河海大学-海岸工程计算说明书

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: 大禹班姓 名：林祥峰学 号：1219010213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

2、地资源。1.1.2 主要规范、规程1. 海堤工程设计规范 SL 43520082. 浙江省海塘工程技术规定（上、下册）1.1.3 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50

3、0m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：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1.3.1 堤线布置综合数学模型和物理模型研究结果，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布置为最优。即以驳岸线位于-2m等深线附近的方案最优，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，总体效果较佳。图1 堤线

4、布置图1.3.2 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III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高波周期深水波长浅水波长各累积率波高D(m)h(m)HB(m)T(s)L0(m)L(m)H1%(m)H4%(m)H13%(m)SSW-6

5、.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 （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%） 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

6、，海堤与波浪作用强烈，淤泥质土层较厚，地基自身条件较差，海堤堤身较大，斜坡式海堤适用于地基条件较差、堤身相对较高的地段，且斜坡式海堤具有地基应力分布均匀、稳定性好、堤身变形和局部破坏适应性强、1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，考虑到经济性，海堤设计为允许越浪。2.2 确定断面尺寸2.2.1 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，胸墙底面嵌入堤顶一下0.5m。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安放人工块体干砌或浆砌块石抛填方块干

7、砌条石由于波浪作用强烈，采用复合斜坡式断面，在临海侧设置消浪平台，高程略低于设计高潮位，为5.0m，平台宽度为4.0m，在背海侧设置马道，高程为0.0m，马道宽度为2m。复合斜坡式断面临海测平台以上边坡坡度和平台以下边坡坡度均为1:2.5，背海侧边坡坡度为1：2。2.2.2 堤顶高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。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1.5-2.0m。式中 设计频率的堤顶高程，m； 设计频率的高潮位，m； 按设计波浪计算的累计频率为F的波浪爬高值（海堤

8、不允许越浪设计时F=2%，按允许部分越浪设计时F=13%，此处取13%，m； A安全加高值，此处取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 ，再按坡度系数为的单坡断面确定4其爬高值。折算坡度系数为：= ，则折算坡度 =3.31。根据海堤工程设计规范SL435-2008：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：式中 累计频率为1%的爬高，m；与斜坡护面结构型式有关的糙渗系数，此处取0.80；与风速口有关的系数，此处取1.0；时的波浪爬高，m；相应于某一时的爬高最大值，m；与斜坡的m值有关的函数；

9、爬高函数；经过计算，得到=2.23m，则 = =1.58m。则海堤堤顶高程 =5.44+1.58+0.4=7.42m。由于海堤防洪高程设计为+7.80m>7.42m，故海堤堤顶高程设计为+7.80m。2.2.3 堤顶宽度根据浙江省海塘工程技术规定（下册），二级海堤堤顶宽度6-7m，考虑到经济性，海堤堤顶宽度取6m；2.2.4 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1:2.5，背海侧边坡坡度为1：2。2.3 细部结构设计2.3.1 防浪墙根据海堤工程设计规范SL435-2008：海堤高度为1m，底宽为1m，顶宽为0.8m。迎浪面为直立墙，背面为1:0.

10、2的陡墙面，材料为浆砌石防浪墙，防浪墙在堤顶以下埋深为0.5m。2.3.2 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 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；块石的重度， ，此处取25。水的重度，10。H计算波高，m，此处取 。L波长，m。m斜坡坡率，此处取2.5；经计算，浆砌石护面层厚度t=44cm,大于规范要求的40cm，故取44cm。2.3.3 护坡

11、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50cm。2.3.4 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，其断面形式如下图所示： 2.4 海堤计算2.4.1 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Vmax(ms)块石质量（kg）底流速Vmax(ms)块石质量（kg）2.0604.04003.01505.0800斜坡堤最大波浪底流速可按下式计算

12、：vmax=HLgsh4dL其中H取累计频率为13%的设计波高，得到vmax=0.1944 m/s，故护底块石质量取为60kg。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，需进行防浪墙的稳定计算。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=0.24HKp =(d1d)(dH)2HLb=3.29(HL+0.043)式中 p平均压力强度，kPa； , b无因次参数，此处分别取-0.23、0.313； Kp平均压强系数，此处取2

