护岸工程课程设计书

一、设计课题：某护岸断面设计，并验算其抗滑与抗倾稳定性。二、设计背景：1.概述：护岸是河口及海岸地区用于保护天然岸坡免受波浪、潮流侵袭，防止岸坡倒塌的工程措施。护岸工程按照其平面布置和抵御波流的方式不同，可分为两种类型：直接和间接护岸。本设计采用的护岸类型为直接型护岸。2.工程地质条件根据钻探揭露，工程场区土层自上而下而划分为①第四系人工素填土（Qml）、②冲积层3.水文地质条件场区地下水丰富，属于空隙潜水类，多属中等透水性土层，赋水性良好。另外在淤泥、淤泥质土赋存少量毛细管水。地下水动态多受潮汐及气象影响。水位埋深在1.10-2.30之间。4.场地稳定性与适宜性及建议场地内地地势平坦，堤身未见管涌、塌陷等不良地质现象，堤岸整体稳定性较好。根据场地岩土层的稳定性和适宜性，结合本工程特征，路基基础建议对素填土采用强夯法进行加固施工，堤围基础可采用开挖部分软弱土层置换砂石或者采用旋喷桩进行复合地基处理。三、设计资料：1.计算荷载主要考虑建筑物自重、土压力和防洪通道汽车荷载10KN/m2(按汽10考虑)，由于墙前后水位认为近似平齐，不计剩余水压力。2.回填土湿容重γ=18.9N/m3,内摩擦角φ=30.3°,凝聚力C=13.4Kpa3.防洪标准和设计水位1）防洪标准按Ⅰ级堤防工程分期建设，防洪（潮）设计标准为200年一遇2）设计洪水位本工程设计洪水位统一定为2.60m。3）设计低水位：-1.10m4.堤顶高程本工程按堤顶高程3.60m设计5.采用规范：《港口及航道护岸工程设计及施工规范》四、堤型选择：根据本工程的特点和该堤围整治工程的目的即进行堤路结合，以改善该岛交通环境，本设计方案为前堤后路的形式，堤上设栏杆，防洪通道地面按200年一遇洪水位以上设计，同时为节省挖填土方，尽量根据现有地形进行布置。五、堤身设计：本工程堤身断面采用前堤后路的形式，堤身结构主要由挡墙、防洪通道和堤顶结构组成。1.挡墙本工程挡墙采用临水侧设200mm厚C25加筋混凝土护面的M10浆砌石重力式挡土墙，对无挡墙或部分不稳定的干砌墙，则拆除已有挡墙重新砌筑挡墙。2.防洪通道防洪通道宽5m，通道外边到堤岸前设1.5m的安全带，路面顶高程除利用已有混凝土路面外均为200年一遇水位2.60m以上，同时结合现在地形，尽量减少挖填方，路面结构为泥结碎石路面，路肩设素混凝土路缘石。3.堤顶结构堤顶即为挡墙顶，堤顶总宽为0.8m,外侧设高0.3m的混凝土坎，坎顶高程即为堤顶设计高程3.60m，坎顶设透空栏杆，堤顶和防洪通道之间设安全过渡带。4.堤身及排水堤身外坡为浆砌石挡墙，堤顶临水侧均为斜坡式，新建挡墙段外坡为1:0.25,堤身防洪通道内坡坡度为1:2.0挡墙墙身沿纵向设两排φ50排水管，纵向间距2～3m5.护面典型剖面设计根据设计指标，考虑工程要求、自然情况、设计荷载以及施工条件与状况，初步估计断面形式如下图具体见另附文件）如图所示，墙身采用浆砌块石挡土墙，堤身外包200mm厚加筋混凝土，挡土墙底部设厚500mm混凝土底板。基槽开挖到-3.00m标高，开挖宽度10m,开挖边坡江侧为1:2,陆侧为1:1.5。基槽底铺设400kg/m2的土工布。基槽内换填1.7m厚的中粗砂再抛1m厚10-100kg的块石基础。堤防后方的防洪通道,路面高程按照地面情况设定,本工程选择新设防洪通道,路面结构采用泥结碎石路面。六、稳定计算1.渗流及渗流稳定分析根据本工程实际情况，各堤段具有如下防渗特点：①堤外坡为现浇混凝土护面挡墙，属不透水体；②堤基面层为弱透水淤泥质土，透水层埋藏较深；③堤内地面普遍较高，且有效渗径较大。综合考虑以上因素，该工程具有非常有利的防渗条件，堤围防渗不是本工程的控制因素，故本工程不进行渗流计算。2.堤身整体抗滑稳定验算和挡墙抗倾稳定性验算1）计算资料：防洪通道汽车荷载q=10KN/m2(按汽10考虑)素填土：γ1=18KN/m3,C1=8Kpa,φ1=20.3°回填砂：γ2=18KN/m3,C2=0Kpa,φ2=33°碎石倒滤层：γ3=10KN/m3,C3=0Kpa,φ3=36°抛石基床：水下γ4=11KN/m3,C3=0Kpa,φ3=40°素混凝土：γ=24KN/m3；水下γ=14KN/m3钢筋混凝土：γ=25KN/m3；水下γ=15KN/m3浆砌块石：γ=22KN/m3；水下γ=12KN/m3与垫层之间的摩擦系数为：f=0.62）计算主动土压力分布如断面图所示，由于墙后土层分为三层（素填土、回填砂和碎石倒滤层又根据港口规范重力式码头2.2.11条规定，当破裂面通过两种填料时（回填土和碎石倒滤层出坡点P以上和以下分别按两填料的指标计算土压力。