防波堤课程设计.doc

SMU 海岸工程学 课程设计海岸工程学课程设计计算说明书学 院：海洋科学与工程学院专 业：港口航道与海岸工程班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成日期： 2014年06月30日 目录摘要2第一章设计资料分析41、工程概况41.1工程位置41.2工程内容42、自然条件42.1气象42.2水文52.3工程地质63、设计荷载83.1 恒载：结构自重。83.2 施工期荷载：施工机械荷载，按1t/m2计。83.3 水流力83.4 波浪力83.5 地震荷载8第二章 防波堤总体设计81.结构选型92.防波堤断面设计92.1斜坡堤断面型式的确定92.2胸墙顶高程92.3护面坡顶高程102.4堤顶宽度112.5支承棱体112.6肩台高程和宽度11第三章 构造设计111.堤心石112.护面块体113.外坡护面块体下的垫层124.堤底垫层及堤前护底块石12第四章 斜坡式防波堤的计算121.护面块体的稳定重量、护面层厚度122.垫层块石的重量和厚度133.堤前护底块石的稳定重量和厚度134.胸墙的作用标准值计算和相应组合144.1持久组合144.2短暂组合175.胸墙的抗滑、抗倾稳定性验算185.1沿墙底抗滑稳定性验算185.2沿墙底抗倾稳定性验算19结束语19摘要拟建电厂位于印度尼西亚国南部爪哇岛的西南海岸Palabuhan Ratu 湾内，面对印度洋。地理概位为：0702S，10632 E。工程内容包括南防波堤和北防波堤，南防波堤总长1284.628m，北防波堤总长778.627m。根据海港水文规范（JTJ21398），防波堤设计与施工规范JTJ298-98设计要求，目的是掌握防波堤设计的基本流程，能对水文要素进行正确分析，工程进行构造设计和结构验算和对地基处理以满足设计要求。AbstractThe proposed power plant is located south of the Indonesian island of Java, the countrys southwest coast Palabuhan Ratu Bay, facing the Indian Ocean. There is the geographical position: 07 02S, 106 32 E. The works include the South and North Breakwater Breakwater South breakwater length of 1284.628m, North breakwater length of 778.627m. According to harbor hydrological norms (JTJ213-98), breakwater design and construction specifications JTJ298-98 design requirements, the purpose is to master the basic process breakwater design, can be properly analyzed hydrological elements, structural design and construction works and checking for ground treatment to meet the design requirements.第一章 设计资料分析1、工程概况1.1工程位置拟建电厂位于印度尼西亚国南部爪哇岛的西南海岸Palabuhan Ratu 湾内，面对印度洋。地理概位为：0702E，10632N。1.2工程内容 防波堤设计内容包括南防波堤和北防波堤，南防波堤总长1284.628m，北防波堤总长778.627m。2、自然条件2.1气象本地区属热带雨林气候，高温、多雨、风小、湿度大，每年13月份为雨季，69月份为旱季，其它月份为旱湿转换期。2.1.1气温工程点气温特征值表分类月份123456789101112历年月平均气温（C）24.223.924.424.424.424.123.923.724.024.324.424.0历年月最高气温（C）33.033.433.436.233.03232.232.834.034.233.633.6 2.1.2降水单位：mm 各月降水量统计表（1996年2005年） 类别1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月年度降水量平均478618567299167210129721403935595784210最大1196153983379336653726835025169987214665795最小1402763631206102005683481022518 2.2水文2.2.1设计水位(平均海平面为基准)设计高水位： 0.84m设计低水位： -0.77m极端高水位： 1.07m极端低水位： -1.01m海啸增水考虑 2m3m2.2.2波浪波向底高程(m)H1%(m)H4%(m)H5%(m)H13%(m)Have(m)T(s)L(m)NW-6.84.62 4.08 3.98 3.49 2.42 9.14 74.3 2.2.3潮流 最大流速为0.24cm/s。 