13、.3；此处波高取为累积频率1%的波高，为2.22m。故带入得到平均压力强度为：p=12.25 kPa。防浪墙上的波压力分布高度按下式计算:d1+Z=Hth(2dL)Ks式中 Ks波压力作用高度系数，此处取为1.3；故此处波压力作用高度d1+Z=0.66m；单位长度防浪墙的总波浪力按下式计算：得到单位长度防浪墙上总波浪力为p=8.08 kN/m;防浪墙底面上的波浪付托力按下式计算：得到波浪付托力=2.83KN/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：g13） 单位长度胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩计算：2

14、) 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：3)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:4 ）稳定性验算：其抗滑稳定验算：Kc=fWP其中摩擦系数f =0.65，得到Kc=1.20，大于1.10满足要求。抗倾稳定计算：K0=MVMH得到安全系数K0=1.78，大于使用状况下的1.50。2.4.3 海堤整体抗滑稳定计算建筑于软粘土地基上的海堤，往往由于地基的不稳定而引起堤身坍塌破坏。此处临海测为设计洪低位，背海测为设计高水位，此时对临海测堤坡最不利的情况。利用理正岩土计算5.6版软件，结果如下： 计算简图控制参数: 计算目标:安全系数计算 滑裂面形状: 圆弧滑动法

15、 不考虑地震坡面信息 坡面线段数 7 坡面线号 水平投影(m) 竖直投影(m) 1 27.500 11.000 2 4.000 0.000 3 4.500 1.800 4 7.000 0.000 5 13.600 -6.800 6 2.000 0.000 7 12.000 -6.000 土层信息 上部土层数 1 层号 层厚 重度 饱和重度 孔隙水压 (m) (kN/m3) (kN/m3) 力系数 1 12.800 19.000 20.000 - 层号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 10.000 35.000 10.000 25.000

16、= 下部土层数 2 层号 层厚 重度 饱和重度 孔隙水压 (m) (kN/m3) (kN/m3) 力系数 1 4.000 9.000 20.000 - 2 40.000 9.000 20.000 - 层号 粘聚力 内摩擦角 水下粘聚 水下内摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 10.000 10.000 10.000 25.000 2 10.000 10.000 10.000 25.000 水面信息 采用有效应力法 孔隙水压力采用近似方法计算 不考虑渗透力作用 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: (7.500,3.000) 水面线号 水平投影(m) 竖直

17、投影(m) 1 38.220 8.440计算条件 圆弧稳定分析方法: 瑞典条分法 土条重切向分力与滑动方向反向时: 当下滑力对待 稳定计算目标: 自动搜索最危险滑裂面 条分法的土条宽度: 1.000(m) 搜索时的圆心步长: 1.000(m) 搜索时的半径步长: 0.500(m)-计算结果:-计算结果图 最不利滑动面: 滑动圆心 = (8.856,19.040)(m) 滑动半径 = 22.403(m) 滑动安全系数 = 1.248 总的下滑力 = 1062.476(kN) 总的抗滑力 = 1325.458(kN) 土体部分下滑力 = 1062.476(kN) 土体部分抗滑力 = 1325.45

18、8(kN) 可知，海堤抗滑安全系数得到1.248，满足规范要求。2.4.4 海堤地基加固和地基沉降计算海堤建设处，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，需对地基采取适应的加固措施，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，同时为了缩短固结时间，按一定间隔打设垂直排水通道，排水通道高度达到12m，再在地基表面砂垫层进行压载，以加速固结。地基沉降计算利用分层总和法附加应力按照矩形分布计算，海堤的自重为：1=120KPa，浮托力为2=3.86KPa，附加应力0=131.08KPa。将地基上顶层4m淤泥置换成密实砂，同时为了

