河海大学海岸工程计算说明书Word下载.docx
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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,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
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
-6.0
11.44
1.580
5.58
48.52
43.89
3.43
2.95
2.43
ESE
0.982
4.40
30.17
29.48
2.22
1.89
1.54
ENE
1.071
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,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
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;
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。
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;
——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:
2.3细部结构设计
2.3.1防浪墙
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:
0.2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。
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》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
块石质量
2.0
60
4.0
400
3.0
150
5.0
800
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=0.1944m/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:
式中——平均压力强度,kPa;
——无因次参数,此处分别取-0.23、0.313;
——平均压强系数,此处取2.3;
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:
12.25kPa。
防浪墙上的波压力分布高度按下式计算:
式中——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=8.08kN/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:
3)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)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:
其中摩擦系数=0.65,得到=1.20,大于1.10满足要求。
抗倾稳定计算:
得到安全系数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
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)
127.50011.000
24.0000.000
34.5001.800
47.0000.000
513.600-6.800
62.0000.000
712.000-6.000
[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
112.80019.00020.000---
层号粘聚力内摩擦角水下粘聚水下内摩
(kPa)(度)力(kPa)擦角(度)
110.00035.00010.00025.000
================================================================
下部土层数2
(m)(kN/m3)(kN/
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