1、海岸工程課程設(shè)計計算說明書學(xué) 院: 港口海岸與近海工程專 業(yè): 港口航道與海岸工程班 級: 大禹班姓 名：林祥峰學(xué) 號：1219010213第1章 設(shè)計資料分析1.1 工程背景介紹1.1.1 主要依據(jù)樂清灣港區(qū)的開發(fā)建設(shè)需要對港區(qū)前沿的灘地進(jìn)行大面積疏浚開挖，從而產(chǎn)生大量的疏浚土方。從環(huán)境保護(hù)、減少工程投資的角度，采用就近吹泥上岸的疏浚土處理方式替代傳統(tǒng)的外拋方式，既實現(xiàn)了寶貴疏浚土資源的綜合利用，又緩解了土地供求的矛盾和壓力，大大提高了疏浚棄土的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。為了盡早形成擬建港區(qū)港池、航道疏浚工程的納泥區(qū)，同時為臨港產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟用地的開發(fā)建設(shè)創(chuàng)造條件，擬通過圍墾提供約1500畝的后備土

2、地資源。1.1.2 主要規(guī)范、規(guī)程1. 海堤工程設(shè)計規(guī)范 SL 43520082. 浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定（上、下冊）1.1.3 工程平面布置本工程位于樂清灣中部西側(cè)打水灣山附近，因打水灣與連嶼磯頭的控制，該段區(qū)域為樂清灣最窄處，寬約4.5km，漲落潮流在此匯合、分流，水動力特性復(fù)雜、敏感。根據(jù)項目前期研究工作成果和結(jié)論意見，結(jié)合土地開發(fā)需要，圍涂工程順堤位置推薦布置在-6m等高線處，走向為18°198°，堤長約577.5m。南側(cè)堤布置時考慮東干河出口順直，沿老海塘延長線向東以132°312°走向延伸，后以110°290°向東延伸50

3、0m后與順堤垂直相交，南側(cè)堤長度約2622.7m。1.2 設(shè)計內(nèi)容樂清灣海堤工程設(shè)計：確定海堤設(shè)計條件、斷面尺寸，并進(jìn)行波浪爬高計算、護(hù)坡計算、防浪胸墻穩(wěn)定設(shè)計、海堤抗滑穩(wěn)定計算以及軟土加固等。1.3 具體設(shè)計內(nèi)容1.3.1 堤線布置綜合數(shù)學(xué)模型和物理模型研究結(jié)果，模型所模擬的初步方案實施后對宏觀環(huán)境與周邊深槽的影響以及圍墾駁岸基線順堤最佳位置如下布置為最優(yōu)。即以駁岸線位于-2m等深線附近的方案最優(yōu)，工程后對保持水流形態(tài)、維護(hù)深槽較為有利，工程實施后工程周邊大部分區(qū)域無不良流態(tài)，工程量較小，對周圍影響也小，圍區(qū)前沿水域疏浚后的常年平均回淤強度0.30m左右是可以接受的，總體效果較佳。圖1 堤線

4、布置圖1.3.2 確定設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)圍墾工程開發(fā)面積和圍區(qū)的重要性，查浙江省海塘技術(shù)規(guī)定，確定海堤的等級為III級，重現(xiàn)期為50年一遇，采用的基準(zhǔn)面為85國家高程，并由此確定以下設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)： (1)波浪標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定，波浪推算要求采用風(fēng)速推算。深水風(fēng)浪計算采用“莆田海堤試驗站公式”。計算風(fēng)速采用50年一遇的設(shè)計風(fēng)速。計算水位為50年一遇的設(shè)計高水位。采用風(fēng)推浪計算的順堤前沿波要素見表1。表1 順堤堤前波要素表（50年一遇）風(fēng)向灘地高程堤前水深平均波高波周期深水波長淺水波長各累積率波高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）潮位標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計水位取用浙能樂清電廠碼頭工程的水位，具體如下： 設(shè)計高水位3.60m （高潮累積頻率10%） 設(shè)計低水位-2.97m（低潮累積頻率90） 極端高水位5.44m （五十年一遇的年極值高水位） 極端低水位 -4.14m（五十年一遇的年極值低水位） 海堤設(shè)計高潮位按碼頭工程極端高水位取5.44m。第2章 斜坡式海堤設(shè)計2.1 結(jié)構(gòu)選型由于擬建海堤位置水深較大

