海岸综合项目工程海堤设计计算说明指导书.doc

海岸工程课程设计计算阐明书学 院：港口海岸与近海工程专 业：港口航道与海岸工程班 级： 大 禹 港 航 班 姓 名： 学 号： 140 第1章 设计资料分析1.1 工程背景简介1.1.1 重要根据乐清湾港区开发建设需要对港区前沿滩地进行大面积疏浚开挖，从而产生大量疏浚土方。从环保、减少工程投资角度，采用就近吹泥上岸疏浚土解决方式代替老式外抛方式，既实现了宝贵疏浚土资源综合运用，又缓和了土地供求矛盾和压力，大大提高了疏浚弃土综合经济效益和社会效益。为了尽早形成拟建港区港池、航道疏浚工程纳泥区，同步为临港产业经济用地开发建设创造条件，拟通过围垦提供约1500亩后备土地资源。1.1.2 重要规范、规程1. 海堤工程设计规范（SL 435）2. 浙江省海塘工程技术规定（上、下）1.1.3 工程项目内容和规模本工程尽量实现筑堤与吹泥工程同步实行，两者互相依托、互为条件，因而，作为工程项目必须内容一某些，需在本研究阶段提出吹泥上岸工程实行方案。因而，本项目工程建设重要内容涉及围堤、吹泥上岸和暂时排水工程。工程规模如下：(1)围（海）涂面积约99.2万m2，合1487.7亩；围堤总长度3.200km；(2)围堤建设符合国家规范及地方规程规定，顺堤按照50年一遇原则建设，防洪高程+7.8m（85高程，下均同）；南侧堤按照50年一遇原则建设，防洪高程+7.87.6m。(3)围区内容许纳泥标高按+3.0m控制，纳泥容量约为660.53万m3。1.1.4 工程平面布置本工程位于乐清湾中部西侧打水湾山附近，因打水湾与连屿矶头控制，该段区域为乐清湾最窄处，宽约4.5km，涨落潮流在此汇合、分流，水动力特性复杂、敏感。依照项当前期研究工作成果和结论意见，结合土地开发需要，围涂工程顺堤位置推荐布置在-6m等高线处，走向为18 198，堤长约577.5m。南侧堤布置时考虑东干河出口顺直，沿老海塘延长线向东以132 312走向延伸，后以110 290向东延伸500m后与顺堤垂直相交，南侧堤长度约2622.7m。1.2 设计内容乐清湾海堤工程设计：拟定海堤设计条件、断面尺寸，并进行波浪爬高计算、护坡计算、防浪胸墙稳定设计、海堤抗滑稳定计算以及软土加固等。1.3 详细设计内容1.3.1 堤线布置综合数学模型和物理模型研究成果，选取双屿港长山尾岸段作为近期开发岸线是合理，模型所模仿初步方案实行后对宏观环境与周边深槽影响以及围垦驳岸基线顺堤最佳位置如下图所示，即以驳岸线位于-2m等深线附近最优，工程后对保持水流形态、维护深槽较为有利，工程实行后工程周边大某些区域无不良流态，工程量较小，对周边影响也小，围区前沿水域疏浚后常年平均回淤强度0.30m左右是可以接受，总体效果较佳。图1 堤线布置图1.3.2 拟定设计原则依照围垦工程开发面积和围区重要性，查浙江省海塘技术规定，拟定海堤级别为级，重现期为50年一遇，采用基准面为85国家高程，并由此拟定如下设计原则：(1)波浪原则依照浙江省海塘工程技术规定，波浪推算规定采用风速推算。深水风浪计算采用“莆田海堤实验站公式”。计算风速采用50年一遇设计风速。计算水位为50年一遇设计高水位。采用风推浪计算顺堤前沿波要素见表1。表1 顺堤堤前波要素表（50年一遇）风向滩地高程堤前水深平均波高波周期深水波长浅水波长各累积率波高（m）D(m)h(m)HB(m)T(s)L0(m)L(m)H1%H4%H13%SSW-6.011.441.5805.5848.5243.893.432.952.43ESE0.9824.4030.1729.482.221.891.54ENE1.071 4.59 32.91 31.85 2.41 2.05 1.67 顺堤走向为72，SSW方向受掩护，不受其波浪影响。故重要考虑ESE（与顺堤轴线法线夹角为4.5）和ENE（与顺堤轴线法线夹角为40.5）方向。（2）潮位原则设计水位取用浙能乐清电厂码头工程水位，详细如下： 设计高水位3.60m（高潮累积频率10%）设计低水位-2.97m（低潮累积频率90）极端高水位5.44m（五十年一遇年极值高水位）极端低水位-4.14m（五十年一遇年极值低水位）海堤设计高潮位按码头工程极端高水位取 5.44m。