海岸工程海堤設(shè)計(jì)——計(jì)算說(shuō)明書(shū)

1、海岸工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)學(xué) 院: 港口海岸與近海工程專業(yè):港口航道與海岸工程班級(jí):大禹港航班姓名:學(xué)號(hào):1420190第1章 設(shè)計(jì)資料分析1.1 工程背景介紹1.1.1 主要依據(jù)樂(lè)清灣港區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)需要對(duì)港區(qū)前沿的灘地進(jìn)行大面積疏浚開(kāi)挖，從而產(chǎn)生大量的疏浚土方。從環(huán)境保護(hù)、減少工程投 資的角度，采用就近吹泥上岸的疏浚土處理方式替代傳統(tǒng)的外拋 方式，既實(shí)現(xiàn)了寶貴疏浚土資源的綜合利用，又緩解了土地供求的矛盾和壓力，大大提高了疏浚棄土的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效 益。為了盡早形成擬建港區(qū)港池、航道疏浚工程的納泥區(qū)，同時(shí) 為臨港產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)用地的開(kāi)發(fā)建設(shè)創(chuàng)造條件，擬通過(guò)圍墾提供約 1500畝的后備土地資源。主

2、要規(guī)范、規(guī)程1. 海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范(SL 435- 2008)2. 浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定(上、下)工程項(xiàng)目?jī)?nèi)容和規(guī)模本工程盡可能實(shí)現(xiàn)筑堤與吹泥工程的同步實(shí)施，二者相互依托、互為條件，因此，作為工程項(xiàng)目必需內(nèi)容的一部分，需在本研究階段提出吹泥上岸工程的實(shí)施方案。 因此，本項(xiàng)目工程建設(shè)的主要內(nèi)容包括圍堤、吹泥上岸和臨時(shí)排水工程。工程規(guī)模如下：(1) 圍(海)涂面積約99.2萬(wàn)m2，合1487.7畝；圍堤總長(zhǎng)度3.200km;(2) 圍堤建設(shè)符合國(guó)家規(guī)范及地方規(guī)程要求，順堤按照 50年 一遇標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，防洪高程+7.8m( 85高程，下均同)；南側(cè)堤按 照50年一遇標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，防洪高程+7.87.6m

3、。(3) 圍區(qū)內(nèi)允許納泥標(biāo)高按+3.0m控制，納泥容量約為660.53 萬(wàn)m3。工程平面布置本工程位于樂(lè)清灣中部西側(cè)打水灣山附近，因打水灣與連嶼磯頭的控制，該段區(qū)域?yàn)闃?lè)清灣最窄處，寬約 4.5km,漲落潮流 在此匯合、分流，水動(dòng)力特性復(fù)雜、敏感。根據(jù)項(xiàng)目前期研究工 作成果和結(jié)論意見(jiàn)，結(jié)合土地開(kāi)發(fā)需要，圍涂工程順堤位置推薦 布置在-6m等高線處，走向?yàn)?8°198°，堤長(zhǎng)約577.5m。 南側(cè)堤布置時(shí)考慮東干河出口順直，沿老海塘延長(zhǎng)線向東以 132°312°走向延伸，后以110°290°向東延伸500m后 與順堤垂直相交，南側(cè)堤長(zhǎng)度約

4、2622.7m。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容樂(lè)清灣海堤工程設(shè)計(jì)：確定海堤設(shè)計(jì)條件、斷面尺寸，并進(jìn) 行波浪爬高計(jì)算、護(hù)坡計(jì)算、防浪胸墻穩(wěn)定設(shè)計(jì)、海堤抗滑穩(wěn)定 計(jì)算以及軟土加固等。1.3具體設(shè)計(jì)內(nèi)容堤線布置綜合數(shù)學(xué)模型和物理模型研究結(jié)果，選擇雙嶼港長(zhǎng)山尾岸 段作為近期開(kāi)發(fā)岸線是合理的，模型所模擬的初步方案實(shí)施后對(duì) 宏觀環(huán)境與周邊深槽的影響以及圍墾駁岸基線順堤最佳位置如 下圖所示，即以駁岸線位于-2m等深線附近最優(yōu)，工程后對(duì)保持 水流形態(tài)、維護(hù)深槽較為有利，工程實(shí)施后工程周邊大部分區(qū)域 無(wú)不良流態(tài)，工程量較小，對(duì)周?chē)绊懸残?，圍區(qū)前沿水域疏浚 后的常年平均回淤?gòu)?qiáng)度 0.30m左右是可以接受的，總體效果較沙港頭圍堤