P点的位置由θ的平均值近似确定。根据两种填料的破裂角按相应的层厚加权平均求得。回填砂的破裂角θ2=45°-φ2/2=28.5°,碎石倒滤层的破裂由此在图上作线，求出坡点P的高程为▽1.30,与层结合面高程相一致。对于粘性土，当地面为水平的时候，在铅垂墙背或计算垂面的土压力Pa按照下式计算：Pa=（q+γh）Ka-2CKa1/2式中γ—墙后填料重度（KN/m3）h—填料的厚度（m）Ka—主动土压力系数Ka=tg2(45°-φ/2);对素填土：Ka1=tg2(45°-φ1/2)=0.41(Ka1)1/2=0.64对回填砂：Ka2=tg2(45°-φ2/2)=0.29(Ka2)1/2=0.54对碎石倒滤层：Ka3=tg2(45°-φ3/2)=0.26(Ka3)1/2=0.51C—土的粘聚力（Kpa）由于素填土具有粘聚力，土压力中有一部分是粘聚力引起的拉力，它与地面的深度无关，沿墙高呈矩形分布，受拉区的最大深度z0即土压力Pa=0的位置：z0=[（2C1Ka1/2）-qKa]/γ1Ka1=0.83m墙背土压力计算表高程（m）计算公式采用指标压强Pa(Kpa)注Pa=（q+γh）Ka1-2CKa11/21=18KN/m3h=0.83mC1=40.5KpaKa1==0.410该高程根据z0推出1-2CKa11/2H1=1.3mPa1=1H1）Ka22=18KN/m3H1=1.3mKa2=0.29Pa2=(10+18×1.3)×0.29=6.791H1+γ2H2）Ka2H2=0.2m其余同上Pa3=(10+18×1.3+18×0.2)×0.29=10.73对碎石倒滤层：Pa=（q+γ1H1+γ2H1=1.3mH2=0.2mKa3=0.26Pa4=(10+18×1.3+18×0.2)×0.26=9.620.5Pa=（q+γ1H1+γ2H2+γ3H3）Ka3H3=0.8m3=10KN/m3 Ka3=0.26Pa4=(10+18×1.3+18×0.2+10×0.8)×0.26=11.703)考虑总土压力及力矩①5②679③1073⑤④ 7每米墙宽总土压力及力矩计算表编号土压力Pai(KN)对前趾点的力臂hi(m)对前趾点的力矩Paihi(KN．M)①0.5×3.45×0.47=0.811/3×0.47+1.0=1.160.81×1.16=0.94②6.79×0.2=1.361/2×0.2+0.8=0.91.36×0.9=1.22③0.5×(10.73-6.79)×0.2=0.391/3×0.2+0.8=0.870.39×0.87=0.34④9.62×0.8=7.701/2×0.8=0.47.70×0.4=3.08⑤0.5×(11.70-9.62)×0.8=0.831/3×0.8=0.270.83×0.27=0.22合计5.804)计算防护墙的自重和稳定力矩(水位以下按照浮重度计算)每米墙宽自重及力矩计算表(不规则图形估算面积及力矩)编号重量Gi(KN)对前趾点的力臂li(m)对前趾点的力矩Gili(KN．M)①0.25×0.55×25=3.441.40-0.25/2=1.283.44×1.28=4.40②0.55×0.25×25=3.441.40+0.55/2=1.683.44×1.68=5.76③0.61×0.25×25=3.813.81×1.09=4.15④1.05×0.24×22=5.545.54×1.33=7.37⑤(1.04+1.89)×0.58/2×22=18.6918.69×1.82=34.02⑥0.2×1.48×14=4.140.94.14×0.9=3.73⑦0.47×12=5.590.7+0.7/3=0.935.59×0.93=5.22⑧(0.21+1.06)×0.6/2×12=4.571.4+0.6/3=1.64.57×1.6=7.32⑨(2.15+2.50)×0.5/2×14=16.2716.27×1.20=19.53⑩0.34×0.5/2×14=1.192.50-0.34/3=2.341.19×2.34=2.78合计66.6894.285）计算剩余水压力由于墙后水位与挡墙计算墙底平齐，所以作用在挡墙上的水压力仅为墙前水压力Mpw=PwLw=26×2.6/3=22.53KN.m6)验算抗倾和抗滑稳定性抗倾稳定：查JTJ300-2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》直立式护岸，对计算面前趾的抗倾稳定性可按下式验算：0式中：Mpw——剩余水压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（KN/m）MG——结构自重力标准值对计算面前趾的稳定力矩（KN/m）MPBu——波浪浮托力标准值对计算面前趾的稳定力矩（KN/m）d——结构系数，本工程中取为1.35由于墙后回填土水平且墙背竖直，所以MEV=0，本工程不考虑波浪浮托力。