19、缩短固结时间，按一定间隔打设垂直排水通道，排水通道高度达到12m，再在地基表面砂垫层进行压载，以加速固结，处理后的淤泥压缩模量达到10MPa左右。计算结果如下表：可知，经过地基加固处理后，地基沉降为0.68m，因次在建设海堤时，要考虑地基沉降，预留堤顶高程。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。经过验算，海堤越浪量满足规范要求，抗滑安全系数和抗倾安全系数均大于规范要求。第3章 陡墙式海堤设计3.1 断面尺寸的确定3.1.1 堤顶高程 根据海堤工程设计规范 (SL435-2008)标准的有关规定，按波浪爬高确定

20、海堤的堤顶高程。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，计算应取堤脚前约12波长处的波浪要素。海堤为单坡结构型式且0<m<1,波浪的爬高可按下式估算：式中 F 下角，波浪爬高累计率，%； 波浪爬高累积率为F的波浪爬高值，m； 与护面结构型式有关的糙率及渗透性系数； 与风速u及堤前水深d前有关的经验系数； 不透水光滑墙上相对爬高，即当=1.0，H=1.0m时的爬高值； 波高累积率F=1的波高值，当时，则取用 爬高累计频率换算系数，若所求相应累积率的堤前波高H，已经破碎，则=1。=0.90，=1.12，=1.32，=2.41m，=0.77；计算得出=2.48m，根据海堤工

21、程设计规范 (SL435-2008)标准的有关规定，堤顶高程可按下列公式计算：式中 设计频率的堤顶高程，m； 设计频率的高潮(水)位，m； 按设计波浪计算的累积频率为F的波浪爬高值(海堤按不允许越浪设计时F=2，按允许部分越浪设计时取F=13)，m； A安全加高值,该工程取0.4m。 设计高水位时，=8.32m。3.1.2 堤顶宽度堤顶宽度不小于34m，淤泥质海岸也可以取68米，若有公路，则按公路要求确定。乐清湾底质以细颗粒的粉砂质粘土和粘土质粉砂为主，属淤泥质海湾，堤顶宽度取为6米。3.1.3 堤身边坡堤身边坡根据结构型式为陡墙式确定为1:0.3。3.2 堤身构造3.2.1 上部结构防浪墙是

22、堤身的组成部分，可降低堤身填筑高度，节省工程量 ，减小堤底地基应力。由于该工程的风浪较强，所以综合考虑可以设定防浪墙。防浪墙材料采用细骨料混凝土砌石。防浪墙尺寸：其高度取为0.9m，顶宽0.6m，内外边坡坡度为1:0.2。3.2.2 防护墙防护墙材料选择干砌块石，形式为重力式。根据经验可暂时确定防护墙顶宽为3.5米，底宽为7米，高度为12.4米。3.2.3 堤底结构根据该工程位置的水深情况以及波浪情况，可以在堤身的底部设置抛石基床，形式选为明基床，厚度为1m，肩宽2m，坡度1:0.5.3.3 防护墙稳定性验算3.3.1 计算波浪力（波谷情况下的向海侧净波压力）验算防护墙向海侧的抗滑、抗倾稳定性

23、，应该分别考虑设计高、低水位时的波浪力。设计低水位时，由于=0.46，0.36，按港工规范，防波堤前的波态属于中基床的近破波形态，波谷压力很小，可忽略不计。设计高水位时，由于=0.91，且4.25，按港工规范，防波堤前的波态属于低基床的立波形态，需要计算波谷压力。根据海港水文规范的相关规定，波谷压力可按下列公式进行计算：（1） 波谷波面高程按下式计算：式中 波谷波面高程。 、q为系数。根据海港水文规范查表可得，=0.0362，= -1.0011，q=0.9589，计算可得= -2.16。（2） 墙面上各特征点的波浪压力按下式计算：式中 p墙面上各特征点的波浪压力强度。根据海港水文规范查表可得，当p为时，=0.0362，= -1.0011，q=0.9589，计算可得= 2160 pa；当p为时，= -0.0688，= -0.8694，q=1.84，计算可得= 1353 pa；求得总压力P=16.88 KN（纵向单位长度）。底部波浪压力P2=4.74KN 底部波浪压力P2=4.74KN3.3.2 计算土压力及其对前趾的弯矩对于粘性土，当地面为水平时，计算铅垂面的土压力P