第2章 斜坡式海堤设计2.1 构造选型由于拟建海堤位置水深较大，海堤与波浪作用强烈，淤泥质土层较厚，地基条件较差，海堤堤身规定相对较高，海堤断面宜采用斜坡式。斜坡式海堤具备堤前波浪反射小，堤身宽敞，地基应力分布均匀，稳定性好，施工简朴，堤身变形和局部破化适应性强，便于修复地基应力分布均匀、稳定性好，堤身变形和局部破坏适应性强，便于修复特点，故选取斜坡式海堤。由于海堤构造断面较大，考虑到经济性，海堤设计为容许越浪。2.2 拟定断面尺寸2.2.1 斜坡堤断面型式拟定本设计选用断面带胸墙斜坡堤，护面材料选取浆砌块石，抵抗风浪和潮流能力强。选用浆砌石防浪墙，胸墙底面嵌入堤顶如下0.6m。依照海堤工程设计规范SL435-，海堤两侧边坡可按下表取值：护面型式坡度护面型式坡度抛填或安放块石安放人工块体干砌或浆砌块石抛填方块干砌条石由于波浪作用强烈，采用复合斜坡式断面，在临海侧设立消浪平台，高程略低于设计高潮位，为5m，平台宽度为4.0m，在背海侧设立马道，高程为0.0m，马道宽度为2m。复合斜坡式断面临海测平台上、下边坡坡度均为1:2，背海侧边坡坡度为1:2。2.2.2 堤顶高程依照海堤工程设计规范SL435-：当堤顶临海侧设有稳定结实防浪墙时，堤顶高程可算至防浪墙顶面。但不计防浪墙堤顶高程仍应高出设计高潮(水)位0.5H1。堤顶高程应依照设计高潮（水）位、破浪爬高及安全加高值按如下式子计算，并应高出设计高潮（水）位1.52m。式中 设计频率堤顶高程，m； 设计频率高潮位，m；按设计波浪计算累积频率为F波浪爬高值，m；A安全加高值，m。按容许某些越浪设计时F=13%，依照海堤工程设计规范SL435-，海堤级别为级，可取A=0.4m。依照海堤工程设计规范SL435-：对带有平台复合式斜坡堤波浪爬高计算，可先拟定折算坡度系数 ，再按坡度系数为单坡断面拟定其爬高值。折算坡度系数（上下坡度一致时）为： 式中平台以上斜坡坡率；平台上深（当平台在静位如下时取正 值，平台在静位以上时取负值）； 平台宽度，m; 波长，m。图2 计算参数示意图海堤工程波浪爬高计算应采用不规则波要素作为计算条件，其计算公式为：式中 累积频率为F爬高，m； 与斜坡护面构造型式关于糙渗系数，取0.80； 与风速口关于系数，取1.0； 时波浪爬高，m；相应于某一时爬高最大值，m； 与斜坡m值关于函数； 爬高函数； 波高，m； 堤前水深，m； 波高累积率F=1波高值；爬高累积频率换算系数，取，； 当来波波向线与堤轴线法线成角时，上述计 算得到波浪爬高应乘以该系数加以修正。浪向ESE2.651.5682.2212.00ENE2.601.6362.410.871.97则海堤堤顶高程 =5.44+2.00+0.4=7.84m（满足防洪高程7.8m）。不计防浪墙堤顶高程仍应高出设计高潮(水)位0.5H1，拟定防浪墙高度为1m，则堤顶高程应不不大于5.44+0.52.41+1=7.645m=0.125，H取值； d/L0.125， H取值，此处取；L 波长，m；m 斜坡坡率，此处取2；经计算，浆砌石护面层厚度t=57cm，不不大于规范规定40cm，故取60cm（背海侧设计为40cm）。2.3.3 护坡垫层为防止堤身土在波浪、渗流作用下流失，并作为护面层基本，在护面块石与土体之间应设立垫层或过渡层。此处海堤设计运用自然级配石渣作为过渡层，石渣中片石长边为15cm，石渣层厚度为30cm。2.3.4 护坡基脚为保证护坡稳定，护坡下端应设立基脚。本处海堤设计选用抛石棱体式构造。外侧坡脚设立水下抛石棱体斜坡堤，棱体顶面高程不适当高于设计低水位如下1. 0 倍设计波高值；棱体顶面宽度和厚度，可依照堤前水深和断面尺度拟定，其宽度不适当不大于2m ，厚度不适当不大于1m； 对深水堤其宽度不适当不大于5m ，厚度不适当不大于3 m。综合考虑，抛石棱体顶部宽度设计为5m ，厚度设计为3m，护坡基脚坡面坡度设计为1:1.5。详细布置形式类似于下图：图3 抛石棱体布置断面图2.4 海堤计算2.4.1 堤前护底块石重量依照海堤工程设计规范SL,规定：护底块石稳定重量，可依照堤前最大波浪底流速按照下表拟定。