海岸工程海堤設(shè)計-計算說明書

《海岸工程》課程設(shè)計計算說明書學(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:大禹港航班姓名:學(xué)號:1420190

設(shè)計資料分析工程背景介紹主要依據(jù)樂清灣港區(qū)的開發(fā)建設(shè)需要對港區(qū)前沿的灘地進行大面積疏浚開挖，從而產(chǎn)生大量的疏浚土方。從環(huán)境保護、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)濟效益和社會效益。為了盡早形成擬建港區(qū)港池、航道疏浚工程的納泥區(qū)，同時為臨港產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟用地的開發(fā)建設(shè)創(chuàng)造條件，擬通過圍墾提供約1500畝的后備土地資源。主要規(guī)范、規(guī)程《海堤工程設(shè)計規(guī)范》（SL435—2008）《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定》（上、下）工程項目內(nèi)容和規(guī)模本工程盡可能實現(xiàn)筑堤與吹泥工程的同步實施，二者相互依托、互為條件，因此，作為工程項目必需內(nèi)容的一部分，需在本研究階段提出吹泥上岸工程的實施方案。因此，本項目工程建設(shè)的主要內(nèi)容包括圍堤、吹泥上岸和臨時排水工程。工程規(guī)模如下：(1)圍（海）涂面積約萬m2，合畝；圍堤總長度；(2)圍堤建設(shè)符合國家規(guī)范及地方規(guī)程要求，順堤按照50年一遇標準建設(shè)，防洪高程+（85高程，下均同）；南側(cè)堤按照50年一遇標準建設(shè)，防洪高程+~。(3)圍區(qū)內(nèi)允許納泥標高按+控制，納泥容量約為萬m3。工程平面布置本工程位于樂清灣中部西側(cè)打水灣山附近，因打水灣與連嶼磯頭的控制，該段區(qū)域為樂清灣最窄處，寬約4.5km，漲落潮流在此匯合、分流，水動力特性復(fù)雜、敏感。根據(jù)項目前期研究工作成果和結(jié)論意見，結(jié)合土地開發(fā)需要，圍涂工程順堤位置推薦布置在-6m等高線處，走向為18°～198°，堤長約577.5m。南側(cè)堤布置時考慮東干河出口順直，沿老海塘延長線向東以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)堤長度約2622.7m。設(shè)計內(nèi)容樂清灣海堤工程設(shè)計：確定海堤設(shè)計條件、斷面尺寸，并進行波浪爬高計算、護坡計算、防浪胸墻穩(wěn)定設(shè)計、海堤抗滑穩(wěn)定計算以及軟土加固等。具體設(shè)計內(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～長山尾岸段作為近期開發(fā)岸線是合理的，模型所模擬的初步方案實施后對宏觀環(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)，工程后對保持水流形態(tài)、維護深槽較為有利，工程實施后工程周邊大部分區(qū)域無不良流態(tài)，工程量較小，對周圍影響也小，圍區(qū)前沿水域疏浚后的常年平均回淤強度左右是可以接受的，總體效果較佳。圖1堤線布置圖確定設(shè)計標準根據(jù)圍墾工程開發(fā)面積和圍區(qū)的重要性，查《浙江省海塘技術(shù)規(guī)定》，確定海堤的等級為Ⅲ級，重現(xiàn)期為50年一遇，采用的基準面為85國家高程，并由此確定以下設(shè)計標準：(1)波浪標準根據(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)浪計算采用“莆田海堤試驗站公式”。計算風(fēng)速采用50年一遇的設(shè)計風(fēng)速。計算水位為50年一遇的設(shè)計高水位。采用風(fēng)推浪計算的順堤前沿波要素見表1。表1順堤堤前波要素表（50年一遇）風(fēng)向灘地高程堤前水深平均波高波周期深水波長淺水波長各累積率波高（m）D(m)h(m)HB(m)T(s)L0(m)L(m)H1%H4%H13%SSWESEENE順堤走向為72°，SSW方向受掩護，不受其波浪影響。故主要考慮ESE（與順堤軸線法線的夾角為°）和ENE（與順堤軸線法線的夾角為°）方向。（2）潮位標準設(shè)計水位取用浙能樂清電廠碼頭工程的水位，具體如下：設(shè)計高水位 （高潮累積頻率10%）設(shè)計低水位 （低潮累積頻率90％）極端高水位 （五十年一遇的年極值高水位）極端低水位 （五十年一遇的年極值低水位）海堤設(shè)計高潮位按碼頭工程極端高水位取。

