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【摘 要】 防波堤损坏原因与结构类型、设计标准、波高等都有密切关系，做好防波堤受损相关问题研究，以便于更好的发挥防波堤的港口保护作用。
【关键词】 防波堤；损坏；特点；原因
防波堤作为港口的重要保护设施，是一种重要的水中建筑物，它能够有效维护港池、阻断波浪的冲击力、保护港口免受坏天气影响、确保水面平衡、以便于船舶的安全作业和停靠，同时防波堤还可起到防止港池淤积和波浪冲蚀岸线的作用。在设计防波堤时，一般规定港内的容许波高在0.5～1.0米之间，具体按水域的不同部位、船舶的不同类型与吨位的需要确定。防波堤常由一、二道与岸连接的突堤或不连接的岛堤组成，或由突堤和岛堤共同组成。根据港口特点的不同具有结构多样性。由于防波堤主要结构类型及应用特点不尽相同，因此防波堤损坏问题也成为防波堤质量控制首要解决的问题。本文主要针对防波堤损坏特点，深入探究损坏及其成因的内在关联。
一、防波堤概要
防波堤在海港各类水工建筑物中有其特殊的地位。虽然防波堤模型试验技术和设计方法以及波浪理论在近几十年内取得了较大的发展，但是，由于波浪-防波堤-地基相互作用的复杂性以及海浪的随机性特征，防波堤损坏事件在世界范围内不断发生。如978年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤严重破坏，以及日本接连不断地发生防波堤损坏事件以及我国发生的一些防波堤损坏，和30年代初地中海沿岸热那亚等几个港口防波堤的毁灭性破坏。近年来，随着港口建设规模扩大，防波堤向深水发展，防波堤损坏事件越来越引起海岸工程界的关注。
二、防波堤损坏特点
1.防波堤损坏的平面形态
从防波堤平面形态上研究，防波堤堤头、凹角附近位置经常会出现损坏，损坏形式多表现出“蛇行破坏”特征，且主要在突堤集中出现。一般不会出现沿防波堤轴线破坏、离岸堤损坏等情况。有研究提出，防波堤不同部位损坏程度会因局部波高不同而有所不同，波高突然变大主要集中发生在堤头或凹角周围。由于两段防波堤凹角出现相交，就会让不同方向的反射波叠加起来，最终导致凹角周围的堤前波高突然增大。通常，对于完全反射的立波，堤前波高为入射波高的两倍。此外，防波堤损坏多沿堤长大范围分布，防波堤不同部位的轻重损坏程度不同，且常出现周期性变化规律。若防波堤损坏时表现出沉箱滑移的特征，形变得弯弯曲曲，宛如蛇行，则称为“蛇行破坏”。比如说，1991年2月一次大风暴造成的六小河原港防波堤重大损害，包括北端、凹角以及南端三个部位，其平面形态分别为蛇行破坏、凹角和堤头破坏。蛇行破坏是由于在绕射和反射波相互作用下沿防波堤各处的堤前波高呈周期性变化，使得各段堤体受到的波浪作用力沿堤轴线周期性变化的结果。
2.防波堤损坏的断面形态
防波堤结构类型不同，所产生的断面损坏形态也不同，其中经常出现的断面形态为消波及护面块体散乱、基床散乱和海床冲刷三种类型。经调查，防波堤不同部位损坏断面形态及所占比例分析如下：直墙滑移25.6%、直墙损坏10.2%、直墙沉陷及倾斜12.3%、上部结构滑移12.4%、上部结构损坏10.8%、上部结构沉陷及倾斜9.7%、海床冲刷25.9%、护面块体散乱61.3%、消浪棱体散乱94.6%。由此可以知道，就沉箱、方块等能抵抗波浪作用的防波堤构件来说，单体工作的消波护体、护面护体及机床出现损坏的可能性极高，但不同结构形式的防波堤，如直立式防波堤、斜坡式防波堤、水平混合式防波堤等的断面损坏形态不同，即损坏集中部位及损坏方式都不相同。