底流速块石质量底流速块石质量2.0604.04003.01505.0800斜坡堤最大波浪底流速可按下式计算：其中H取合计频率为13%设计波高，得到=0.60 m/s，故护底块石质量取为60kg。护底块石层宽度，堤身段不应不大于5m ，堤头段不应不大于10m ，流速和水深较大时宜恰当加大，堤身段不适当不大于10m ，堤头段不适当不大于15m。护底块石可采用2 层，厚度不适当不大于0.5m。对砂质海底，在护底块石层下宜设立厚度不不大于0.3m 碎石层或土工织物滤层。综合考虑，护底块石层宽度设计为10m（背海侧为5m），护底块石厚度为0.5m，护底坡面坡度设计为1:1.5，在护底块石层下设立厚度为0.3m 碎石层。详细布置形式类似于下图：图4 护底块石布置断面图2.4.2 防浪胸墙稳定计算斜坡式海堤顶部底防浪胸墙，由于波浪爬高，墙上会受到波浪力底作用，需进行防浪墙稳定计算。波浪水平力和上托力是防浪墙随受重要外荷载。由于防浪胸墙埋入堤顶深度不大，被动土压力在此不考虑。波浪水平力和上托力按下式计算。波峰作用时防浪墙平均压力强度按下式计算：式中 平均压力强度，kPa； ，无因次参数； 平均压强系数；此处波高取为累积频率1%波高，为2.22m；L为平均周期算得30.20；d1 = 5.44 - 7.9+1+0.6 = - 0.86。计算得：；。图5 根据，查图5得。带入得到平均压力强度为：16.18kPa防浪墙上波压力分布高度按下式计算:式中波压力作用高度系数。根据和L/H值，查图5得0.4。故此处波压力作用高度：0.87m；单位长度防浪墙总波浪力按下式计算：则单位长度防浪墙上总波浪力为：=14.12 kN/m;防浪墙底面上波浪付托力按下式计算：式中 为波浪浮托力折减系数，取0.7 。则波浪付托力：=5.66KN/m防浪胸墙采用浆砌块石构造，受力图如下所示：1）单胸墙埋深0.6m,不考虑土抗力。2）单位长度胸墙上自重力原则值G计算：3）单位长度胸墙自重力原则值对胸墙后趾稳定力矩计算：4）单位长度胸墙上水平波浪力原则值对胸墙后趾倾覆力矩计算：5）单位长度胸墙上波浪浮托力原则值对胸墙后趾倾覆力矩计算:6）稳定性验算：抗滑稳定验算：其中摩擦系数 =0.65，得到=1.39，不不大于1.10，满足规定。抗倾稳定计算：得到安全系数1.86，不不大于使用状况下1.50，满足规定。2.4.3 海堤整体抗滑稳定计算建筑于软粘土地基上海堤，往往由于地基不稳定而引起堤身坍塌破坏。此处临海测为设计洪低位（-2.97m），背海测为设计高水位（+5.44m），此时对临海测堤坡最不利状况。运用理正岩土计算5.6版软件，成果如下：计算简图控制参数: 计算目的:安全系数计算 滑裂面形状：圆弧滑动法 不考虑地震水面信息 采用总应力法 考虑渗入力作用 不考虑边坡外侧静水压力 水面线段数 1 水面线起始点坐标：(6.060,3.030) 水面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 1 32.660 8.410计算成果图 最不利滑动面: 滑动圆心 = (6.192,18.060)(m) 滑动半径 = 19.327(m) 滑动安全系数 = 1.285 可知，海堤抗滑安全系数得到1.285，满足规范规定。2.4.4 海堤地基加固海堤建设处，淤泥厚度达到20m，属于软土地基，天然强度低，含水量大、压缩性高，透水性差，需对地基采用适应加固办法，本处海堤采用竖向排水预压固结法和清淤法进行加固。将地基上顶层4m淤泥置换成密实砂（包括上部0.3m厚碎石层），同步为了缩短固结时间，按一定间隔（1m）打设垂直排水通道，排水通道高度为12m（两侧护底块石排水通道高度为8m），再在地基表面砂垫层进行压载，以加速固结。为防止堤心土流失，在密实砂上部设立0.3m厚碎石层，并作护底块石基本。2.4.5 总结本方案，将海堤设计成斜坡式，护面材料使用浆砌块石，为保护堤底和增强海堤稳定性，在基脚处设计海堤布置抛石护脚。通过验算，放浪胸墙抗滑、抗倾安全系数以及海堤抗滑安全系数均满足规范规定。