6、，海堤與波浪作用強烈，淤泥質(zhì)土層較厚，地基自身條件較差，海堤堤身較大，斜坡式海堤適用于地基條件較差、堤身相對較高的地段，且斜坡式海堤具有地基應(yīng)力分布均勻、穩(wěn)定性好、堤身變形和局部破壞適應(yīng)性強、1便于修復(fù)的特點，故選擇斜坡式海堤。由于海堤結(jié)構(gòu)斷面較大，考慮到經(jīng)濟性，海堤設(shè)計為允許越浪。2.2 確定斷面尺寸2.2.1 斜坡堤斷面型式的確定本設(shè)計選用斷面帶胸墻的斜坡堤，護(hù)面材料選擇漿砌塊石，抵御風(fēng)浪和潮流能力強。選用漿砌石防浪墻，胸墻底面嵌入堤頂一下0.5m。根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL435-2008，海堤兩側(cè)邊坡可按下表取值：護(hù)面型式坡度護(hù)面型式坡度拋填或安放塊石安放人工塊體干砌或漿砌塊石拋填方塊干

7、砌條石由于波浪作用強烈，采用復(fù)合斜坡式斷面，在臨海側(cè)設(shè)置消浪平臺，高程略低于設(shè)計高潮位，為5.0m，平臺寬度為4.0m，在背海側(cè)設(shè)置馬道，高程為0.0m，馬道寬度為2m。復(fù)合斜坡式斷面臨海測平臺以上邊坡坡度和平臺以下邊坡坡度均為1:2.5，背海側(cè)邊坡坡度為1：2。2.2.2 堤頂高程根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL435-2008：當(dāng)?shù)添斉R海側(cè)設(shè)有穩(wěn)定堅固的防浪墻時，堤頂高程可算至防浪墻頂面。堤頂高程應(yīng)根據(jù)設(shè)計高潮（水）位、破浪爬高及安全加高值按以下式子計算，并應(yīng)高出設(shè)計高潮（水）位1.5-2.0m。式中 設(shè)計頻率的堤頂高程，m； 設(shè)計頻率的高潮位，m； 按設(shè)計波浪計算的累計頻率為F的波浪爬高值（海堤

8、不允許越浪設(shè)計時F=2%，按允許部分越浪設(shè)計時F=13%，此處取13%，m； A安全加高值，此處取0.4m;根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL435-2008：對帶有平臺的復(fù)合式斜坡堤的波浪爬高計算，可先確定折算坡度系數(shù) ，再按坡度系數(shù)為的單坡斷面確定4其爬高值。折算坡度系數(shù)為：= ，則折算坡度 =3.31。根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL435-2008：海堤工程的波浪爬高計算應(yīng)采用不規(guī)則波要素作為計算條件，其計算公式為：式中 累計頻率為1%的爬高，m；與斜坡護(hù)面結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的糙滲系數(shù)，此處取0.80；與風(fēng)速口有關(guān)的系數(shù)，此處取1.0；時的波浪爬高，m；相應(yīng)于某一時的爬高最大值，m；與斜坡的m值有關(guān)的函數(shù)；

9、爬高函數(shù)；經(jīng)過計算，得到=2.23m，則 = =1.58m。則海堤堤頂高程 =5.44+1.58+0.4=7.42m。由于海堤防洪高程設(shè)計為+7.80m>7.42m，故海堤堤頂高程設(shè)計為+7.80m。2.2.3 堤頂寬度根據(jù)浙江省海塘工程技術(shù)規(guī)定（下冊），二級海堤堤頂寬度6-7m，考慮到經(jīng)濟性，海堤堤頂寬度取6m；2.2.4 堤身邊坡如前所述，復(fù)合斜坡式斷面臨海測平臺以上邊坡坡度和平臺以下邊坡坡度均為1:2.5，背海側(cè)邊坡坡度為1：2。2.3 細(xì)部結(jié)構(gòu)設(shè)計2.3.1 防浪墻根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL435-2008：海堤高度為1m，底寬為1m，頂寬為0.8m。迎浪面為直立墻，背面為1:0.