3.断面损坏与防波堤损坏关系分析
受损范围和修复的难易程度是衡量防波堤损坏严重程度的主要依据。对于平面形态可以受损堤长占全长的百分比来表示，这一个连续变化的指标。对于断面受损程度，地质学家鹿岛辽一曾定义：若防波堤堤身及上部胸墙出现沉降倾斜或滑移现象，可通过沉降量或滑移量所占堤身高度、宽度的比例来划分受损程度；而对于斜坡式防波堤或水平混合式防波堤则是通过观测损坏范围去衡量受损程度的。事实上，防波堤平面、断面受损程度会随着波高超出设计波高的增加值而增大，且平面损坏和断面损坏也呈正相关。
三、防波堤损坏特点与其成因的关系探究
之前综合调查分析过防波堤出现损坏的部位及其损坏特点，就上述统计分析总结出导致防波堤损坏的主要原因，也就是波高沿防波堤局部增大超过原来的设计标准，具体可分成下面几个因素。
1.综合因素引起损坏
事实上，防波堤的损坏多是由综合各种因素引起的，包括防波堤前的波高设计超过相关标准、专业设计人员对港池水域波浪群及其特性认识不够、防波堤扭工字块强度不足、防波堤设计的堤心石透水性不符合相关要求等原因。虽然港池波浪对防波堤的损坏造成不同形式，但由统计可知防波堤损坏出现最高频率的形式为由波浪造成的堤头或沿堤水流造成的损坏及蛇行破坏两类。因此，防波堤设计人员在设计防波堤时，必须综合考虑港池波浪水动力特性、地基类型及施工条件对防波堤设计的影响，以避免防波堤的损坏。
2.防波堤结构及工作条件引起损坏
一般来说，防波堤结构设计不合理、工作条件不适合或连接段处理不恰当除了会决定防波堤的损坏形态，还会影响损坏形态的发展及延伸。波浪是防波堤的主要设计荷载，防波堤损坏的主要原因是对对堤前波浪水动力特性认识不足，主要表现在波能局部集中，破碎波和越浪的出现，设计波浪标准的确定，波群和波谱特征、长周期波、破波相似参数，以及对风浪延时等破坏因素认识不深入。设计波浪标准包括两个方面：设计波浪的重现期和设计波浪的波列累计频率，设计波浪标准偏低是防波堤损坏的一个重要因素。造成防波堤破坏的另一原始是凹角处波能集中，之前我国某港口防波堤在凹角处沉箱出现损坏，造成其损坏的一个关键原因是沉箱前面的消浪块体设计高度严重不足，导致破碎波冲击力产生。这种情况下，沉箱會受到相当于50t重的消浪块体撞击，导致沉箱出现裂痕，完全打断后则跌入港池中。除此之外，墙前水深及越浪条件的改变会导致防波堤的损坏形态出现不同。因此，专业设计人员必须充分考虑防波堤的工作条件及适用环境，采取一定的保护措施，避免防波堤遭受破坏。 3. 地基承载力不足、施工期损坏高发
当结构自身的稳定性和轻度抗力不足，结构的整体性、尺度或者连接段处理不当，堤前或基床顶水深不足出现破碎波等诱发损坏的案例也时有发生。波浪作用造成地基土液化或软化是深水防波堤建设面临的新课题。由于堤脚、海床和基床的冲刷，地基承载能力不足而引起防波堤的损坏也比较常见。地基及基础的稳定性是确保建筑物安全的重要条件，但堤基沉陷、稳定性失衡是导致防波堤上部结构损坏或整体下榻的关键原因。因此，设计人员设计时要考虑采取一定措施维持相关结构的稳定，保证地基承载力不超过限值。防波堤断面通常是在建筑物完成建成整体后才会起到抵抗港池波浪的作用，但在施工过程中难免会存在薄弱地方，且防波堤离海岸较远，施工条件恶劣且难以控制、施工时间长且多种因素无法预测，导致施工期间易于发生防波堤损坏。同时，还必须注意剪切破坏问题，当海床某一点的剪应力大于它的剪切强度时，就可能造成土体剪切破坏。实际中这种不稳定模型将依赖于波浪引起的剪应力的空间分布以及土的剪切强度。因此，必须通过科学合理地组织施工、加强施工风险管理力度方可有效防止防波堤出現损坏。