斜坡式海堤設(shè)計結(jié)構(gòu)選型由于擬建海堤位置水深較大，海堤與波浪作用強烈，淤泥質(zhì)土層較厚，地基條件較差，海堤堤身要求相對較高，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，施工簡單，堤身變形和局部破化適應(yīng)性強，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，便于修復(fù)的特點，故選擇斜坡式海堤。由于海堤結(jié)構(gòu)斷面較大，考慮到經(jīng)濟性，海堤設(shè)計為允許越浪。確定斷面尺寸斜坡堤斷面型式的確定本設(shè)計選用斷面帶胸墻的斜坡堤，護面材料選擇漿砌塊石，抵御風(fēng)浪和潮流能力強。選用漿砌石防浪墻，胸墻底面嵌入堤頂以下。根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL435-2008，海堤兩側(cè)邊坡可按下表取值：護面型式坡度護面型式坡度拋填或安放塊石安放人工塊體干砌或漿砌塊石拋填方塊干砌條石由于波浪作用強烈，采用復(fù)合斜坡式斷面，在臨海側(cè)設(shè)置消浪平臺，高程略低于設(shè)計高潮位，為5m，平臺寬度為，在背海側(cè)設(shè)置馬道，高程為，馬道寬度為2m。復(fù)合斜坡式斷面臨海測平臺上、下邊坡坡度均為1:2，背海側(cè)邊坡坡度為1:2。堤頂高程根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL435-2008：當(dāng)?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有穩(wěn)定堅固的防浪墻時，堤頂高程可算至防浪墻頂面。但不計防浪墻的堤頂高程仍應(yīng)高出設(shè)計高潮(水)位％。堤頂高程應(yīng)根據(jù)設(shè)計高潮（水）位、破浪爬高及安全加高值按以下式子計算，并應(yīng)高出設(shè)計高潮（水）位~2m。式中——設(shè)計頻率的堤頂高程，m；——設(shè)計頻率的高潮位，m；——按設(shè)計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值，m； A——安全加高值，m。按允許部分越浪設(shè)計時F=13%，根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL435-2008，海堤的等級為Ⅲ級，可取A=。根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL435-2008：對帶有平臺的復(fù)合式斜坡堤的波浪爬高計算，可先確定折算坡度系數(shù)，再按坡度系數(shù)為的單坡斷面確定其爬高值。折算坡度系數(shù)（上下坡度一致時）為：式中 ——平臺以上的斜坡坡率； ——平臺上的?深（當(dāng)平臺在靜?位以下時取正 值，平臺在靜?位以上時取負值）； ——平臺寬度，m; ——波長，m。圖2計算參數(shù)示意圖海堤工程的波浪爬高計算應(yīng)采用不規(guī)則波要素作為計算條件，其計算公式為：式中——累積頻率為F的爬高，m；——與斜坡護面結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的糙滲系數(shù)，??；——與風(fēng)速口有關(guān)的系數(shù)，?。弧獣r的波浪爬高，m；——相應(yīng)于某一時的爬高最大值，m；——與斜坡的m值有關(guān)的函數(shù)；——爬高函數(shù)；——波高，m；——堤前水深，m；——波高累積率F=1％的波高值； ——爬高累積頻率換算系數(shù)，取，；——當(dāng)來波波向線與堤軸線的法線成角時，上述計 算得到的波浪爬高應(yīng)乘以該系數(shù)加以修正。浪向ESE1ENE則海堤堤頂高程=++=（滿足防洪高程）。不計防浪墻的堤頂高程仍應(yīng)高出設(shè)計高潮(水)位％，擬定防浪墻高度為1m，則堤頂高程應(yīng)不小于+×+1=<，故海堤堤頂高程設(shè)計為。堤頂寬度根據(jù)《浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定（下冊）》，Ⅲ級海堤堤頂寬度6-7m，考慮到經(jīng)濟性，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平臺以上邊坡坡度和平臺以下邊坡坡度均為1:2，背海側(cè)邊坡坡度為1:2。細部結(jié)構(gòu)設(shè)計防浪墻根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL435-2008：防浪墻高度為1m，底寬為1m，頂寬為。迎浪面為直立墻，背面為1: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，埋深寬度始終為1m。護坡漿砌塊石整體性好，抗御浪、流的能力比較強，在水深較大處能較好的保護海堤。