海岸工程海堤设计——计算说明书

1、海岸工程课程设计计算说明书学 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:1420190第1章 设计资料分析1.1 工程背景介绍1.1.1 主要依据乐清湾港区的开发建设需要对港区前沿的滩地进行大面积疏浚开挖，从而产生大量的疏浚土方。从环境保护、减少工程投 资的角度，采用就近吹泥上岸的疏浚土处理方式替代传统的外抛 方式，既实现了宝贵疏浚土资源的综合利用，又缓解了土地供求的矛盾和压力，大大提高了疏浚弃土的综合经济效益和社会效 益。为了尽早形成拟建港区港池、航道疏浚工程的纳泥区，同时 为临港产业经济用地的开发建设创造条件，拟通过围垦提供约 1500亩的后备土地资源。主

2、要规范、规程1. 海堤工程设计规范(SL 435- 2008)2. 浙江省海塘工程技术规定(上、下)工程项目内容和规模本工程尽可能实现筑堤与吹泥工程的同步实施，二者相互依托、互为条件，因此，作为工程项目必需内容的一部分，需在本研究阶段提出吹泥上岸工程的实施方案。 因此，本项目工程建设的主要内容包括围堤、吹泥上岸和临时排水工程。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要求，顺堤按照 50年 一遇标准建设，防洪高程+7.8m( 85高程，下均同)；南侧堤按 照50年一遇标准建设，防洪高程+7.87.6m

3、。(3) 围区内允许纳泥标高按+3.0m控制，纳泥容量约为660.53 万m3。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的控制，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。根据项目前期研究工 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

4、2622.7m。1.2设计内容乐清湾海堤工程设计：确定海堤设计条件、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具体设计内容堤线布置综合数学模型和物理模型研究结果，选择双屿港长山尾岸 段作为近期开发岸线是合理的，模型所模拟的初步方案实施后对 宏观环境与周边深槽的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，工程实施后工程周边大部分区域 无不良流态，工程量较小，对周围影响也小，围区前沿水域疏浚 后的常年平均回淤强度 0.30m左右是可以接受的，总体效果较沙港头围堤

5、江岩山750港TGI玉环县:海塘0打水湾E乐清湾1鸡蛋山南岳镇* /蒲岐镇码头前沿线图1堤线布置图132确定设计标准根据围垦工程开发面积和围区的重要性， 查浙江省海塘技 术规定，确定海堤的等级为皿级，重现期为 50年一遇，采用的 基准面为85国家高程，并由此确定以下设计标准：（1）波浪标准根据浙江省海塘工程技术规定，波浪推算要求采用风速 推算。深水风浪计算采用“莆田海堤试验站公式”。计算风速采 用50年一遇的设计风速。计算水位为 50年一遇的设计高水位。 采用风推浪计算的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 波咼波 周期深水 波长浅水 波长各

6、累积率波高（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顺堤走向为72°, SSW方向受掩护，不受其波浪影响。故主要考虑ESE（与顺堤轴线法线的夹角为4.5°）和ENE（与顺堤轴线法线的夹角为40.5° ）方向。（2）潮位标准设计水位取用浙能乐清电厂码头工程的水位，具体如下: 设计高水位 3.60m （高潮累积频率10

7、%）设计低水位-2.97m （低潮累积频率90%）极端高水位 5.44m （五十年一遇的年极值高水位）极端低水位 -4.14m （五十年一遇的年极值低水位）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 结构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，海堤堤身要求相对较高，海堤断面宜 采用斜坡式。斜坡式海堤具有堤前波浪反射小，堤身宽大，地基 应力分布均匀，稳定性好，施工简单，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，便于修复的特点，故选择斜坡式海堤。由于海堤 结构断面较大，

8、考虑到经济性，海堤设计为允许越浪。2.2 确定断面尺寸斜坡堤断面型式的确定本设计选用断面带胸墙的斜坡堤，护面材料选择浆砌块石， 抵御风浪和潮流能力强。选用浆砌石防浪墙，胸墙底面嵌入堤顶 以下0.6m。根据海堤工程设计规范SL435-2008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1:1.51:3.0安放人工块体1:1.251:2.0干砌或浆砌块石1:1.51:2.0抛填方块1:1.001:1.25干砌条石1:0.81:2.0由于波浪作用强烈，采用复合斜坡式断面，在临海侧设置消 浪平台，高程略低于设计高潮位，为 5m,平台宽度为4.0m,在 背海侧设置马道，高程为0.0

9、m，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。堤顶咼程根据海堤工程设计规范SL435-2008当堤顶临海侧设有稳定坚固的防浪墙时，堤顶高程可算至防浪墙顶面。但不计防浪 墙的堤顶高程仍应高出设计高潮（水）位0.5Hi%。堤顶高程应根据 设计高潮（水）位、破浪爬高及安全加高值按以下式子计算，并 应高出设计高潮（水）位1.52m。zp hp rf A式中Zp设计频率的堤顶高程，m;hp设计频率的高潮位，m;RF按设计波浪计算的累积频率为F的波浪爬高值，m;A全加高值，m。按允许部分越浪设计时F=13%根据海堤工程设计规范SL435-2008海堤的等级

10、为皿级，可取 A=0.4m根据海堤工程设计规范SL435-2008对带有平台的复合式斜坡堤的波浪爬高计算，可先确定折算坡度系数me ,再按坡 度系数为me的单坡断面确定其爬高值。折算坡度系数杭（上下坡度一致时）为：me m上（1-4.oidW-）KbKb 1 3BL式中 m上平台以上的斜坡坡率；dw 平台上的？深（当平台在静？位以下时取正 值，平台在静？位以上时取负值）；B平台宽度，m;L波长，m。海堤工程的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：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累积频率为F的爬高，m;K 与斜坡护面结构型式有关的糙渗系数，取0.80;& 与风速口有关的系数，取1.0；RK 1、H 1m时的波浪爬高，m；R 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；RM爬高函数；H波高，m;d堤前水深，m;H1%波高累积率F=1%的波高值；Kf 爬高累积频率换算系数，取F 13% ,K13% 0.718；K 当来波波向线与堤轴线的法线成角时，上述计算得到的波浪爬高应乘以该系数加以修正。浪向meRH 1%KRfESE2.651.5682.2212.00ENE2.601.636