2.3工程地质2.3.1地质分层根据中交三航设计院勘察公司编制的地质报告，拟建场区50m以浅从上到下主要发育以下地层：细砂浅褐浅灰色，饱和，松散稍密，土质较均匀，含铁质矿物。局部颗粒较粗，为中细砂。颗粒级配不良。该层主要分布在拟建码头区和拟建防波堤的近岸段，而防波堤的其他区域基本缺失。顶部的砂粒一般随海潮和海浪移动，一般直接出露于海底。层厚一般2.05.0m，F9M7段较薄，仅为0.7m左右，M3处较厚，为8.7m左右。实测标贯击数512击。粉砂灰浅灰褐色，饱和，松散稍密（局部为中密状）。土质不匀。混少量粘性土；近岸的码头区和防波堤近岸区（是指防波堤靠岸钻孔F1和F9及其附近，以下所指相同）偶含少量中粗砂或小砾石，局部近中细砂；局部粉土含量高，为砂质粉土；在防波堤区局部为粉砂混淤泥质粉质粘土或为砂质粉土。该层分布较广，除在南防波堤F1处缺失外，一般均有分布，且在防波堤区除近岸段外分布一般都较厚。码头区和防波堤近岸区而厚度一般为3.06.0m，顶板标高一般为4.06.0m左右，局部（F9M7）较高为2.2m左右，局部（M3）较低为10.0m左右；在防波堤远岸区域，厚度一般为5.010.0m，顶板标高一般为8.013.0m左右。实测标贯击数一般为513击，总体呈现码头区和防波堤近岸区击数相对较大些，局部可达1420击，而防波堤其他区域相对较为松散，击数小些，局部近35击。淤泥质粉质粘土混砂灰浅灰色，饱和，流塑（局部近粉质粘土混砂，呈软塑状）。局部混粉砂较少，近淤泥质粉质粘土，局部为粉质粘土混粉砂。干强度中等，韧性中等。该层在码头区和防波堤近岸区仅以透镜体状分布于粉细砂层（F9、M6、M1、M8孔中有揭示）中；顶板标高5.07.0m，厚度一般仅为30cm左右，但在F9孔处相对较厚，为3.5m左右；该层在防波堤近岸区以外的其它区域分布较为普遍，且一般直接分布于拟建防波堤区表部，厚度一般为2.55.0m，顶板标高6.08.0m。实测标贯击数一般为13击，局部为58击（粉质粘土混粉砂）。粉细砂灰色，饱和，稍密中密（码头区和防波堤近岸区一般稍密实些，局部近密实状，而防波堤远岸区较为松散，多以稍密状分布）。土质较均匀，级配不良。偶含贝壳碎片，局部为粉砂，偶含小砾石。在拟建防波堤区，局部粉土含量较高，近砂质粉土。该层厚度一般为10.015.0m，在拟建防波堤远岸区局部较对大些。码头区和防波堤近岸区顶板标高一般为9.012.0m；在防波堤远岸区顶板标高一般为13.020.0m。码头区和防波堤近岸区实测标贯击数一般为1530击，个别大于30击；而防波堤远岸区实测标贯击数一般为1020击。 粉细砂混砾石或卵石浅灰灰色，饱和，密实，所含砾石的粒径一般为0.51.0cm，所含卵石粒径一般为3.05.0cm，一般呈椭圆形或次圆形。局部所含砾石或卵石量较少，为粉细砂。该层分布不稳定，主要在码头区和防波堤近岸区有揭示，且厚度变化较大，一般为1.05.0m，在F1处厚度最大，为15m左右。顶板标高约21.4024.00m，在F1顶板较高，为12.90m左右。实测标贯击数一般为3345击，个别大于50击。1粉细砂灰色，饱和，中密密实（在防波堤远岸区呈中密状，码头区和防波堤近岸区呈密实状）。夹粉土薄层，偶见贝壳碎片，土质较均匀，局部粉土含量较高，近粉砂或砂质粉土，局部偶含小砾石。该层顶板标高一般为26.0032.0m，层厚约12.015.0m。码头区和防波堤近岸区实测标贯击数一般为3450击，在防波堤远岸区实测标贯击数一般为1828击。2粉细砂灰色，饱和，密实。混含少量砾石或卵石，粒径可达1.03.0cm；局部为粉细砂含砾。该层在码头区和防波堤近岸区有揭示。该层顶板标高一般为38.0042.00m。厚度在M2M1段较薄，仅为0.69.0m，在M7M4段厚度相对较大，一般不小于9.0m。实测标贯击数一般为3550击，部分大于50击。 中等风化安山岩浅灰色，湿，坚硬。细粒斑状结构，含角闪石和辉石、黑云母等矿物。局部节理裂隙较发育，岩芯较破碎。岩芯采取率一般大于90。仅在M2M1段有揭示，但均未揭穿，已揭示的最大厚度为5.0m。