10、2的陡墻面，材料為漿砌石防浪墻，防浪墻在堤頂以下埋深為0.5m。2.3.2 護(hù)坡漿砌塊石整體性好，抗御浪、流的能力比較強，在水深較大處能較好的保護(hù)海堤。護(hù)坡上設(shè)置變形縫和排水孔，變形縫縱間距為10m，排水孔的縱橫間距為3m。根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL435-2008：設(shè)置排水孔的漿砌石的護(hù)面層厚度可按下式計算： 式中 系數(shù)，對一般干砌石可取0.266，對砌方石、條石可取0.255，此處取0.255；塊石的重度， ，此處取25。水的重度，10。H計算波高，m，此處取 。L波長，m。m斜坡坡率，此處取2.5；經(jīng)計算，漿砌石護(hù)面層厚度t=44cm,大于規(guī)范要求的40cm，故取44cm。2.3.3 護(hù)坡

11、墊層為防止堤身土在波浪、滲流作用下流失，并作為護(hù)面層的基礎(chǔ)，在護(hù)面塊石與土體之間應(yīng)設(shè)置墊層或過渡層。此處海堤設(shè)計利用自然級配的石渣作為過渡層，石渣中片石長邊為15cm，石渣層厚度為50cm。2.3.4 護(hù)坡基腳為保證護(hù)坡的穩(wěn)定，護(hù)坡下端應(yīng)設(shè)置基腳。本處海堤設(shè)計選用拋石棱體式結(jié)構(gòu)，其斷面形式如下圖所示： 2.4 海堤計算2.4.1 堤前護(hù)底塊石重量根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范SL2008,規(guī)定：護(hù)底塊石的穩(wěn)定重量，可根據(jù)堤前最大波浪底流速按照下表確定。底流速Vmax(ms)塊石質(zhì)量（kg）底流速Vmax(ms)塊石質(zhì)量（kg）2.0604.04003.01505.0800斜坡堤最大波浪底流速可按下式計算

12、：vmax=HLgsh4dL其中H取累計頻率為13%的設(shè)計波高，得到vmax=0.1944 m/s，故護(hù)底塊石質(zhì)量取為60kg。2.4.2 防浪胸墻穩(wěn)定計算斜坡式海堤頂部底防浪胸墻，由于波浪爬高，墻上會受到波浪力底作用，需進(jìn)行防浪墻的穩(wěn)定計算。波浪水平力和上托力是防浪墻隨受的主要外荷載。由于防浪胸墻埋入堤頂深度不大，被動土壓力在此不考慮。波浪水平力和上托力按下式計算。波峰作用時防浪墻平均壓力強度按下式計算：p=0.24HKp =(d1d)(dH)2HLb=3.29(HL+0.043)式中 p平均壓力強度，kPa； , b無因次參數(shù)，此處分別取-0.23、0.313； Kp平均壓強系數(shù)，此處取2

13、.3；此處波高取為累積頻率1%的波高，為2.22m。故帶入得到平均壓力強度為：p=12.25 kPa。防浪墻上的波壓力分布高度按下式計算:d1+Z=Hth(2dL)Ks式中 Ks波壓力作用高度系數(shù)，此處取為1.3；故此處波壓力作用高度d1+Z=0.66m；單位長度防浪墻的總波浪力按下式計算：得到單位長度防浪墻上總波浪力為p=8.08 kN/m;防浪墻底面上的波浪付托力按下式計算：得到波浪付托力=2.83KN/m；防浪胸墻采用漿砌塊石結(jié)構(gòu)，受力圖如下所示：1） 單胸墻埋深0.6m,不考慮土抗力。2） 單位長度胸墻上自重力標(biāo)準(zhǔn)值G計算：g13） 單位長度胸墻自重力標(biāo)準(zhǔn)值對胸墻后趾的穩(wěn)定力矩計算：2

14、) 單位長度胸墻上水平波浪力標(biāo)準(zhǔn)值對胸墻后趾的傾覆力矩計算：3)單位長度胸墻上波浪浮托力標(biāo)準(zhǔn)值對胸墻后趾的傾覆力矩計算:4 ）穩(wěn)定性驗算：其抗滑穩(wěn)定驗算：Kc=fWP其中摩擦系數(shù)f =0.65，得到Kc=1.20，大于1.10滿足要求。抗傾穩(wěn)定計算：K0=MVMH得到安全系數(shù)K0=1.78，大于使用狀況下的1.50。2.4.3 海堤整體抗滑穩(wěn)定計算建筑于軟粘土地基上的海堤，往往由于地基的不穩(wěn)定而引起堤身坍塌破壞。此處臨海測為設(shè)計洪低位，背海測為設(shè)計高水位，此時對臨海測堤坡最不利的情況。利用理正巖土計算5.6版軟件，結(jié)果如下： 計算簡圖控制參數(shù): 計算目標(biāo):安全系數(shù)計算 滑裂面形狀: 圓弧滑動法

