青岛港董家口港区防波堤设计-(2).doc

毕业论文：正文 毕 业 论 文（设计） 题目：青岛港董家口港区防波堤设计 学 院：海运与港航建筑工程学院专 业：港口航道与海岸工程班 级：A11港航学 号：学生姓名：指导教师：二一五 年 五 月青岛港董家口港区防波堤设计 摘 要：青岛港董家口港区是散货运输等的重要中转基地，港区位于外海海域，波浪、潮流、风等都是影响港区内船舶泊稳的条件。所以需要修建防波堤，以抵御以上环境对港区正常运行的影响。防波堤的建造，需要考虑到自然条件和堤前水深的影响，合理的对防波堤进行布置。另外，对港区泥沙淤积分析和工程地质分析，使其在今后的运行更加有效和稳定。防波堤的平面布置，我们考虑到最高和最低潮位，通过防波堤施工设计规范，计算堤顶宽度和高度，确定横截面的情况。为了减少波浪力对防波堤冲击，布置人工护面块体消能。最后进行胸墙的稳定、地基稳定性和地基沉降的计算。董家口防波堤地处外海海域，是为了保护港区稳定，免受恶劣天气影响的斜坡式的防波堤。是沿海港口的重要组成部分。关键词：防波堤；越浪量；胸墙；总体布置Breakwater design in Dongjiakou district of Qingdao port Abstract: The port of Dongjiakou is an important transit base for bulk cargo transportation,the port is located in the open sea. wave, tide, wind and so on influent the berthing of ships conditions. So it is necessary to build the breakwater, impact against the above environment on the normal operation of the port. The construction of the breakwater, need to take into account the influence of natural conditions and water depth in front of the dike, the reasonable layout of the breakwater. In addition, the analysis of port sediment analysis and engineering geology, make it more effective and stable operation in the future. The plane layout of breakwater, we considered the highest and lowest tidal level, through the design specification of breakwater construction, calculation of crest width and height, determine the cross section of the. In order to reduce the impact of wave force on the breakwater, layout 6T Accropode energy dissipation. Finally, the stability calculation of parapet foundation stability and settlement. Dongjiakou breakwater is located in the sea waters, in order to protect the stability of the port, from the weather sloping breakwater. Is an important part of coastal ports. Keywords: breakwater; wave overtopping; crest wall; general layout 目录第1章 概述1第2章 设计条件22.1地理位置及交通22.2气象22.2.1 气温22.2.2 降水22.2.3 雾况22.2.4 风况22.3 工程水文32.3.1 潮位特征值32.3.2 