2.3.2地震印尼位于欧亚板块、太平洋板块、菲律宾海板块和印度洋澳大利亚板块的汇聚地带，这些板块的多重俯冲或碰撞作用、岛弧岩浆作用、褶皱造山和断裂作用、岛弧迁移等现象，叠加在古生代和中生代的地质体上，形成了十分复杂的地质构造。根据业主合同中提供的资料，拟建场地475年一遇地震动峰值加速度为0.32g，地震动反应谱特征周期为0.8s。3、设计荷载3.1 恒载：结构自重。 3.2 施工期荷载：施工机械荷载，按1t/m2计。3.3 水流力水流力按照交通部海港水文规范（JTJ21398）计算。3.4 波浪力波浪力按照交通部海港水文规范（JTJ21398）计算。3.5 地震荷载地震动峰值加速度为0.32g。 第二章 防波堤总体设计1.结构选型由于拟建电厂位置石料丰富，防波堤位置的水深较小，防波堤与波浪作用强烈，且锤击试验得知地基多为松散和中密土质，和较密土质很少且厚度较薄，地基自身条件较差，当地有海啸和地震等极端自然天气发生，斜坡式防波堤灾后便于维修，而且斜坡式防波堤较为经济且具有坚固、耐久的特点，选用斜坡式防波堤。2.防波堤断面设计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，材料为浆砌块石。选用L型胸墙，在护面层抛填两层扭工字块体，胸墙底面嵌入堤顶以下1m。 斜坡堤的边坡坡度可按下表采用。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砌条石注：对宽肩台抛石斜坡堤，肩台以上和以下的边坡坡度可分别取和。 因此，斜坡堤由于斜坡堤上安放扭工字块体(规则安放两层)，所以边坡坡度靠海侧为1：2，靠港侧为1：2。2.2胸墙顶高程 1）根据防波堤设计与施工规范JTJ298-98: 斜坡堤的堤顶高程应符合下列规定：对设胸墙的斜坡堤，胸墙的顶高程宜定在设计高水位以上倍设计波高值。当堤顶不兼做通道时，胸墙的顶高程可适当降低。 因此，胸墙顶高程=设计高水位+=2）根据港口工程JTJ213-98海港水文规范有关规定，按波浪爬高确定胸墙顶高程。正向规则波的爬高按规范JTJ213-98中的下列公式计算：式中，波浪爬高(m),从静水位起算，向上为正； 时的波浪爬高（m）； 糙渗系数，扭工字块体（安放二层）; 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； 系数，此处a.设计高水位时，H=3.49m，d=0.84+6.8=7.64m，L=74.3m因此，M=3.06,R(M)=0.97,=2.50,=2.49,R=3.30m。胸墙顶高程=设计高水位+波浪爬高=0.84+3.30=4.14mB.极端高水位时，H=3.49m,d=1.07+6.8=7.87m,L=74.3m因此，M=3.02，R(M)=0.98,=2.55,=2.56,R=3.40m。胸墙顶高程=设计高水位+波浪爬高=0.84+3.40=4.24m。 经分析比较后，确定胸墙顶高程为5.3m。2.3护面坡顶高程根据JTJ298-98防波堤设计与施工规范有关规定：对堤顶设置L型胸墙或反L型胸墙的断面，其坡顶高程和坡肩宽度应符合下列规定：（1）当胸墙前斜坡护面为块石或单层块体时,其坡顶高程可定在设计高水位以上0.6-0.7倍设计波高值处；墙前坡肩宽度不应小于1.0m，且在构造上至少应能安放一排护面块体；（2）当胸墙前斜坡护面为扭工字块体或四脚椎体时，其坡顶高程不宜低于胸墙顶高程，且在墙前坡肩范围内应能安放两排两层护面块体。所以：拟定本设计斜坡护面坡顶高程为5.30m。2.4堤顶宽度 根据防波堤设计与施工规范JTJ298-98: 斜坡堤的堤顶宽度可取倍设计波高值且在构造上至少应能安放两排或随机安放3块人工块体,对采用陆上推进法施工的斜坡堤尚应考虑施工机械对顶宽的要求。此处，堤顶宽度取5.0m。2.5支承棱体在港外侧设置水下支撑棱体的顶面高程应低于设计低水位以下1倍设计波高处;厚度不宜小于1m;棱体顶面宽度不小于1.5m，根据实际工程统计： 因此，支承棱体的顶面高程取-4.3m，宽度取1.5m。2.6肩台高程和宽度肩台高程可定在设计高水位以上13m；宽度取2.32.9H，且不小于6.0m。因此，肩台高程取3m，宽度取8.5m。第三章 构造设计1.堤心石 斜坡堤的堤心石，采用10kg100kg块石。2.护面块体 采用两层扭工字块体。经过计算取单个扭工字块体质量1.2t，两层厚度为1.8m。厚度当随机安放两层扭工字块体时，其上层应有60%以上的块体保持垂直杆件在堤坡下方，水平杆件在堤坡上方的形式。当为规则安放扭工字块体时，应使全部块体保持垂直杆件在堤坡下方，水平杆件在堤坡上方。3.