5、江巖山750港TGI玉環(huán)縣:海塘0打水灣E樂(lè)清灣1雞蛋山南岳鎮(zhèn)* /蒲岐鎮(zhèn)碼頭前沿線圖1堤線布置圖132確定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)圍墾工程開(kāi)發(fā)面積和圍區(qū)的重要性， 查浙江省海塘技 術(shù)規(guī)定，確定海堤的等級(jí)為皿級(jí)，重現(xiàn)期為 50年一遇，采用的 基準(zhǔn)面為85國(guó)家高程，并由此確定以下設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：（1）波浪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定，波浪推算要求采用風(fēng)速 推算。深水風(fēng)浪計(jì)算采用“莆田海堤試驗(yàn)站公式”。計(jì)算風(fēng)速采 用50年一遇的設(shè)計(jì)風(fēng)速。計(jì)算水位為 50年一遇的設(shè)計(jì)高水位。 采用風(fēng)推浪計(jì)算的順堤前沿波要素見(jiàn)表 1。表1順堤堤前波要素表（50年一遇）風(fēng) 向?yàn)┑?高程堤前 水深平均 波咼波 周期深水 波長(zhǎng)淺水 波長(zhǎng)各

6、累積率波高（m）D(m)h(m)HB(m)T(s)Lo(m)L(m)H%H%H3%SSW-6.011.441.5805.5848.5243.893.432.952.43ESE0.9824.4030.1729.482.221.891.54ENE1.0714.5932.9131.85 2.412.051.67順堤走向?yàn)?2°, SSW方向受掩護(hù)，不受其波浪影響。故主要考慮ESE（與順堤軸線法線的夾角為4.5°）和ENE（與順堤軸線法線的夾角為40.5° ）方向。（2）潮位標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)水位取用浙能樂(lè)清電廠碼頭工程的水位，具體如下: 設(shè)計(jì)高水位 3.60m （高潮累積頻率10

7、%）設(shè)計(jì)低水位-2.97m （低潮累積頻率90%）極端高水位 5.44m （五十年一遇的年極值高水位）極端低水位 -4.14m （五十年一遇的年極值低水位）海堤設(shè)計(jì)高潮位按碼頭工程極端高水位取 5.44m。第2章斜坡式海堤設(shè)計(jì)2.1 結(jié)構(gòu)選型由于擬建海堤位置水深較大，海堤與波浪作用強(qiáng)烈，淤泥質(zhì) 土層較厚，地基條件較差，海堤堤身要求相對(duì)較高，海堤斷面宜 采用斜坡式。斜坡式海堤具有堤前波浪反射小，堤身寬大，地基 應(yīng)力分布均勻，穩(wěn)定性好，施工簡(jiǎn)單，堤身變形和局部破化適應(yīng) 性強(qiáng)，便于修復(fù)地基應(yīng)力分布均勻、穩(wěn)定性好，堤身變形和局部 破壞適應(yīng)性強(qiáng)，便于修復(fù)的特點(diǎn)，故選擇斜坡式海堤。由于海堤 結(jié)構(gòu)斷面較大，

