海岸工程海堤设计——计算说明书

《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。1.1.2主要规范、规程1.《海堤工程设计规范》（SL435—2008）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+7.8~7.6m。(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。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，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，总体效果较佳。图1堤线布置图GFED乐清湾10.014.010.0750500500小乌山打水湾长山尾沙港头连屿大乌山红旗海塘围堤码头前沿线南岳镇市清乐蒲岐镇双屿港鸡蛋山玉环县江岩山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（m）D(m)h(m)HB(m)T(s)L0(m)L(m)H1%H4%H13%SSW-6.011.441.5805.5848.5243.893.432.952.43ESE0.9824.4030.1729.482.221.891.54ENE1.0714.5932.9131.852.412.051.67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%）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，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0.3:1~5.1:1安放人工块体0.2:1~25.1:1干砌或浆砌块石0.2:1~5.1:1抛填方块25.1:1~00.1:1干砌条石0.2:1~8.0:1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0.0m，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0.5H1％。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1.5~2m。PpFZhRA式中PZ——设计频率的堤顶高程，m；ph——设计频率的高潮位，m；FR——按设计波浪计算的累积频率为F的波浪爬高值，m；A——安全加高值，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，海堤的等级为Ⅲ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em，再按坡度系数为em的单坡断面确定其爬高值。折算坡度系数em（上下坡度一致时）为：1-4.0)webdmmKL上（13bBKL式中m上——平台以上的斜坡坡率；wd——平台上的⽔深（当平台在静⽔位以下时取正值，平台在静⽔位以上时取负值）；B——平台宽度，m;L——波长，m。图2计算参数示意图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：11%FvFRKKRHKK111.240.4231.029mRthMRRM121212LdMthmHL3.321.09exp1.25RMMM1242.4914mddLRthLshdL式中FR——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；vK——与风速口有关的系数，取1.0；1R——m11HK、时的波浪爬高，m；1mR——相应于某一Ld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；1%H——波高累积率F=1％的波高值；FK——爬高累积频率换算系数，取13%F，13%0.718K；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em1R1%HKFRESE2.651.5682.2212.00ENE2.601.6362.410.871.97则海堤堤顶高程PZ=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+0.5×2.41+1=7.645m7.84m，故海堤堤顶高程设计为7.9m。2.2.3堤顶宽度根据《浙江省海塘工程技术规定（下册）》，Ⅲ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，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：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。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：31bHLtKHm式中1K——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，253KNm；——水的重度，103KNm；H——计算波高，m，d/L=0.125，H取值4%H；d/L0.125，H取值13%H，此处取4%H；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）。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。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。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3m。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2.4.1堤前护底块石重量根据《海堤工程设计规范》SL—2008,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：𝑣𝑚𝑎𝑥=𝜋𝐻√𝜋𝐿𝑔𝑠ℎ4𝜋𝑑𝐿其中H取累计频率为13%的设计波高，得到𝑣𝑚𝑎𝑥=0.60m/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