代入ME=5.80、MG=137.12、Mpw=PwLw=26×2.6/3=22.53KN.m验算，本工程满足抗倾稳定。抗滑稳定：查JTJ300-2000《港口及航道护岸工程设计与施工规范》直立式护岸，沿墙底面和基层底面的抗滑稳定性可按下式验算：0式中：Pw——作用在计算面以上的剩余水压力标准值（KN）pw——剩余水压力分项系数，取1.05u——波浪浮托力分项系数，持久组合取1.30,短暂组合取1.20d——结构系数，本工程中取为1.0(无波浪作用)由于墙后回填土水平且墙背竖直，所以EV=0，本工程不考虑波浪浮托力和剩余水压力。取抗力分项系数γ0=1.0,γG=代入EH=11.09、G=106.36、Pw=ρgh=10×2.6=26KN验算，本工程满足抗滑稳定。7)地基稳定性验算：①承载能力极限状态根据规范的有关规定，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：Msd、MRk为分别作用在危险滑弧面上滑动力矩和抗滑力矩的标准值；γR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：s式中：R为滑弧半径(m);γR为综合分项系数，取1.0;Wki为永久作用第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；qki为第i土条顶面作用的标准值(Kpa);bi为第i土条宽度(m);αi为第i土条滑弧中点切线与水平线的夹角；φki、Cki分别为第i土条滑动面上的内摩擦角和粘聚力(Kpa)标准值，取均值；Li为第i土条对应弧长(m)。③地基稳定性计算：短暂状况按照有关规范规定，对未成型的堤进行施工复核时，水位采用设计低水位。由于圆弧滑动计算复杂，目前计算多采用电算，又因为本工程挡墙为置放在明基床上，地基滑动稳定显然可以得到满足，所以本设计中简要利用一个算例仅来说明其计算原理，假定R=400cm防洪通道汽车荷载q=10KN/m2(按汽10考虑)素填土：γ1=18KN/m3,C1=8Kpa,φ1=20.3°回填砂：γ2=18KN/m3,C2=0Kpa,φ2=33°碎石倒滤层：γ3=10KN/m3,C3=0Kpa,φ3=36°抛石基床：水下γ4=11KN/m3,C3=0Kpa,φ3=40°素混凝土：γ=24KN/m3；水下γ=14KN/m3钢筋混凝土：γ=25KN/m3；水下γ=15KN/m3浆砌块石：γ=22KN/m3；水下γ=12KN/m3与垫层之间的摩擦系数为：f=0.6计算图形设定最危险滑动详细计算结果表（重力计算具体过程省略）（q=10KN/m2；b=0.2m）土条编号iiiiLiCkikikiWkikibi+Wki)1-290.87-0.480.150400.840.0770.0772-250.91-0.420.220400.840.2530.2533-220.93-0.370.210400.840.4400.4404-190.95-0.330.210400.840.6710.6715-160.96-0.280.210400.840.7480.7486-130.97-0.220.210400.840.8580.8587-100.98-0.170.210400.840.9460.94680.990.200400.842.4122.4129-0.070.200400.842.4562.456-0.020.200400.842.4782.4782-0.030.200400.844.0234.02340.070.200400.845.6585.65870.990.200400.847.0457.0450.980.170.200400.840.970.220.210400.8410.67810.6780.960.280.210400.840.950.330.210400.84220.930.370.210400.847.8297.829250.910.420.220400.847.6429.64220290.870.480.2300.