4.施工期不够稳定
在建筑物建成后整体工作时才能实现防波堤断面抵御波浪作用的能力，而在施工过程中往往会显现出某些环节的薄弱，加之，防波堤通常离海岸较远，施工环境极其恶劣，并且工期长，有很多无法预见的因素，因此，在施工时必须做到合理组织，加强防线管理，以此来降低不必要的损失。
四、结语
防波堤的破坏是一个复杂的整体过程，一直以来，防波堤的损坏特点研究及其成因分析都是世界人们密切关注的重点，因此，我们必须针对防波堤各种不同形式及其应用特点，深入了解防波堤损坏机理，应该从国内外防波堤损坏实例中分析原因，总结教训，找出规律，为我国防波堤的设计和施工提供借鉴，从而提高工程质量，减少工程损失。从根本上提高防波堤设计施工水平，加强施工管理水平，确保防波堤质量，延长其使用寿命。
参考文献：
[1]成贵才.浅析防波堤损坏形式及其产生原因[J].中国建筑工程，2011（19）.
[2]黄力仁.探究防波堤损坏特点及相关改善措施[M].北京：北京科学出版社，2012.
[3]叶国全.浅议防波堤损坏类型[J].中国建筑研究，2009（02）.
[4]北岛昭一，中野拓治，掘井修身，等.被灾防波堤集览[J].港湾技研资料，1968，58：
[5]武山秀夫，中山种清.被灾防波堤集览（その2）[J].港湾技研资料，1975，200：
[6]服部千佳志，柴田钢三，大晃一.被灾防波堤集览（その3）[J].港湾技研资料，1984，485：
【关键词】 防波堤；损坏；特点；原因
防波堤作为港口的重要保护设施，是一种重要的水中建筑物，它能够有效维护港池、阻断波浪的冲击力、保护港口免受坏天气影响、确保水面平衡、以便于船舶的安全作业和停靠，同时防波堤还可起到防止港池淤积和波浪冲蚀岸线的作用。在设计防波堤时，一般规定港内的容许波高在0.5～1.0米之间，具体按水域的不同部位、船舶的不同类型与吨位的需要确定。防波堤常由一、二道与岸连接的突堤或不连接的岛堤组成，或由突堤和岛堤共同组成。根据港口特点的不同具有结构多样性。由于防波堤主要结构类型及应用特点不尽相同，因此防波堤损坏问题也成为防波堤质量控制首要解决的问题。本文主要针对防波堤损坏特点，深入探究损坏及其成因的内在关联。
一、防波堤概要
防波堤在海港各类水工建筑物中有其特殊的地位。虽然防波堤模型试验技术和设计方法以及波浪理论在近几十年内取得了较大的发展，但是，由于波浪-防波堤-地基相互作用的复杂性以及海浪的随机性特征，防波堤损坏事件在世界范围内不断发生。如978年葡萄牙锡尼斯港深水防波堤严重破坏，以及日本接连不断地发生防波堤损坏事件以及我国发生的一些防波堤损坏，和30年代初地中海沿岸热那亚等几个港口防波堤的毁灭性破坏。近年来，随着港口建设规模扩大，防波堤向深水发展，防波堤损坏事件越来越引起海岸工程界的关注。
二、防波堤损坏特点
1.防波堤损坏的平面形态