8、考慮到經(jīng)濟(jì)性，海堤設(shè)計(jì)為允許越浪。2.2 確定斷面尺寸斜坡堤斷面型式的確定本設(shè)計(jì)選用斷面帶胸墻的斜坡堤，護(hù)面材料選擇漿砌塊石， 抵御風(fēng)浪和潮流能力強(qiáng)。選用漿砌石防浪墻，胸墻底面嵌入堤頂 以下0.6m。根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL435-2008海堤兩側(cè)邊坡可按 下表取值：護(hù)面型式坡度護(hù)面型式坡度拋填或安放塊石1:1.51:3.0安放人工塊體1:1.251:2.0干砌或漿砌塊石1:1.51:2.0拋填方塊1:1.001:1.25干砌條石1:0.81:2.0由于波浪作用強(qiáng)烈，采用復(fù)合斜坡式斷面，在臨海側(cè)設(shè)置消 浪平臺(tái)，高程略低于設(shè)計(jì)高潮位，為 5m,平臺(tái)寬度為4.0m,在 背海側(cè)設(shè)置馬道，高程為0.0

9、m，馬道寬度為2m。復(fù)合斜坡式斷 面臨海測(cè)平臺(tái)上、下邊坡坡度均為1:2,背海側(cè)邊坡坡度為1:2。堤頂咼程根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL435-2008當(dāng)?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有穩(wěn)定堅(jiān)固的防浪墻時(shí)，堤頂高程可算至防浪墻頂面。但不計(jì)防浪 墻的堤頂高程仍應(yīng)高出設(shè)計(jì)高潮（水）位0.5Hi%。堤頂高程應(yīng)根據(jù) 設(shè)計(jì)高潮（水）位、破浪爬高及安全加高值按以下式子計(jì)算，并 應(yīng)高出設(shè)計(jì)高潮（水）位1.52m。zp hp rf A式中Zp設(shè)計(jì)頻率的堤頂高程，m;hp設(shè)計(jì)頻率的高潮位，m;RF按設(shè)計(jì)波浪計(jì)算的累積頻率為F的波浪爬高值，m;A全加高值，m。按允許部分越浪設(shè)計(jì)時(shí)F=13%根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL435-2008海堤的等級(jí)

10、為皿級(jí)，可取 A=0.4m根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL435-2008對(duì)帶有平臺(tái)的復(fù)合式斜坡堤的波浪爬高計(jì)算，可先確定折算坡度系數(shù)me ,再按坡 度系數(shù)為me的單坡斷面確定其爬高值。折算坡度系數(shù)杭（上下坡度一致時(shí)）為：me m上（1-4.oidW-）KbKb 1 3BL式中 m上平臺(tái)以上的斜坡坡率；dw 平臺(tái)上的？深（當(dāng)平臺(tái)在靜？位以下時(shí)取正 值，平臺(tái)在靜？位以上時(shí)取負(fù)值）；B平臺(tái)寬度，m;L波長(zhǎng)，m。海堤工程的波浪爬高計(jì)算應(yīng)采用不規(guī)則波要素作為計(jì)算條件，其計(jì)算公式為：R KKvRHKfKR 1.24th 0.423M R m 1.029 R M3 32R M 1.09M exp 1.25M2 d

11、 .4 d LR 2.49th1 mL sh4 d L式中 Rf累積頻率為F的爬高，m;K 與斜坡護(hù)面結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的糙滲系數(shù)，取0.80;& 與風(fēng)速口有關(guān)的系數(shù)，取1.0；RK 1、H 1m時(shí)的波浪爬高，m；R m相應(yīng)于某一 d l時(shí)的爬高最大值，m；M與斜坡的m值有關(guān)的函數(shù)；RM爬高函數(shù)；H波高，m;d堤前水深，m;H1%波高累積率F=1%的波高值；Kf 爬高累積頻率換算系數(shù)，取F 13% ,K13% 0.718；K 當(dāng)來(lái)波波向線與堤軸線的法線成角時(shí)，上述計(jì)算得到的波浪爬高應(yīng)乘以該系數(shù)加以修正。浪向meRH 1%KRfESE2.651.5682.2212.00ENE2.601.636