设计水位42.3.3 乘潮水位42.3.4 波浪42.3.5 潮流52.4地质62.5 地形地貌及泥沙运动72.6 地震72.7结构安全等级7第3章 断面尺寸的确定83.1 胸墙顶高程83.2堤顶宽度93.3护面块体稳定重量和护面层厚度93.3.1护面块体稳定重量93.3.2护面层厚度103.3.3 垫石层的重量与厚度103.3.4堤前护底块石稳定重量和厚度11第4章 胸墙设计及稳定性的计算124.1 胸墙的设计124.2断面胸墙抗滑稳定性验算194.3 断面胸墙抗倾稳定性验算20第5章 地基稳定性验算21第6章 地基沉降计算23第7章 总结24参考文献25第1章 概述青岛港是山航运发展的枢纽，董家口港区在散货装卸运输等方面，是青岛港的重要功能补足。董家口港区的交通方便，国道和省道穿越了镇区；同三高速公路从镇区北面穿过，在镇驻地的西面设有进出口；青岛的滨海大道穿过镇区的东面，西面与204国道相连接，泊里东面距青岛前港湾45海里。工程选址在琅琊台湾外海海域，旁边的鸭岛和董家口半岛对这边海域形成了天然的包围形式。结合了工程地址处的天然条件和气象条件等，再考虑到防止波浪的侵蚀，使得港内的散货船可以安全停泊和作业，并且要考虑设计成本和工程投资。（见图1）图1 防波堤工程选址第2章 设计条件2.1地理位置及交通青岛港位于琅琊台湾的西部，地理位置东经1194716，北纬353549。工程地址在青岛前湾港的西面45海里，日照港的东面20海里。结合董家口 港区附近海域的自然条件，对防波堤进行合理的布置。2.2气象2.2.1 气温 多年平均气温：12.2极端最高气温：37.4极端最低气温：-16.2月平均最高（8月）：30月平均最低（1月）：-102.2.2 降水本地区雨量较充沛，降水季节变化比较明显。根据气象资料统计得：多年平均降水量：794.9mm年最大降水量：1458.3mm年最小降水量：481.4mm日最大降水量：196.9mm降水最多集中在69月份，占年降水量的71.4%。2.2.3 雾况本地区57月份为多雾天气，月平均2.62.9天，810月为少雾天气，月平均0.30.4天。历年平均雾日16.9天，最多33天。2.2.4 风况根据观测站资料，本地区的强风向是ENE向，最大风速为12.8m/s，次强风向是NE向，风速为11.8m/s。常风向是NW向，频率为11.3%，次常风向是NNW向，频率为8.8%。详见风况统计表2-1。另外根据调查得知，历史上本地区曾出现过23m/s的大风，20m/s以上的大风多由台风造成。表2-1胶南风况统计表（2006年9月2007年7月） 2.3 工程水文2.3.1 潮位特征值以下各个数据以董家口港区理论最低潮面点起算。最高潮位：5.51m最低潮位：-0.40m平均高潮位：4.08m平均低潮位：1.26m最大潮差：4.64m平均潮差：2.81m平均海平面：2.68m2.3.2 设计水位设计高水位4.57m设计低水位0.70m极端高水位5.77m极端低水位-0.41m2.3.3 乘潮水位根据对资料的综合分析得出，以下董家口港区航道乘高潮频率统计表2-2。表2-2董家口港区航道乘高潮频率统计表（单位：米）2.3.4 波浪根据资料分析得，董家口港区波向分布率最高的是ESESSE向，其中常浪向为SE向，其频率占25.64%。最大波高值发生在ENE，波高值为2.5米，对应的平均波周期是5.2s日。实测最长波周期为11.8s，对应的最大波高为1.4m，详见表2-3和表2-4。表2-3 波浪设计要素表2-4 波况统计表2.3.5 潮流大潮期内，涨潮流最大流速为99cm/s，落潮流最大流速为79cm/s，平均余流流速为6.9cm/s，最大余流流速为16.3cm/s，流向为75。小潮期内，涨潮流最大流速为63cm/s，落潮流最大流速为59cm/s，平均余流流速为9.7cm/s，最大余流流速为15.1cm/s，流向为267。按规则半日潮流的海区公式计算，计算的结果列入表2-5中，测区内的潮流的最大可能流速在 15.8124.8 cm/s之间。表2-5 各测站可能最大流速分析2.4地质根据地质资料，对场区岩土层分布分析得，各岩土层分布较规律，综述如下：1淤泥质粉质粘土分布广泛。层顶高程-10.95-12.82m（当地理论最低潮面，后同），层厚3.06.6m。灰褐色、灰色，软塑状，中塑性，混少量碎贝壳及砂团。个别钻孔夹有淤泥、砂及角砾透镜体。标贯击数小于1击。2淤泥质粘土局部分布。层顶高程-15.05-15.61m，层厚1.01.5m。