[发明专利]海岸消波防浪的群桩结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种海岸消波防浪的群桩结构，此结构可以广泛用于近海防浪工程建设，能够减小港口结构物所承受的波浪荷载，使堤坝顶高降低、断面面积减少，围护港池，维持水面平稳并保护港口作业免受波浪、冰棱的影响，有效节约投资的同时还能起到防止滩地淘刷、保滩促淤、环境保护的作用。

背景技术

在分析近海建筑物或构造物外力时，需要考虑各种动力因素的随机特性，原因是存在潮汐、台风和海啸等气候因素的影响。由于相关工程耗资巨大，事故后果严重，因此，不仅要严格论证和检验近海建筑物或构造物的安全程度，还需要分析研究其经济耐用性。波浪是影响近海海岸工程设计、施工及使用的主要因素之一，因此，采取性能良好的消波防浪措施，不仅能够提高工程的使用性和安全性，还能降低工程的预算和施工难度，同时也对环境起到了较好的保护作用。

海洋工程中，现有的抵御风浪侵袭的做法是建设连续土石结构的防浪堤，但此种做法具有以下缺点：1、工程量巨大、破坏相关海域的海底环境、阻绝水体的交换自净功能；同2、工程预算常常不可控；3、建成后的防浪堤功能单一，面对浪高远大于堤顶高度的巨浪时往往所起的作用有限：一般现有的防波堤、防浪堤预防海浪的高度为2至3米，但极端情况下的海浪高度可达到十米甚至数十米，此时传统堤防工程的作用就十分有限，由于海岸线太长，建造更高更长的防波堤也不可能实现。比如：2004年印尼海域发生里氏9级强烈地震引发海啸的浪高曾达到34.5米，2011年日本9级地震引发的海啸越过防波堤等防御设施后也达到了23.6米的浪高；4、防浪堤服役年限后的维修拆除面临诸多工程难题。综上所述可知：现有的防波防浪技术不能很好地应对海洋灾害的威胁，因此，当前迫切需要结合工程技术问题和经济问题研究出一种工作性能良好的消波防浪构造。

另外，现有的防波堤无论是在施工过程，还是在使用过程中，都会造成当地地形地貌的较大改变和水中生态体系的破坏，同时也会使围护区域内水体的自净交换功能丧失，造成大面积水体污染。而且施工过程涉及的大体积沙石的运输迁移，也是一个相应的污染过程，而且在一定服役期后，传统类型防波堤的维护更换和拆迁工作也会产生相当多的工程和环境问题。因此当前也迫切需要研究出一种能够同时满足工程需要和环境保护需要的消波防浪构造。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种海岸消波防浪的群桩结构，不同于现有的连续土石结构防浪堤和一般意义上的透空式防浪堤，该种消浪构造采用离散的群桩布置，并利用桩体对海浪进行能量捕捉，控制波能，进而利用群桩之间海水的紊流运动消减波能，降低波高。在达到预期防浪目标的前提下，利用预制桩技术，减少土石施工量，缩短施工周期，降低工程预算，尽可能少的影响相关海域环境，保证水体交换自净功能的运行。

为解决以上的技术问题，本发明将采取以下的技术方案：

一种海岸消波防浪的群桩结构，包括呈离散分布于海岸的墩柱群；该墩柱群中的各墩柱沿海浪主波向分布，且各墩柱的分布根据桩体所承受的水平波浪力确定。

进一步地，在D/L≤0.2、相邻桩中心距                                                ≥的情况下，当≤0.2且≥0.2或＞0.2且≥0.35时，各墩柱所承受的水平波浪力P满足下式：

和对高度为的断面的力矩分别为

另外，当≤0.5时，，，；当＞0.5时，，，；

其中：为速度分力的最大值；为惯性分力的最大值；为海浪的相位角，，为海浪的平均周期，为时间，单位为s；为水的重度，单位为；为海浪的波高，单位为，式中=，表示最大波高保证率为1%对应的波高；D为方形断面墩柱垂直于海浪波向方向的宽度或者圆形断面墩柱的直径，单位为m；，为海浪的波长，单位为；sh为双曲正弦函数，ch为双曲余弦函数；为墩柱的断面面积，单位为；、均与雷诺数Re有关，按照《海港水文规范》中规定取值；对于或的表达式中，=0，；对于和的表达式中=0，；d为海水深度；

当≤0.2和＜0.2或是＞0.2和＜0.35时，上述表达式中的或分别乘以修正系数α和β；

当0.04≤≤0.2时，上述表达式中的和值分别乘以试验系数和；

α、β、和通过查阅《海港水文规范》确定；

在相邻桩的中心距＜情况下，各墩柱所承受的水平波浪力应为相邻桩中心距≥的情况下各墩柱所承受的水平波浪力P乘以群桩系数K； 

当D/L＞0.2时，