海岸工程学防波堤设计说明

1、海岸工程学课程设计之防波堤结构选型.4摘要 .3一设计资料 .31、 工程概况 .32、 水文条件 .43、 工程地质 .44、 结构安全等级 .4三防波堤设计 .41、 断面尺寸拟定 .41） .边坡坡度42） .堤顶宽度63） .胸墙顶高程 62、 .斜坡堤计算61）护面块体的稳定重量、护面层厚度、人工块体个数和混凝土用量.62）.垫层块石的重量及厚度 73）堤前护底块石的稳定重量和厚度 .8录 MULU4） .胸墙计算 85）.地基的整体稳定性 146）地基沉降确定堤顶预留高度 .14四参考文献 .14五附件 .14【摘要】拟在印尼南部爪哇岛上建造座防波堤，该处地理位置处在地震多发带、陆

2、上建 筑物电厂较为重要，且海啸因素不可忽略，故该座防波堤不仅要起到防浪侵袭， 平稳港内水域，还要充分考虑防止海啸造成严重危害。设计过程中，综合考虑地 质，水文，工程经济与施工等因素后，采用斜坡式防波堤，胸墙顶高程比规范规 定的提高了 23米，起到了防止海啸侵袭的作用。稳定性验算时，各种组合下的 抗滑抗倾稳定性都能满足要求，表明设计的防波堤符合实际需求。一、设计资料1、工程概况 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：072E，1062N。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

3、防波堤总长778.627m。0.84m-0.77m1.07m-1.01m2m 3m2、水文条件1）设计水位（平均海平面为基准）： 设计高水位: 设计低水位： 极端高水位: 极端低水位: 海啸增水考虑2）设计波浪要素底咼程（m）H1%( m) H4%( m) H5%( m) H13%( m)Have(m)T(s)L(m)-43.223.223.222.992.2011.6578.4设计高水位3.4511.6585.4极端咼水位2.91.6568.4设计低水位（由于设计资料没给极端高水位和设计低水位的波浪资料，故为了解计算过程, 自己设了几个值。）3）潮流最大流速为0.24cm/s。3、工程地质根

4、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：1细砂 U粉砂n t淤泥质粉质粘土混砂川粉细砂IV粉 细砂混砾石或卵石 V1粉细砂V 2粉细砂 切中等风化安山岩。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。4、结构安全等级结构安全等级采用二级。二、结构选型根据当地水深较小，波高中等，地基较差的特点；爪哇岛的地形以山地、丘陵 为主，石料丰富，易开采；综合经济和施工可行性，选用斜坡式防波堤。三、防波堤设计1、断面尺寸拟定1）边坡坡度因为斜坡堤上安放的是扭工字块体（安放两层），故根据根据防波提设计与 施工规范JTJ 298

5、-98,靠外海侧为1:1.5,即卩m=1.5。靠内海侧坡度取为1:2。斜坡堤坡度斜坡堤坡度表表4.4. L9L9护面型式1坡度抛填或安放块石| |1 1 U.U. 5 51 1 1 1 3 3干呦或裁砌块石N N - 一 t t ! ! L L 5 51 1 2 2干砌条石1 1 * * 0.0. A1A1 * * 2 2安放人工块体1 1E25-1E25-1 t t 2 2抛填方块I1 1 J J* * 1.1. 2525注对宽肩台斜坡堤.扁台以上和以下的边坡坡度町分别取* * 3 3和1 1 * *1-11-1 * * 1.1. 5*5*2）胸墙顶咼程根据防波提设计与施工规范JTJ 298

6、-98:胸墙顶高程 二设计高水位 1.25H13% =0.84 1.25 2.99 = 4.58m正向规则波的爬高按规范海港水文规范JTJ 213-98中的下列公式计算:(Ri)m =K3thR M =1.09M 3.32 exp -1.25MR波浪爬高（m）,从静水位算起，向上为正;R1 K, =1、H = 1m时的波浪爬高（m）; （R-i）m-相应于某一 d / L时的爬高最大值（m）;M与斜坡的m值有关的函数;R（M）-爬高函数;K1 K2、K3-系数，分别为 1.24、1.0294.98K与斜坡护面有关的糙渗系数。选用扭工字块体（安放 两层），故K、, =0.38a.设计高水位 0.