護坡上設(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)計規(guī)范》SL435-2008：設(shè)置排水孔的漿砌石的護面層厚度可按下式計算： 式中——系數(shù)，對一般干砌石可取0．266，對砌方石、條石可取，此處??；——塊石的重度，25；——水的重度，10；H——計算波高，m，d/L>=，H取值； d/L<，H取值，此處??；L——波長，m；m——斜坡坡率，此處取2；經(jīng)計算，漿砌石護面層厚度t=57cm，大于規(guī)范要求的40cm，故取60cm（背海側(cè)設(shè)計為40cm）。護坡墊層為防止堤身土在波浪、滲流作用下流失，并作為護面層的基礎(chǔ)，在護面塊石與土體之間應(yīng)設(shè)置墊層或過渡層。此處海堤設(shè)計利用自然級配的石渣作為過渡層，石渣中片石長邊為15cm，石渣層厚度為30cm。護坡基腳為保證護坡的穩(wěn)定，護坡下端應(yīng)設(shè)置基腳。本處海堤設(shè)計選用拋石棱體式結(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)計低水位以下1.0倍設(shè)計波高值；棱體的頂面寬度和厚度，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；對深水堤其寬度不宜小于5m，厚度不宜小于3m。綜合考慮，拋石棱體頂部寬度設(shè)計為5m，厚度設(shè)計為3m，護坡基腳坡面坡度設(shè)計為1:。具體布置形式類似于下圖：圖3拋石棱體布置斷面圖海堤計算堤前護底塊石重量根據(jù)《海堤工程設(shè)計規(guī)范》SL—2008,規(guī)定：護底塊石的穩(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V塊石質(zhì)量（底流速V塊石質(zhì)量（60400150800斜坡堤最大波浪底流速可按下式計算：v其中H取累計頻率為13%的設(shè)計波高，得到vmax=護底塊石層的寬度，堤身段不應(yīng)小于5m，堤頭段不應(yīng)小于10m，流速和水深較大時宜適當(dāng)加大，堤身段不宜小于10m，堤頭段不宜小于15m。護底塊石可采用2層，厚度不宜小于。對砂質(zhì)海底，在護底塊石層下宜設(shè)置厚度不小于的碎石層或土工織物濾層。綜合考慮，護底塊石層的寬度設(shè)計為10m（背海側(cè)為5m），護底塊石厚度為，護底坡面坡度設(shè)計為1:，在護底塊石層下設(shè)置厚度為的碎石層。具體布置形式類似于下圖：圖4護底塊石布置斷面圖防浪胸墻穩(wěn)定計算斜坡式海堤頂部底防浪胸墻，由于波浪爬高，墻上會受到波浪力底作用，需進行防浪墻的穩(wěn)定計算。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，被動土壓力在此不考慮。波浪水平力和上托力按下式計算。波峰作用時防浪墻平均壓力強度按下式計算：pξ=(ξ式中p——平均壓力強度，kPa；ξ,ξKp——平均壓強系數(shù)此處波高取為累積頻率1%的波高，為；L為平均周期算得；d1=-+1+=-。計算得：；。圖5依據(jù)ξ,ξb，查圖5得Kp防浪墻上的波壓力分布高度按下式計算:d式中Ks——依據(jù)ξb和L/H的值，查圖5得Ks=d1單位長度防浪墻的總波浪力按下式計算：則單位長度防浪墻上總波浪力為：=kN/m;防浪墻底面上的波浪付托力按下式計算：式中——為波浪浮托力折減系數(shù)，取。則波浪付托力：=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,不考慮土抗力。2）單位長度胸墻上自重力標準值G計算：3）單位長度胸墻自重力標準值對胸墻后趾的穩(wěn)定力矩計算：4）單位長度胸墻上水平波浪力標準值對胸墻后趾的傾覆力矩計算：5）單位長度胸墻上波浪浮托力標準值對胸墻后趾的傾覆力矩計算:6）穩(wěn)定性驗算：①抗滑穩(wěn)定驗算：K其中摩擦系數(shù)f=，得到Kc=，大于，②抗傾穩(wěn)定計算：K得到安全系數(shù)K0=，大于使用狀況下的，海堤整體抗滑穩(wěn)定計算建筑于軟粘土地基上的海堤，往往由于地基的不穩(wěn)定而引起堤身坍塌破壞。此處臨海測為設(shè)計洪低位（），背海測為設(shè)計高水位（+），此時對臨海測堤坡最不利的情況。利用理正巖土計算版軟件，結(jié)果如下：[計算簡圖][控制參數(shù)]:計算目標: 安全系數(shù)計算滑裂面形狀:圓弧滑動法不考慮地震[水面信息]采用總應(yīng)力法考慮滲透力作用不考慮邊坡外側(cè)靜水壓力水面線段數(shù)1水面線起始點坐標:,水面線號水平投影(m)豎直投影(m)1[計算結(jié)果圖]最不利滑動面:滑動圓心=,(m)滑動半徑=(m)滑動安全系數(shù)=可知，海堤抗滑安全系數(shù)得到，滿足規(guī)范要求。海堤地基加固海堤建設(shè)處，淤泥厚度達到20m，屬于軟土地基，天然強度低，含水量大、壓縮性高，透水性差，