12、2.410.871.97則海堤堤頂高程Zp=5.44+2.00+0.4=7.84m （滿足防洪高程7.8m）。不計(jì)防浪墻的堤頂高程仍應(yīng)高出設(shè)計(jì)高潮（水）位0.5H1 %,擬定防浪墻高度為1m ,則堤頂高程應(yīng)不小于5.44+0.5 X2.41 + 1=7.645m<7.84m 故海堤堤頂高程設(shè)計(jì)為 7.9m。223堤頂寬度根據(jù)浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定（下冊(cè)），皿級(jí)海堤堤頂寬 度6-7m，考慮到經(jīng)濟(jì)性，海堤堤頂寬度取 6m。堤身邊坡如前所述，復(fù)合斜坡式斷面臨海測(cè)平臺(tái)以上邊坡坡度和平臺(tái) 以下邊坡坡度均為1:2,背海側(cè)邊坡坡度為1:2。2.3 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)防浪墻根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL435-20

13、08防浪墻高度為1m， 底寬為1m，頂寬為0.8m。迎浪面為直立墻，背面為1:0.2的陡 墻面，材料為漿砌條石防浪墻，防浪墻在堤頂以下埋深為 0.6m， 埋深寬度始終為1m。護(hù)坡漿砌塊石整體性好，抗御浪、流的能力比較強(qiáng)，在水深較大 處能較好的保護(hù)海堤。護(hù)坡上設(shè)置變形縫和排水孔，變形縫縱間 距為10m，排水孔的縱橫間距為3m。根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL435-2008設(shè)置排水孔的漿砌石的護(hù)面層厚度可按下式計(jì)算:式中Ki系數(shù)，對(duì)一般干砌石可取0. 266,對(duì)砌方石、條石可取0.255,此處取0.255;b塊石的重度，25k%3 ；水的重度，10kn3 ；H 計(jì)算波高，m, d/L>=0.125

14、, H取值 威； d/L<0.125, H取值 已3%，此處取H4%;L 波長(zhǎng)，m;m斜坡坡率，此處取2;經(jīng)計(jì)算，漿砌石護(hù)面層厚度t=57cm,大于規(guī)范要求的40cm, 故取60cm （背海側(cè)設(shè)計(jì)為40cm）。護(hù)坡墊層為防止堤身土在波浪、滲流作用下流失，并作為護(hù)面層的基 礎(chǔ)，在護(hù)面塊石與土體之間應(yīng)設(shè)置墊層或過(guò)渡層。 此處海堤設(shè)計(jì) 利用自然級(jí)配的石渣作為過(guò)渡層，石渣中片石長(zhǎng)邊為 15cm,石 渣層厚度為30cm。護(hù)坡基腳為保證護(hù)坡的穩(wěn)定，護(hù)坡下端應(yīng)設(shè)置基腳。本處海堤設(shè)計(jì)選用拋石棱體式結(jié)構(gòu)外側(cè)坡腳設(shè)置水下拋石棱體的斜坡堤，棱體的頂面高程不宜 高于設(shè)計(jì)低水位以下1. 0倍設(shè)計(jì)波高值；棱體的頂面

15、寬度和厚 度，可根據(jù)堤前水深和斷面尺度確定， 其寬度不宜小于2m，厚 度不宜小于1m；對(duì)深水堤其寬度不宜小于5m，厚度不宜小于 3 m。綜合考慮，拋石棱體頂部寬度設(shè)計(jì)為5m，厚度設(shè)計(jì)為3m, 護(hù)坡基腳坡面坡度設(shè)計(jì)為1:1.5。具體布置形式類(lèi)似于下圖：圖3拋石棱體布置斷面圖2.4 海堤計(jì)算241堤前護(hù)底塊石重量根據(jù)海堤工程設(shè)計(jì)規(guī)范SL2008規(guī)定：護(hù)底塊石的穩(wěn)定 重量，可根據(jù)堤前最大波浪底流速按照下表確定。底流速塊石質(zhì)量1 (kE) |底流速塊石質(zhì)量(臨)2.0604.04003.01505.0800斜坡堤最大波浪底流速可按下式計(jì)算:其中H取累計(jì)頻率為13%的設(shè)計(jì)波高，得到Umax =0.60

