波堤，所述防波堤的顶部连接有用于防止波浪越过的胸墙3；在两个相邻的沉箱1之间形成有位于胸墙3的底面的通道3a，通道3a基本沿水平方向延伸，通道3a具有入口3a1和出口3a2，入口3a1靠近翼板2和胸墙3的连接部位，出口3a2靠近胸墙3朝向波浪前进方向的一面，在翼板2和胸墙3的连接部位翻转的波浪能够顺畅地通过通道3a。
37.本发明想要实现的目的是：
38.当波浪的波峰高于胸墙3的下底板时，波浪波峰传到翼板2与胸墙3下底板组成的腔室4后，波浪又受到翼板2及胸墙3下底板构成的有限空间阻碍，此时随着后方波浪的逐渐推进，迫使波浪与空气混合物穿过入口3a1并且通过通道3a向着相反的方向逃逸，在腔室4出现水流停滞、上涌和回流现象，波浪和空气混合体被驱赶到通道3a内部，一部分气体及时通过出口3a2逸出，另一部分气体在通道3a内部并且远离腔室4的部位聚集-膨胀过程，这一过程造成的冲击压力施加在通道3a的内壁。
39.基于上述实施例，本发明实现了由胸墙3的下底面分担翼板2和胸墙3的连接部位受到的冲击压力，避免翼板2被冲毁的目的。
40.进一步的，为了加快波浪与空气混合物从入口3a1朝向出口3a2移动的速度，如图7所示，在实施例1的基础上，本发明还提供实施例2：
41.通道3a的截面积从入口3a1向出口3a2逐渐增大。
42.波峰传到出口3a2时，空气积蓄在腔室4内部，阻止波浪通过出口3a2向通道3a内部流动，波峰传到入口3a1时，水流通过入口3a1向着通道3a内部流动，此时空气积蓄在入口3a1和出口3a2之间，由于入口3a1的口径较小，波浪更容易充满通道3a内部靠近入口3a1的部位，因此波浪和空气混合体被更快地推向远离翼板2的部位，降低气体的聚集-膨胀过程对翼板2的冲击力。
43.进一步的，为了减少波浪通过出口3a2进入到通道3a中的体积：
44.通道3a靠近出口3a2的部位形成有消浪结构。
45.消浪结构的具体结构见图10。
46.进一步的，通道3a发挥作用的前提是：
47.水位低于胸墙3的底面，但是波峰高于胸墙3的底面，空气被封闭在翼板2和胸墙3的连接部位形成的腔室4中。
48.因此，通道3a的底面高度应当高于水位，而通道3a的顶面高度应当低于波峰，此时通道3a才能形成气体通道，为了实现这一前提：
49.通道3a的最小截面高度＜波高的最小高度。
50.进一步的，本实施例提供一种通道3a的形成方法：
51.在两个相邻的沉箱1之间连接有隔板5，隔板5基本水平地设置在胸墙3的底面下方，胸墙3和隔板5之间的空隙形成了通道3a。
52.具体的，隔板5是混凝土预制板，并且隔板5的边缘预埋有铁件，铁件用于焊接在沉箱1上。
53.进一步的，为了增强隔板5的连接强度，避免其与沉箱1的连接部位脱焊，如图8和9所示，本发明在实施例1的基础上，还提供实施例3：
54.隔板5靠近翼板2的一面通过多孔板6连接翼板2，多孔板6与隔板5平行，多孔板6的侧面连接两个沉箱1，多孔板6上形成有波浪能够顺畅地通过的透浪孔6a。
55.透浪孔6a可以是并排设置的长条形通孔，也可以是密布的圆孔，若干透浪孔6a的总和构成了入口3a1。
56.在不影响波浪进入到通道3a内部的前提下，多孔板6连接翼板2和隔板5增强了隔板5的结构强度。
57.进一步的：
58.隔板5和多孔板6是一体件。
59.隔板5、多孔板6以及透浪孔6a和铁件均是通过混凝土浇筑一体预制成型的，无需现场拼接，生产效率高。
60.进一步的，为了避免透浪孔6a过多造成隔板5和多孔板6预制成型的一体件的强度不足，导致其难以对抗波浪的冲击以及空气的聚集-膨胀过程，为此：
61.透浪孔6a的面积＜隔板5和多孔板6的总面积的30％。
62.进一步的，本发明在实施例1的基础上，还提供实施例4，以提供一种消浪结构的具体结构：
63.隔板5的顶面形成有连接至胸墙3底面的若干消浪块5a，消浪块5a满布于隔板5的顶面。
64.消浪块5a是方台形状，消浪块5a与隔板5、多孔板6一体成型，其生产效率高。
65.消浪块5a也可以由扭工字块替代，其消浪效果更好，但是扭工字块难以固定在胸墙3和隔板5之间，生产效率低。
66.进一步的，为了实现通道3a的最小截面高度＜波高的最小高度这一目的，需要限制隔板5的顶面和胸墙3的底面之间的距离，通常情况下，堤前水深范围为8.7～12m，波高范围为1.5～5.5m，因此：
67.隔板5的顶面和胸墙3的底面之间的最小距离＜5米。
68.以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。