15、 不考慮地震坡面信息 坡面線段數(shù) 7 坡面線號 水平投影(m) 豎直投影(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 土層信息 上部土層數(shù) 1 層號 層厚 重度 飽和重度 孔隙水壓 (m) (kN/m3) (kN/m3) 力系數(shù) 1 12.800 19.000 20.000 - 層號 粘聚力 內(nèi)摩擦角 水下粘聚 水下內(nèi)摩 (kPa) (度) 力(kPa) 擦角(度) 1 10.000 35.000 10.000 25.000

16、= 下部土層數(shù) 2 層號 層厚 重度 飽和重度 孔隙水壓 (m) (kN/m3) (kN/m3) 力系數(shù) 1 4.000 9.000 20.000 - 2 40.000 9.000 20.000 - 層號 粘聚力 內(nèi)摩擦角 水下粘聚 水下內(nèi)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 采用有效應(yīng)力法 孔隙水壓力采用近似方法計算 不考慮滲透力作用 不考慮邊坡外側(cè)靜水壓力 水面線段數(shù) 1 水面線起始點坐標(biāo): (7.500,3.000) 水面線號 水平投影(m) 豎直

17、投影(m) 1 38.220 8.440計算條件 圓弧穩(wěn)定分析方法: 瑞典條分法 土條重切向分力與滑動方向反向時: 當(dāng)下滑力對待 穩(wěn)定計算目標(biāo): 自動搜索最危險滑裂面 條分法的土條寬度: 1.000(m) 搜索時的圓心步長: 1.000(m) 搜索時的半徑步長: 0.500(m)-計算結(jié)果:-計算結(jié)果圖 最不利滑動面: 滑動圓心 = (8.856,19.040)(m) 滑動半徑 = 22.403(m) 滑動安全系數(shù) = 1.248 總的下滑力 = 1062.476(kN) 總的抗滑力 = 1325.458(kN) 土體部分下滑力 = 1062.476(kN) 土體部分抗滑力 = 1325.45

18、8(kN) 可知，海堤抗滑安全系數(shù)得到1.248，滿足規(guī)范要求。2.4.4 海堤地基加固和地基沉降計算海堤建設(shè)處，淤泥厚度達(dá)到20m，屬于軟土地基，天然強度低，含水量大、壓縮性高，透水性差，需對地基采取適應(yīng)的加固措施，本處海堤采用豎向排水預(yù)壓固結(jié)法和清淤法進(jìn)行加固。將地基上頂層4m淤泥置換成密實砂，同時為了縮短固結(jié)時間，按一定間隔打設(shè)垂直排水通道，排水通道高度達(dá)到12m，再在地基表面砂墊層進(jìn)行壓載，以加速固結(jié)。地基沉降計算利用分層總和法附加應(yīng)力按照矩形分布計算，海堤的自重為：1=120KPa，浮托力為2=3.86KPa，附加應(yīng)力0=131.08KPa。將地基上頂層4m淤泥置換成密實砂，同時為了

19、縮短固結(jié)時間，按一定間隔打設(shè)垂直排水通道，排水通道高度達(dá)到12m，再在地基表面砂墊層進(jìn)行壓載，以加速固結(jié)，處理后的淤泥壓縮模量達(dá)到10MPa左右。計算結(jié)果如下表：可知，經(jīng)過地基加固處理后，地基沉降為0.68m，因次在建設(shè)海堤時，要考慮地基沉降，預(yù)留堤頂高程。2.4.5 總結(jié)本方案，將海堤設(shè)計成斜坡式，護(hù)面材料使用漿砌塊石，為保護(hù)堤底和增強海堤穩(wěn)定性，在基腳處設(shè)計海堤布置拋石護(hù)腳。經(jīng)過驗算，海堤越浪量滿足規(guī)范要求，抗滑安全系數(shù)和抗傾安全系數(shù)均大于規(guī)范要求。第3章 陡墻式海堤設(shè)計3.1 斷面尺寸的確定3.1.1 堤頂高程 根據(jù)海堤工程設(shè)計規(guī)范 (SL435-2008)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，按波浪爬高確定