灰褐色、灰色，软塑状，高塑性，混少量碎贝壳及砂团。标贯击数小于1击。1粉质粘土分布较广泛，不连续。层顶高程-17.31-18.82m，层厚0.82.0m。灰黄黄褐色，可塑硬塑状，中塑性，夹砂斑、砂团，偶见钙质结核。平均标贯击数12.5击，容许承载力为210kPa。2粘土局部分布。层顶高程-16.61-19.61m，层厚0.71.5m。灰黄色、黄褐色，硬塑状，高塑性，夹粉细砂薄层或砂粒，偶见钙质结核。平均标贯击数9.0击，容许承载力为210kPa。3粉土分布不广泛。层顶高程-19.95-22.21m，层厚0.82.7m。黄褐色，稍密状，土质不均。平均标贯击数14.4击，容许承载力为200kPa。残积土分布不广泛。层顶高程-21.62-23.91m，层厚0.41.4m。灰白黄褐色，原岩矿物已风化成碎石、砾砂、粉土或粘性土，呈中密状密实状，含较多云母，土质极不均匀。平均标贯击数23.0击，容许承载力为260kPa。强风化岩为强风化花岗岩。岩面高程-9.82-25.31m。黄褐色，灰白色，原岩结构可见，主要矿物为石英、长石等，次要矿物为云母，岩样手掰易碎。平均标贯击数大于50击，容许承载力为500kPa。2.5 地形地貌及泥沙运动 本工程海域处于基岩岬湾岸段，在大地构造上处于新华夏第二隆起带次级构造胶南隆起的东部，南黄海盆地的西部。出露的地层仅有元古界胶南群和第四系更新统、全新统。出露的岩浆岩是元古代的酸性和中性岩体和中生代燕山运动的侵入岩体。周边陆域主要是侵蚀剥蚀底丘和剥夷准平原，地表覆盖表层残积物，并分布有水系和流水地貌。沟槽切开地表松散沉积层，床底基岩裸露。因被冲沟切割，陆域地形不完整，地形支离破碎，流水侵蚀物质多随河流入海。内陆地形的剥蚀隆起使港区附近缺常流水大河注入。港区北侧琅琊台湾的湾顶已建拦海大坝，坝前形成新的潮滩，港区岸段属基岩海蚀崖岸段。青岛董家口港区海底的泥沙主要是细颗粒的粘土质粉砂（YT），水体悬沙含量小，平均为13.4mg/l17.1mg/l。泥沙来源主要是水体带来的细颗粒泥沙。波浪和潮流对底沙作用较弱，只有在较大波浪和水流较大的时刻海底泥沙才有部分起动，泥沙主要运动方式为悬沙输移和落淤，由于水体较清，悬沙输移率低，淤积程度较小，底床较为稳定。实际情况表明，董家口港区全岸段岸线和岸坡稳定，基本上无泥沙淤积问题。2.6 地震地震基本烈度为6度。2.7结构安全等级 结构安全等级采用二级。第3章 断面尺寸的确定 3.1 胸墙顶高程 1.根据防波堤设计与施工规范计算胸墙顶高程胸墙顶高程=设计水位+1.25H13% =4.57+1.255.19=11.05m 2.根据港口工程海港水文规范得图3-1 波浪爬高示意图 （3-1） （3-2） （3-3） （3-4） （3-5） 1）设计高水位4.57m的情况：H13%=5.19，L=96.69m，d=设计高水位+堤前水深=15.52m。=3.312.6360.9112.883所以 R=0.382.6365.19=5.20m 故由波浪爬高所确定的高程为5.20+4.57=9.77m2）极端高水位5.77m的情况：H=5.79m，L=99.22m,d=16.72m。3.292.521 所以 R=0.382.7825.79=6.12m故由波浪爬高确定的高程为6.12+5.77=11.89m经过综合分析，确定胸墙的高程为10m。3.2堤顶宽度1.按照构造要求，设计高水位时B=1.255.19=6.5(m),极端高水位时B=1.255.79=7.2(m),2. 根据工艺及使用要求，有效宽度B=11.05(m）所以堤顶宽度取11.05m。3.3护面块体稳定重量和护面层厚度3.3.1护面块体稳定重量式中：W为单个块体的稳定重量（t）； 为块体材料的重度（kN/m3），扭工字块体； H为设计波高，取极端高水位下的H13%，为5.79m；KD为稳定系数，KD=24； 为海水重度（kN/m3），取； 为斜坡与水平面的夹角（）cot=m=1.5。计算得：实际施工时，采用质量为4t的扭工字块（安放2层）。3.3.2护面层厚度 护面层厚度按下式计算：式中：h为护面层厚度（m）； 为护面层块体层数，取； c为块体形状系数，查规范，块石随机安放，取c=1.2。则有3.3.3 垫石层的重量与厚度 垫层块石重量垫层块石重量取护面块体重量的1/101/20，即0.20.25t。 垫层块石厚度垫层块石厚度不小于下式计算的结果： 式中：h为垫层块石厚度（m）； 为垫层块体层数，取； C为块体形状系数，查规范，取C=1.0； 为垫层块石重度，取=26.5 kN/m3。