从防波堤平面形态上研究，防波堤堤头、凹角附近位置经常会出现损坏，损坏形式多表现出“蛇行破坏”特征，且主要在突堤集中出现。一般不会出现沿防波堤轴线破坏、离岸堤损坏等情况。有研究提出，防波堤不同部位损坏程度会因局部波高不同而有所不同，波高突然变大主要集中发生在堤头或凹角周围。由于两段防波堤凹角出现相交，就会让不同方向的反射波叠加起来，最终导致凹角周围的堤前波高突然增大。通常，对于完全反射的立波，堤前波高为入射波高的两倍。此外，防波堤损坏多沿堤长大范围分布，防波堤不同部位的轻重损坏程度不同，且常出现周期性变化规律。若防波堤损坏时表现出沉箱滑移的特征，形变得弯弯曲曲，宛如蛇行，则称为“蛇行破坏”。比如说，1991年2月一次大风暴造成的六小河原港防波堤重大损害，包括北端、凹角以及南端三个部位，其平面形态分别为蛇行破坏、凹角和堤头破坏。蛇行破坏是由于在绕射和反射波相互作用下沿防波堤各处的堤前波高呈周期性变化，使得各段堤体受到的波浪作用力沿堤轴线周期性变化的结果。
2.防波堤损坏的断面形态
防波堤结构类型不同，所产生的断面损坏形态也不同，其中经常出现的断面形态为消波及护面块体散乱、基床散乱和海床冲刷三种类型。经调查，防波堤不同部位损坏断面形态及所占比例分析如下：直墙滑移25.6%、直墙损坏10.2%、直墙沉陷及倾斜12.3%、上部结构滑移12.4%、上部结构损坏10.8%、上部结构沉陷及倾斜9.7%、海床冲刷25.9%、护面块体散乱61.3%、消浪棱体散乱94.6%。由此可以知道，就沉箱、方块等能抵抗波浪作用的防波堤构件来说，单体工作的消波护体、护面护体及机床出现损坏的可能性极高，但不同结构形式的防波堤，如直立式防波堤、斜坡式防波堤、水平混合式防波堤等的断面损坏形态不同，即损坏集中部位及损坏方式都不相同。
3.断面损坏与防波堤损坏关系分析
受损范围和修复的难易程度是衡量防波堤损坏严重程度的主要依据。对于平面形态可以受损堤长占全长的百分比来表示，这一个连续变化的指标。对于断面受损程度，地质学家鹿岛辽一曾定义：若防波堤堤身及上部胸墙出现沉降倾斜或滑移现象，可通过沉降量或滑移量所占堤身高度、宽度的比例来划分受损程度；而对于斜坡式防波堤或水平混合式防波堤则是通过观测损坏范围去衡量受损程度的。事实上，防波堤平面、断面受损程度会随着波高超出设计波高的增加值而增大，且平面损坏和断面损坏也呈正相关。
三、防波堤损坏特点与其成因的关系探究
之前综合调查分析过防波堤出现损坏的部位及其损坏特点，就上述统计分析总结出导致防波堤损坏的主要原因，也就是波高沿防波堤局部增大超过原来的设计标准，具体可分成下面几个因素。
1.综合因素引起损坏
事实上，防波堤的损坏多是由综合各种因素引起的，包括防波堤前的波高设计超过相关标准、专业设计人员对港池水域波浪群及其特性认识不够、防波堤扭工字块强度不足、防波堤设计的堤心石透水性不符合相关要求等原因。虽然港池波浪对防波堤的损坏造成不同形式，但由统计可知防波堤损坏出现最高频率的形式为由波浪造成的堤头或沿堤水流造成的损坏及蛇行破坏两类。因此，防波堤设计人员在设计防波堤时，必须综合考虑港池波浪水动力特性、地基类型及施工条件对防波堤设计的影响，以避免防波堤的损坏。
2.防波堤结构及工作条件引起损坏