16、m/s, 故護(hù)底塊石質(zhì)量取為60kg。護(hù)底塊石層的寬度，堤身段不應(yīng)小于5m，堤頭段不應(yīng)小于 10m，流速和水深較大時(shí)宜適當(dāng)加大，堤身段不宜小于10m ，堤頭段不宜小于15m。護(hù)底塊石可采用2層，厚度不宜小于 0.5m。對(duì)砂質(zhì)海底，在護(hù)底塊石層下宜設(shè)置厚度不小于0.3m的碎石層或土工織物濾層。綜合考慮，護(hù)底塊石層的寬度設(shè)計(jì)為 10m （背海側(cè)為5m）， 護(hù)底塊石厚度為0.5m，護(hù)底坡面坡度設(shè)計(jì)為1:1.5,在護(hù)底塊石 層下設(shè)置厚度為0.3m的碎石層。具體布置形式類(lèi)似于下圖：圖4護(hù)底塊石布置斷面圖242防浪胸墻穩(wěn)定計(jì)算斜坡式海堤頂部底防浪胸墻，由于波浪爬高，墻上會(huì)受到波 浪力底作用，需進(jìn)行防浪墻的

17、穩(wěn)定計(jì)算。波浪水平力和上托力是 防浪墻隨受的主要外荷載。由于防浪胸墻埋入堤頂深度不大，被 動(dòng)土壓力在此不考慮。波浪水平力和上托力按下式計(jì)算。波峰作用時(shí)防浪墻平均壓力強(qiáng)度按下式計(jì)算:p = 024yHKpH務(wù)=3.29(- + 0.043)式中廠一一平均壓力強(qiáng)度，kPa;Eb無(wú)因次參數(shù)；JZP平均壓強(qiáng)系數(shù);此處波高取為累積頻率1%的波高，為2.22m; L為平均周期算得 30.20； di = 5.44 - 7.9+1+0.6 = - 0.86 計(jì)算得：=-0.160；b= 0.383,250na饑s - H圖5依據(jù)；/，查圖5 得'- '帶入得到平均壓力強(qiáng)度為:16.18kPa

18、p =防浪墻上的波壓力分布高度按下式計(jì)算2nd d+Z =式中波壓力作用高度系數(shù)。故此處波壓力作用依據(jù)&和L/H的值，查圖5得匕二0.4、k I、<咼度：d + Z 二10.87m;單位長(zhǎng)度防浪墻的總波浪力按下式計(jì)算：P p d, z則單位長(zhǎng)度防浪墻上總波浪力為：P =14.12 kN/m;防浪墻底面上的波浪付托力按下式計(jì)算:bp2式中為波浪浮托力折減系數(shù)，取0.7。則波浪付托力:R=5.66KN/m防浪胸墻采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，受力圖如下所示:1）單胸墻埋深0.6m,不考慮土抗力。2）單位長(zhǎng)度胸墻上自重力標(biāo)準(zhǔn)值 G計(jì)算：G 0.6 1 23 13.&N/m1G21.00.4

19、236.9 kN / m2Q 1.0 0.6 23 138kN/mG G| G2 G3 35.88kN/ m3）單位長(zhǎng)度胸墻自重力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)胸墻后趾的穩(wěn)定力矩計(jì)算：Mr 13.8 0.7 8.28 0.67 0.4 13.8 0.5 18.4KNm4）單位長(zhǎng)度胸墻上水平波浪力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)胸墻后趾的傾覆力矩計(jì)算:Mp 14.12 0.5 0.87=6.14KI/m5）單位長(zhǎng)度胸墻上波浪浮托力標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)胸墻后趾的傾覆力矩計(jì)算:22M uPub5.661.03.77 kN / m336）穩(wěn)定性驗(yàn)算：抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算:c= EFj其中摩擦系數(shù)=0.65,得到心= 1.39,大于1.10,滿足要求?？箖A穩(wěn)定計(jì)算：得到安全系數(shù)Ko = 1.86,大于使用狀況下的1.50,滿足要求。243海堤整體抗滑穩(wěn)定計(jì)算建筑于軟粘土地基上的海堤，往往由于地