则有1.68）m所以，防波堤垫层块石的厚度为1.2m。3.3.4堤前护底块石稳定重量和厚度 堤前最大波浪底流速 堤前最大波浪底流速按下式计算： 经比较，取设计低水位0.70m下，H13%=3.26m，L=86.85m，d=11.65m。则有：护底块石稳定重量根据堤前最大波浪底流速查表，宜选用60100kg的块石。护底块石厚度为1m。第4章 胸墙设计及稳定性的计算4.1 胸墙的设计(1)持久组合，设计高水位时： 作用分类及标准值计算,胸墙断面受力如图4-1所示。单位长度的自重力标准值， 块体重度取23kN/m。；。 波浪力标准值：无因次参数、b计算： 式中：d1为胸墙前水深（m），当静水面在胸墙底面以下时，d1为负值， ； d为堤前水深，； H为设计波高，取设计高水位下对应的H1%，为5.19m； L为对应的波长，取L=52.31m。代入上式，则 满足，则波峰作用时胸墙上的平均压力强度按下式计算： 式中Kp为与和波坦有关的系数，查图可取，代入上式 胸墙上的波压力分布高度按下式计算： 式中：Kz为为与和波坦有关的系数，查图可取，代入上式 单位胸墙上的总波浪力： 式中系数0.6是考虑胸墙前有块体掩护，并满足两排两层时，波浪力的折减系数，下面的浮托力应同样乘以0.6的折减系数。单位长度胸墙上浮托力标准值：， 式中：取0.7是考虑波浪力分布图的折减系数。 b是胸墙底宽（m）。 内侧土压力标准值： 墙后填石，则 式中的0.3是按规范要求，当胸墙底面埋深不小于1.0m时，内侧填石的被动土压力按有关公式计算时考虑的折减系数。 作用标准值产生的稳定或倾覆力矩 1)自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩: 2)水平波浪力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 3)浮托标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 4)土压力标准值对胸墙后趾的稳定力矩图4-1 设计高水位时胸墙受力情况(2)持久组合，考虑极端高水位 单位长度的自重力标准值:胸墙断面受力如图所示。与持久组合，考虑设计高水位时相同，为94.3kN/m。波浪力标准值: ；H取极端高水位下对应的H1%，为5.79m；L为对应的波长，取L=99.22m。代入上式，则 满足，则波峰作用时胸墙上的平均压力强度 胸墙上的波压力分布高度: 单位胸墙上的总波浪力: 单位长度胸墙上浮托力标准值： 内侧土压力标准值: 与持久组合，考虑设计高水位时相同，为15.73kN/m。 作用标准值产生的稳定或倾覆力矩 1)自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩 2)水平波浪力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 3)浮托标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 4)土压力标准值对胸墙后趾的稳定力矩图4-2 极端高水位时胸墙受力情况(3)短暂组合（施工期），考虑设计高水位 与持久组合设计高水位时相同 G=145.13kN/m 波浪力标准值 ；H取25 年重现期设计高水位下对应的H1%，为7.07m；L为对应的波长，取L=96.69m。代入上式，则 满足，则波峰作用时胸墙上的平均压力强度： 胸墙上的波压力分布高度： 单位胸墙上的水平波浪力标准值： 单位长度胸墙上浮托力标准值： 作用标准值产生的稳定或倾覆力矩 1）自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩 2）水平波浪力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 3）浮托力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩图3-4施工组合胸墙受力情况表4-1 