20、海堤的堤頂高程。海堤工程的波浪爬高計算應(yīng)采用不規(guī)則波要素作為計算條件，計算應(yīng)取堤腳前約12波長處的波浪要素。海堤為單坡結(jié)構(gòu)型式且0<m<1,波浪的爬高可按下式估算：式中 F 下角，波浪爬高累計率，%； 波浪爬高累積率為F的波浪爬高值，m； 與護(hù)面結(jié)構(gòu)型式有關(guān)的糙率及滲透性系數(shù)； 與風(fēng)速u及堤前水深d前有關(guān)的經(jīng)驗系數(shù)； 不透水光滑墻上相對爬高，即當(dāng)=1.0，H=1.0m時的爬高值； 波高累積率F=1的波高值，當(dāng)時，則取用 爬高累計頻率換算系數(shù)，若所求相應(yīng)累積率的堤前波高H，已經(jīng)破碎，則=1。=0.90，=1.12，=1.32，=2.41m，=0.77；計算得出=2.48m，根據(jù)海堤工

21、程設(shè)計規(guī)范 (SL435-2008)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定，堤頂高程可按下列公式計算：式中 設(shè)計頻率的堤頂高程，m； 設(shè)計頻率的高潮(水)位，m； 按設(shè)計波浪計算的累積頻率為F的波浪爬高值(海堤按不允許越浪設(shè)計時F=2，按允許部分越浪設(shè)計時取F=13)，m； A安全加高值,該工程取0.4m。 設(shè)計高水位時，=8.32m。3.1.2 堤頂寬度堤頂寬度不小于34m，淤泥質(zhì)海岸也可以取68米，若有公路，則按公路要求確定。樂清灣底質(zhì)以細(xì)顆粒的粉砂質(zhì)粘土和粘土質(zhì)粉砂為主，屬淤泥質(zhì)海灣，堤頂寬度取為6米。3.1.3 堤身邊坡堤身邊坡根據(jù)結(jié)構(gòu)型式為陡墻式確定為1:0.3。3.2 堤身構(gòu)造3.2.1 上部結(jié)構(gòu)防浪墻是

22、堤身的組成部分，可降低堤身填筑高度，節(jié)省工程量 ，減小堤底地基應(yīng)力。由于該工程的風(fēng)浪較強，所以綜合考慮可以設(shè)定防浪墻。防浪墻材料采用細(xì)骨料混凝土砌石。防浪墻尺寸：其高度取為0.9m，頂寬0.6m，內(nèi)外邊坡坡度為1:0.2。3.2.2 防護(hù)墻防護(hù)墻材料選擇干砌塊石，形式為重力式。根據(jù)經(jīng)驗可暫時確定防護(hù)墻頂寬為3.5米，底寬為7米，高度為12.4米。3.2.3 堤底結(jié)構(gòu)根據(jù)該工程位置的水深情況以及波浪情況，可以在堤身的底部設(shè)置拋石基床，形式選為明基床，厚度為1m，肩寬2m，坡度1:0.5.3.3 防護(hù)墻穩(wěn)定性驗算3.3.1 計算波浪力（波谷情況下的向海側(cè)凈波壓力）驗算防護(hù)墻向海側(cè)的抗滑、抗傾穩(wěn)定性

23、，應(yīng)該分別考慮設(shè)計高、低水位時的波浪力。設(shè)計低水位時，由于=0.46，0.36，按港工規(guī)范，防波堤前的波態(tài)屬于中基床的近破波形態(tài)，波谷壓力很小，可忽略不計。設(shè)計高水位時，由于=0.91，且4.25，按港工規(guī)范，防波堤前的波態(tài)屬于低基床的立波形態(tài)，需要計算波谷壓力。根據(jù)海港水文規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，波谷壓力可按下列公式進(jìn)行計算：（1） 波谷波面高程按下式計算：式中 波谷波面高程。 、q為系數(shù)。根據(jù)海港水文規(guī)范查表可得，=0.0362，= -1.0011，q=0.9589，計算可得= -2.16。（2） 墻面上各特征點的波浪壓力按下式計算：式中 p墻面上各特征點的波浪壓力強度。根據(jù)海港水文規(guī)范查表可得，當(dāng)p為時，=0.0362，= -1.0011，q=0.9589，計算可得= 2160 pa；當(dāng)p為時，= -0.0688，= -0.8694，q=1.84，計算可得= 1353 pa；求得總壓力P=16.88 KN（縱向單位長度）。底部波浪壓力P2=4.74KN 底部波浪壓力P2=4.74KN3.3.2 計算土壓力及其對前趾的彎矩對于粘性土，當(dāng)?shù)孛鏋樗綍r，計算鉛垂面的土壓力P