外坡护面块体下的垫层 可冲刷地基上的斜坡堤，其护面块体或水下棱体的大块石均不应直接抛于海底面上，而应在海底面上设置一层厚度不小于0.5m的10kg100kg块石垫层。本设计外坡护面块体下的垫层厚度为0.5m。4.堤底垫层及堤前护底块石 可冲刷地基上的斜坡堤，堤前护底块石层的设置应符合下列要求： （1）斜坡堤护底块石的宽度，视堤前水深和流速大小，堤身段可采用5m10m,堤头段可采用10m15m。 （2）护底块石可采用12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； （3）斜坡堤前沙质海底的护底范围根据其冲刷形态和冲刷深度可按防波堤设计与施工规范（JTJ298-98）附录D确定。 本设计堤身段、堤头段斜坡堤护底块石的宽度均取10m，均采用两层，厚度为0.8m。在护底块石层下设置厚度0.5m的碎石层。第四章 斜坡式防波堤的计算1.护面块体的稳定重量、护面层厚度 1）根据防波堤设计与施工规范JTJ298-98: 在波浪正向作用下，且堤前波浪不破碎，斜坡堤堤身在计算水位上、下一倍设计波高之间的护面块体中，单个块体的稳定重量可按下列公式计算： 此处，单个块体的稳定重量(t)； 块体材料的重度()； 设计波高(m)； 块体稳定系数，此处取24； 水的重度()； 斜坡与水平面的夹角（）因此，=2.24，W=1.07t，护面块体重量取1.1t。 2）护面层厚度可按下式计算： 式中，护面层厚度(m), 护面块体层数； 块体形状系数,此处取1.1。因此，h=1.72m，护面层厚度取1.8m。2.垫层块石的重量和厚度垫层块石重量取护面块体的,此处取0.11t。垫层块石厚度：此处，=2,c=1.0,因此，h=0.69m，垫层块石厚度取0.8m。3.堤前护底块石的稳定重量和厚度1)堤前最大波浪底流速此处，=1.73m/s。 2) 护底块石质量表波浪最大底流速（m/s）2.03.04.05.0块石质量W(kg)60150400800 由上表，选用60kg块石。护底块石厚度：=0.57m，此处取0.6m。4.胸墙的作用标准值计算和相应组合考虑持久组合(设计高水位)、持久组合(极端高水位)、短暂组合(施工期)三种组合情况。 4.1持久组合(设计高水位) 4.1.1胸墙的作用标准值计算 1）单位长度胸墙上自重力标准值G计算：2）无因次参数，按海港水文规范JTJ213-98的有关规定： 其中，胸墙前水深（m），； 堤前水深(m), 设计波高(m), 波长(m), 因此，=-0.18，=0.35。3） 波峰作用时胸墙上平均压力强度计算：由于,L/H=16.08,按下图取定为3. 0。因此=34.10kPa4）胸墙上波压力分布高度（）计算：由上图取定=0.42，=1.10m。5） 单位长度胸墙上水平波浪力标准值P(kN/m)计算： 因胸墙前安放两排两层扭工字块，故作用在胸墙上的水平波浪力标准值和波浪浮托力标准值可乘以0.6的折减系数。从而，6）单位长度胸墙底面上的波浪浮托力标准值计算：根据海港水文规范JTJ 213-98，胸墙底面上的波浪浮托力按下面公式计算： 式中，胸墙底面上的波浪浮托力（kN/m）； 波浪浮托力分布图的折减系数，取0.7。因此，=20.05kN/m。7）单位长度胸墙内侧土压力标准值计算：当胸墙底面埋梁不小于1.0m时，内侧地基土或填石的被动土压力按有关公式计算并乘以0.3折减系数作为土压力标准值。墙后填石： 4.1.2胸墙作用标准值产生的力矩1） 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)单位长度土压力标准值对胸墙后趾的稳定力矩计算： 4.2短暂组合(施工期)短暂状况，应考虑以下的短暂组合：对未成型的斜坡堤进行施工期复核时，水位可采用设计高水位和设计低水位，波高的重现期可采用25年。 计算过程如上省略，以表格的形式表示计算结果。计算内容持久组合短暂组合极端高水位设计高水位设计低水位设计高水位设计低水位胸墙自重力标准值(KN/m)133.17 133.17 133.17133.17 133.17 无因次参数-0.15-0.18-0.53-0.18-0.53无因次参数0.350.350.350.350.35胸墙上平均波压力强度(KPa)35.8034.108.5234.108.52胸墙上平均波压力高度(m)1.341.100.221.100.22胸墙水平波浪力标准值(KN/m)28.7822.501.1222.501.12波浪浮托力标准值(KN/m)21.0520.055.0120.055.01胸墙内侧土压力标准值(KN/m)15.73 15.7315.7300自重力稳定力矩(KN.m/m)238.21238.2123