上海海事大学港航海岸工程课程设计——斜坡式海堤.docx

海岸工程设计——斜坡式海堤
上海海事大学
200710613004
第一部分：设计潮位的计算
1、海堤工程设计规范SL435-2008：
按极值工型分布进行频率分析，应符合下列规定：
对n年连续的年最高或最低潮(水)位序列hi，其均值h万按式(A．0．1—1)计算，均方差S及年频率为P的年最高或最低潮(水)位可按式(A．0．2—1)和式(A．0．2—2)计算确定，其中λpN是与频率P及资料年数咒有关的系数，可按表A．0．2采用。

用excel进行统计（附表1）
h=1.6904
s=0.2097
重现期TR(年)与年频率P(％)的关系可按式(A．0．4)计算。
P（%）=100/50=2%
当n=45,p=2%,λpn=2.913
当n=50，p=2%，λpn=2.889
内插法求n=47，p=2%时
λpn=2.903
hp=h+λpn×s=2.299m
计算结果：取设计潮位hp=2.299米。

第二部分：设计波浪计算
50年一遇的累积频率P=2%
资料已知：平均波高H=1.03m、计算点水深d=4.2m
H/d=1.03/4.2=0.245
不同累积频率的波高也可按式(6．1．3)进行换算

式中：HF=累积频率为F的波高；H=平均波高；H*=考虑水深因子的系数，其值为H／d； F=累积频率
计算结果：H2%=1.92m，取设计波浪1.92米。

第三部分：海堤断面形式（堤身边坡）
本设计采用斜坡式海堤，且为单坡形式。取外坡坡度1:2，内坡坡度1:1.5。

第四部分：波浪爬高计算
E．0．1 单一坡度的斜坡式海堤在正向规则波作用下的爬高可按下列规定确定：
1本条所列公式适用于下列条件：
1)波浪正向作用。 2)斜坡坡度l：m，m为1～5。 3)堤脚前水深d一(1．5～5．0)H。
4)堤前底坡i≤1／50。
2正向规则波在斜坡式海堤上的波浪爬高如图E．0．1所示，可按式(E．0．1—1)～式(E．0．1—5)计算。
式中
R——波浪爬高，m；
H——波高，m；
L——波长，m；
R1——KΔ=l、H=lm时的波浪爬高，m；
(R1) m——相应于某一d／L时的爬高最大值，m；
M——与斜坡的m值有关的函数；
R(M)——爬高函数；
KΔ——与斜坡护面结构型式有关的糙渗系数，可按表E．0．1确定。
=1/2×（43.9/1.92）^0.5×（0.537849）^-0.5=3.26
=2.403
=0.9366
=2.3869
取护面为干砌块石护面，KΔ=0.8
=0.8×2.3869×1.92=3.6663
计算结果：设计波浪爬高=3.6663米。

第五部分：堤身设计：
堤顶高程：8．3．1 堤顶高程应根据设计高潮(水)位、波浪爬高及安全加高值按式(8．3．1)计算，并应高出设计高潮(水)位1．5～2．0m。
式中：
ZP——设计频率的堤顶高程，m；
hP——设计频率的高潮(水)位(可按第5章的规定确定)，m；
R F——按设计波浪计算的累积频率为F的波浪爬高值，m；
A——安全加高值，按表8．3．1的规定选取。

已知：hp=2.229m，RF=3.6663m
取不允许越浪时A=0.7m
所以Zp=2.229+3.6663+0.7=6.5953m
计算结果：抵顶高程=6.6米

8．4．2 不包括防浪墙的堤顶宽度应根据堤身整体稳定、防汛、管理、施工的需要按表8．4．2确定

本设计取堤顶宽度=4米

堤顶结构设计（本设计只考虑防浪墙，不考虑其它设施）
防浪墙宜设置在临海侧，堤顶以上净高不宜超过1．2m，埋置深度应大于0．5m。风浪大的防浪墙临海侧，可做成反弧曲面。宜每隔8～12m设置一条沉降缝。
本设计取为高1m，高0.8m的矩形防浪墙。
由于不考虑越浪量，此处省略校核。

第六部分：护面结构设计
8．5．4 斜坡式海堤临海侧护面可采用现浇混凝土、浆砌块石、混凝土灌砌石、干砌块石、预制混凝土异型块体、混凝土砌块和混凝土栅栏板等结构型式，并应符合下列要求：
1波浪小的堤段可采用干砌块石或条石护面。干砌块石、条石厚度应按附录J计算，其最小厚度不应小于30cm。护坡砌石的始末处及建筑物的交接处应采取封边措施。
2可采用混凝土或浆砌石框格固定干砌石来加强干砌石护坡的整体性，并应设置沉降缝。
3浆砌石或灌砌块石护坡厚度应按附录J计算，且不应小于30cm。
4对不直接临海堤段，护坡设计应沿堤线采取生态恢复措施。
5护面采用预制混凝土异型块体时，其重量、结构和布置可按附录J．0．6条设计。
6反滤层可采用自然级配石渣铺垫，其厚度为20～40cm，底部可铺土工织物。