断面胸墙各种作用及标准值计算计算内容持久组合施工组合设计高水位设计高水位极端高水位胸墙自重力标准值145.13kN/m145.13kN/m145.1kN/m无因次参数-0.163-0.044-0.16无因次参数0.3180.3290.382胸墙上平均波压力强度22.7kPa34.2kPa35.52kPa胸墙上波压力分布高度1.38m2.36m0.419m胸墙水平波浪力标准值18.80kN/m48.4N/m8.92kN/m波浪浮托力标准值13.35kN/m20.33kN/m20.9kN/m胸墙内侧土压力标准值15.7329kN/m15.73kN/m0自重力稳定力矩261.14261.14261.14水平波浪力倾覆力矩11.240.360.74波浪浮托力倾覆力矩21.5138.039.01土压力倾覆力矩5.245.2404.2断面胸墙抗滑稳定性验算 （1）沿墙底抗滑稳定性的承载能力极限状态的设计表达式如下： 各种组合情况的计算结果如下： 持久组合设计高水位： 左式右式，该情况下满足。 持久组合极端高水位： 左式右式，该情况下满足。 短暂组合设计高水位： 左式右式，该情况下满足。 综上，断面胸墙抗滑稳定性满足要求。4.3 断面胸墙抗倾稳定性验算 沿墙底抗倾稳定性的承载能力极限状态设计表达式如下： 持久组合设计高水位： 左式右式，该情况下满足。持久组合极端高水位： 左式右式，该情况下满足。 短暂组合设计高水位： 左式右式，该情况下满足。综上，断面处的胸墙抗倾稳定性满足要求。第5章 地基稳定性验算 1.根据JTJ250-98港口工程地基规范的有关规定，土坡和地基的稳定性验算，其危险滑弧应满足以下承载能力极限状态设计表达式： 式中：分别为作用于危险滑弧面上滑动力矩的设计值和抗滑力矩的标准值；为抗力分项系数。2.采用简单条分法验算边坡和地基稳定，其抗滑力矩标准值和滑动力矩设计值按下式计算：式中：R为滑弧半径（m）；s为综合分项系数，取1.0；为永久作用为第i土条的重力标准值（KN/m），取均值，零压线以下用浮重度计算；为第i土条顶面作用的可变作用的标准值（kPa）；为第i土条宽度（m）；为第i土条滑弧中点切线与水平线的夹角（度）；分别为第i土条滑动面上的内摩擦角（度）和粘聚力（kPa）标准值，取均值；为第i土条对应弧长（m）。3.断面地基稳定性验算 图5-1 稳定性计算图 表5-1 地基稳定性计算结果表 MRk/Msd的数值都大于抗力分项系数R=1.1。所以地基稳定性符合要求。 第6章 地基沉降计算由土力学中，单向压缩公式得：图6-1 地基沉降计算图 计算结果，见下表：层底深（m）层厚（m）沉降量（m）最终沉降量（m）110.2453210.2234310.2115410.2001510.1023610.0923710.0511810.0563910.04891.22041010.03831.2695 所以，该处地基沉降符合要求。另外，为了减少工程沉降带来的影响，可以采取以下措施：1. 设置沉降缝，采用轻型结构、回填轻质材料等。2. 施工实施过程中，调整施工工序，逐级增加荷载，等地基沉降稳定后，再施工。3. 采用真空预压、置换垫层等方法，增加地基的稳定性。第7章 总结 历经数月，做完了毕业设计，期间经历了辛苦的学习和实践，我受益匪浅。 回想一开始，面对这个任务，急切的想证明自己能够做好，却有不知从何下手。接着在老师和同学的帮助下，自己大胆努力的开始着手做这件事情。期间常常会遇到自己不了解的内容，自己就主动的通过查询一些有关书籍、网上查询和向老师同学求解，把这些问题解决。最后在完成后，又一遍遍回看自己的内容，找出有些不足，尽自己的努力，把毕业论文做的更好。 一方面，毕业设计考查了我们大学四年的专业课知识，让我们温故而知新，给我们指明在今后的工作学习的方向。另一方面，还培养了我们的自信，培养了我们面对困难，解决困难的自信和勇气。用耐心、毅力和智慧去做成自己想做的事情。这是人生中的宝贵财富。自己大胆努力的开始着手做这件事情。期间常常会遇到自己不了解的内容，自己就主动的通过查询一些有关书籍、网上查询和向老师同学求解，把这些问题解决。最后在完成后，又一遍遍回看自己的内容，找出有些不足，尽自己的努力，把毕业论文做的更好。最后，感谢一直以来对我帮助的老师和同学们。参考文献1. 中华人民共和国交通部发布，海港水文规范（JTJ213-98），人民交通出版社，1998.82. 中华人民共和国交通部发布，防波堤设计与施工规范（JTJ298-98），人民交通出版社，1998.83. 中华人民共和国交通部发布，港口工程地基规范（JTJ250-98），人民交通出版社，1998.84. 冯卫兵编著，海洋工程水文，河海大学出版社,2005.45. 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