一般来说，防波堤结构设计不合理、工作条件不适合或连接段处理不恰当除了会决定防波堤的损坏形态，还会影响损坏形态的发展及延伸。波浪是防波堤的主要设计荷载，防波堤损坏的主要原因是对对堤前波浪水动力特性认识不足，主要表现在波能局部集中，破碎波和越浪的出现，设计波浪标准的确定，波群和波谱特征、长周期波、破波相似参数，以及对风浪延时等破坏因素认识不深入。设计波浪标准包括两个方面：设计波浪的重现期和设计波浪的波列累计频率，设计波浪标准偏低是防波堤损坏的一个重要因素。造成防波堤破坏的另一原始是凹角处波能集中，之前我国某港口防波堤在凹角处沉箱出现损坏，造成其损坏的一个关键原因是沉箱前面的消浪块体设计高度严重不足，导致破碎波冲击力产生。这种情况下，沉箱會受到相当于50t重的消浪块体撞击，导致沉箱出现裂痕，完全打断后则跌入港池中。除此之外，墙前水深及越浪条件的改变会导致防波堤的损坏形态出现不同。因此，专业设计人员必须充分考虑防波堤的工作条件及适用环境，采取一定的保护措施，避免防波堤遭受破坏。 3. 地基承载力不足、施工期损坏高发
当结构自身的稳定性和轻度抗力不足，结构的整体性、尺度或者连接段处理不当，堤前或基床顶水深不足出现破碎波等诱发损坏的案例也时有发生。波浪作用造成地基土液化或软化是深水防波堤建设面临的新课题。由于堤脚、海床和基床的冲刷，地基承载能力不足而引起防波堤的损坏也比较常见。地基及基础的稳定性是确保建筑物安全的重要条件，但堤基沉陷、稳定性失衡是导致防波堤上部结构损坏或整体下榻的关键原因。因此，设计人员设计时要考虑采取一定措施维持相关结构的稳定，保证地基承载力不超过限值。防波堤断面通常是在建筑物完成建成整体后才会起到抵抗港池波浪的作用，但在施工过程中难免会存在薄弱地方，且防波堤离海岸较远，施工条件恶劣且难以控制、施工时间长且多种因素无法预测，导致施工期间易于发生防波堤损坏。同时，还必须注意剪切破坏问题，当海床某一点的剪应力大于它的剪切强度时，就可能造成土体剪切破坏。实际中这种不稳定模型将依赖于波浪引起的剪应力的空间分布以及土的剪切强度。因此，必须通过科学合理地组织施工、加强施工风险管理力度方可有效防止防波堤出現损坏。
4.施工期不够稳定
在建筑物建成后整体工作时才能实现防波堤断面抵御波浪作用的能力，而在施工过程中往往会显现出某些环节的薄弱，加之，防波堤通常离海岸较远，施工环境极其恶劣，并且工期长，有很多无法预见的因素，因此，在施工时必须做到合理组织，加强防线管理，以此来降低不必要的损失。
四、结语
防波堤的破坏是一个复杂的整体过程，一直以来，防波堤的损坏特点研究及其成因分析都是世界人们密切关注的重点，因此，我们必须针对防波堤各种不同形式及其应用特点，深入了解防波堤损坏机理，应该从国内外防波堤损坏实例中分析原因，总结教训，找出规律，为我国防波堤的设计和施工提供借鉴，从而提高工程质量，减少工程损失。从根本上提高防波堤设计施工水平，加强施工管理水平，确保防波堤质量，延长其使用寿命。
参考文献：
[1]成贵才.浅析防波堤损坏形式及其产生原因[J].中国建筑工程，2011（19）.
[2]黄力仁.探究防波堤损坏特点及相关改善措施[M].北京：北京科学出版社，2012.
[3]叶国全.浅议防波堤损坏类型[J].中国建筑研究，2009（02）.
[4]北岛昭一，中野拓治，掘井修身，等.被灾防波堤集览[J].港湾技研资料，1968，58：
[5]武山秀夫，中山种清.被灾防波堤集览（その2）[J].港湾技研资料，1975，200：
[6]服部千佳志，柴田钢三，大晃一.被灾防波堤集览（その3）[J].港湾技研资料，1984，485：