本设计采用干砌块石护面。

J．0．1 在波浪作用下，斜坡堤干砌块石护坡的护面厚度t(m)，当斜坡坡率m=1．5～5．0时，可按式(J．0．1)计算。
式中：
K1──系数，对一般干砌石可取0．266，对砌方石、条石取0．225；
γb──块石的重度，kN／m3； 本设计取为24KN/m3
γ──水的容重，kN／m3；
H──计算波高，m，当d／L≥0．125时取H。％，当d／L<0．125时取Hl3％；
d──堤前水深；
L──波长，m；
m──斜坡坡率；
α──斜坡坡角，(°)。
由于：d/L=4.2/43.9=0.0956<0.125，所以，取H=H13%=1.483×1.03=1.5275m
所以t=0.266×10/(24-10)×1.5275/(2^0.5)×(43.9/1.5275)^(1/3)=0.628m
计算结果：本设计取干砌块石厚度0.7m，碎石垫层0.3m，合计1米厚度。
J．0．6 采用预制混凝土异型块体或经过分选的块石作为斜坡堤护坡面层的计算应按下列规定进行。
1波浪作用下单个预制混凝土异型块体、块石的稳定质量可按式(J．0．6—1)计算。

式中 Q——主要护面层的护面块体、块石个体质量，当护面由两层块石组成，则块石质量可在(0．75～1．25)Q范围内，但应有50％以上的块石质量大于Q；
γb——预制混凝土异型块体或块石的重度，kN／m3；
γ——水的重度，kN／m3；
H——设计波高，m，当平均波高与水深的比值H/d＜0．3时宜采用H5％，当H/d≥0．3时宜采用H13％；
KD——稳定系数，可按表J．0．6—1确定。

因为平均波高与水深的比值H/d=1.03/4.20.245＜0．3，所以H=H5%=1.7665
Q=0.1×24×1.7665^3/[5.5×(24/10-1)×2]=0.859t
计算结果：护面干砌块石单个重量0.895吨。

J．0．7 护底块石的稳定重量，可根据堤前最大波浪底流速按表J．0．7确定。

斜坡堤前最大波浪底流速可按式(J．0．7—1)计算。
=1.3m/s
计算结果：取护底块石重量60Kg。

护坡基角
为保证护坡的稳定，护坡下端应该设置基角。本设计基角的结构形式采用埋入式大方角。
（具体形式见断面图）

第七部分：确定断面形式
外坡坡度1:2
内坡坡度1:1.5
堤顶高程：6.6m
堤顶宽度：4m
防浪墙厚度0.8m，高1m
护坡面：厚1m，底层30cm碎石垫层作为防滤层，底部铺设土工织物，上层70cm干砌块石
护坡基角：底宽1.5m高1m的埋入式大方角
注：断面形式附图（附图1）

第八部分：海堤抗滑稳定计算
M．0．1 土堤边坡抗滑稳定计算方法可采用瑞典圆弧滑动法，见图M．0．1，分为总应力法和有效应力法。
总应力法应按式(M．0．1—1)计算。

注：以下计算过程中的面积均根据CAD作图后实测数据计算。
圆心的取法见分析图（附图2）
圆弧半径R=18.18m
W1i=49.05×18.5=907.426
W2i=24.47×21=513.87Kn/m
W3i=152.4735×11=1677.21Kn/m
划分土条，均分成10条，bi=2.75m，α的取值根据cad图实测
确定αi的值：α1=55°，α2=42°，α3=31°，α4=22°，α5=13°，α6=4°，α7=5°，α8=14°，α9=23°，α10=33°。
根据上述公式按照各土条进行计算：
K=（3098.5×8.79×0.84+42×2.75×11.676）/（3098.5×3.937）=1.98
计算结果：抗滑稳定安全系数K=1.98

第九部分：沉降计算
根据地质资料，取第一层淤泥层进行计算，压缩性小的土层不考虑沉降。
海堤填筑后的重量：
W1=55.73×18.5=1031Kn/m
W2=46.89×21=984.7Kn/m
W3=143×11=1573Kn/m
W= W1+ W2 +W3=3588.7 Kn/m
海堤总宽度：41.8m
基底应力P1=3588.7/41.8=85.85Kpa
第一层土底部附加应力P2=0.499×85.85=42.84Kpa
将沉降公式变形：ΔSi=ΔPi*Hi/Esi
其中ΔPi=0.5×（85.85+42.84）=64.345Kpa
计算ΔSi=ΔPi*Hi/Esi=64.345×500/（1.34×10^3）=24cm
修正：取修正系数1.5。最终沉降S=m×ΔSi=36cm。施工时应注意预留这部分沉降量。
计算结果：沉降量约36厘米。

第十部分：图示
附图1：海堤断面图
附图2：海堤断面抗滑稳定计算图示