12、2.410.871.97则海堤堤顶高程Zp=5.44+2.00+0.4=7.84m （满足防洪高程7.8m）。不计防浪墙的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 ,则堤顶高程应不小于5.44+0.5 X2.41 + 1=7.645m<7.84m 故海堤堤顶高程设计为 7.9m。223堤顶宽度根据浙江省海塘工程技术规定（下册），皿级海堤堤顶宽 度6-7m，考虑到经济性，海堤堤顶宽度取 6m。堤身边坡如前所述，复合斜坡式断面临海测平台以上边坡坡度和平台 以下边坡坡度均为1:2,背海侧边坡坡度为1:2。2.3 细部结构设计防浪墙根据海堤工程设计规范SL435-20

13、08防浪墙高度为1m， 底宽为1m，顶宽为0.8m。迎浪面为直立墙，背面为1:0.2的陡 墙面，材料为浆砌条石防浪墙，防浪墙在堤顶以下埋深为 0.6m， 埋深宽度始终为1m。护坡浆砌块石整体性好，抗御浪、流的能力比较强，在水深较大 处能较好的保护海堤。护坡上设置变形缝和排水孔，变形缝纵间 距为10m，排水孔的纵横间距为3m。根据海堤工程设计规范SL435-2008设置排水孔的浆砌石的护面层厚度可按下式计算:式中Ki系数，对一般干砌石可取0. 266,对砌方石、条石可取0.255,此处取0.255;b块石的重度，25k%3 ；水的重度，10kn3 ；H 计算波高，m, d/L>=0.125

14、, H取值 威； d/L<0.125, H取值 已3%，此处取H4%;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,大于规范要求的40cm, 故取60cm （背海侧设计为40cm）。护坡垫层为防止堤身土在波浪、渗流作用下流失，并作为护面层的基 础，在护面块石与土体之间应设置垫层或过渡层。 此处海堤设计 利用自然级配的石渣作为过渡层，石渣中片石长边为 15cm,石 渣层厚度为30cm。护坡基脚为保证护坡的稳定，护坡下端应设置基脚。本处海堤设计选用抛石棱体式结构外侧坡脚设置水下抛石棱体的斜坡堤，棱体的顶面高程不宜 高于设计低水位以下1. 0倍设计波高值；棱体的顶面

15、宽度和厚 度，可根据堤前水深和断面尺度确定， 其宽度不宜小于2m，厚 度不宜小于1m；对深水堤其宽度不宜小于5m，厚度不宜小于 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。具体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241堤前护底块石重量根据海堤工程设计规范SL2008规定：护底块石的稳定 重量，可根据堤前最大波浪底流速按照下表确定。底流速块石质量1 (kE) |底流速块石质量(临)2.0604.04003.01505.0800斜坡堤最大波浪底流速可按下式计算:其中H取累计频率为13%的设计波高，得到Umax =0.60

16、m/s, 故护底块石质量取为60kg。护底块石层的宽度，堤身段不应小于5m，堤头段不应小于 10m，流速和水深较大时宜适当加大，堤身段不宜小于10m ，堤头段不宜小于15m。护底块石可采用2层，厚度不宜小于 0.5m。对砂质海底，在护底块石层下宜设置厚度不小于0.3m的碎石层或土工织物滤层。综合考虑，护底块石层的宽度设计为 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 层下设置厚度为0.3m的碎石层。具体布置形式类似于下图：图4护底块石布置断面图242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，需进行防浪墙的

17、稳定计算。波浪水平力和上托力是 防浪墙随受的主要外荷载。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:p = 024yHKpH务=3.29(- + 0.043)式中厂一一平均压力强度，kPa;Eb无因次参数；JZP平均压强系数;此处波高取为累积频率1%的波高，为2.22m; L为平均周期算得 30.20； di = 5.44 - 7.9+1+0.6 = - 0.86 计算得：=-0.160；b= 0.383,250na饥s - H图5依据；/，查图5 得'- '带入得到平均压力强度为:16.18kPa

18、p =防浪墙上的波压力分布高度按下式计算2nd d+Z =式中波压力作用高度系数。故此处波压力作用依据&和L/H的值，查图5得匕二0.4、k I、<咼度：d + Z 二10.87m;单位长度防浪墙的总波浪力按下式计算：P p d, z则单位长度防浪墙上总波浪力为：P =14.12 kN/m;防浪墙底面上的波浪付托力按下式计算:bp2式中为波浪浮托力折减系数，取0.7。则波浪付托力:R=5.66KN/m防浪胸墙采用浆砌块石结构，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标准值 G计算：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）单位长度胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩计算：Mr 13.8 0.7 8.28 0.67 0.4 13.8 0.5 18.4KNm4）单位长度胸墙上水平波浪力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩计算:Mp 14.12 0.5 0.87=6.14KI/m5）单位长度胸墙上波浪浮托力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩计算:22M uPub5.661.03.77 kN / m336）稳定性验算：抗滑稳定验算:c= EFj其中摩擦系数=0.65,得到心= 1.39,大于1.10,满足要求。抗倾稳定计算：得到安全系数Ko = 1.86,大于使用状况下的1.50,满足要求。243海堤整体抗滑稳定计算建筑于软粘土地基上的海堤，往往由于地