7、84m 的情况，d=0.84+4.0=4.84m：H13% =2.99口，比 =3.22m,T =11.65s, L =78.4m 故,尹J/211 78.4 -1.5 2.99th、/22二 4.8478.4= 5.616R1 m4.982 二 4.84th270.44兀 x 4.84/70.44兀汉4.84sh-70.4 丿=1.911mR M =1.09 5.6163.32 exp(-1.25 5.616) =0.3mR1 = 1.24th 0.432 5.6161.911 -1.029 0.3 = 1.485mR rK.RH =0.38 1.485 2.99 =1.69m故按波浪爬高确

8、定的胸墙顶高程为：0.84 T.69二2.53mb.极端高水位1.07m,与设计高水位相类似，d=1.07+4.0=5.07m,故R = K R1HRi 二 Kith 0.423M(R)m - 心 R MJ/2Rl m1/2178.4、15 299fth4.982 二 5.07th270.44 二 5.07/70.4,4兀 x 5.07sh70.4二 1.980 mbH33 32RM =1.09 5.499exp(-1.25 5.499) = 0.324mR1 = 1.24th 0.432 5.4991.980 -1.0290.324 = 1.527mR=K,R1H=0.38 1.527 2.

9、99 = 1.73m故按波浪爬高确定的胸墙顶高程为：1.07 1.7 2.8m考虑该地区处在太平洋地震带，属地震多发区，会引发海啸，海啸增水23m,且拟建电厂建筑物较为重要，经综合分析比较后，确定该胸墙顶高程为7.0m。3）堤顶宽度 根据构造确定：设计高水位时：B =1.25比3% =1.25 2.99 = 3.74m极端高水位时：B =1.25比3% =1.25 2.99= 3.74m 故取为3.8m。2、斜坡堤计算 1）护面块体的稳定重量、护面层厚度、人工块体个数和混凝土用量a.护面块体稳定重量W =0.13vbSb亠W单个块体的稳定重量（t）;b-块体材料的重度（KN/m3），扭工字块体

10、为23;H 设计波高（m），为3.0;KD 块体稳定系数，为24; 海水的重度（KN/m3），为10.25;- -斜坡与水平面的夹角（），ctg；： =m =1.5o2 二 5.0778.4二 5.499故,h =2 1.110.仆23丿-2.10m故bH23 3.03W =0.1 b 3=.13=02心 -1 )ctg( 235 b 24 汇-1 i 1.5J0.25丿根据技术经济综合分析比较后，确定堤头、堤身采用2t的扭工字块体(安放两层)。b.护面层厚度计算:f、2 Wh = n cI。.亿丿h护面层厚度m)(n-护面块体层2数,c块体形状系数，安a放u,取i1/3c.人工块体个数N和混

11、凝土用量Q:W23Q = N43083746 m0.1人0仆 230 1Y0 1 疋 23N =Anc(1-P)( b)2/3=4257 2 1.1 (1 -0.6) () =4308(块)W2n护面块体层数；c块体形状系数，规则 安放，取1.1。A 垂直于厚度的护面层 平均面积)m2),防波堤总长2027.255m，厚2.1m，故 A =4257；P-护面层的孔隙率)，取60。2)垫层块石的重量及厚度h：垫层块石重量取护面块体的 1/201/10,即卩0.10.2t。垫层块石厚度仍按以上公式计算，n=2块石形状系数c=1.0，垫层块石重度b = 26.5KN /m3VmaxVmaxW W k

12、g)kg)| | |J J (m/s)(m/s)W W (kg)(kg)2,2, 0 06060U 一4004003-3- 0 0150150 |辭800800计算厚度取W0.1 ?bz、1/30.15 =2汇1.0沃l0.1 汉 26.5 丿=0.8m。1/3f0 1 0 2 3故,h =2x1.0況 I=0.670.85m3.1x26.5 丿取 h=0.75m。3）堤前护底块石的稳定重量和厚度 a.堤前最大波浪底流速Vmax兀H二 L 4d sh g LVmax斜坡堤前最大波浪底流速（m/ S）2.55m/s/Tx 78.44兀汉 3.23、丫 9.8 i 78.4 丿 b.护底块石的稳定

13、重量和厚度根据堤前最大波浪底流速查表选用 80150kg块石4）胸墙计算考虑持久组合（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。下面首先按持久组合（设计高水位）进行计算，然后以表格的形 式展示另外两个组合计算内容，计算过程省略。二 H堤前护面底块石的稳定畫堤前护面底块石的稳定畫表心表心2-2- 21211/3（1）胸墙上的作用标准值计算A.单位长度胸墙上自重力标准值 G（ KN/m ）计算：G =0.8 2.7 23=49.68KN/mG2=0.5 10 2.7 23 = 31.05KN/mG3 =2.8 1.0 23 = 64.41KN/mG 二 G G2 G3

14、 = 145.13KN/m持久组合（设计高水位、极端高水位）胸墙的作用标准值计算图 （尺寸单位：mm高程单位：m短暂组合（施工期）胸墙的作用标准值计算图 （尺寸单位：mm高程单位：md Yd 曾/Lii I2人H .丿H 0.043 = 3.29L 0.46 丫4.84 匸_0.1064.843.22b =3.29弊 0.043 丄 0.27778.4B.无因次参数、b按海港水文规范(JTJ 213-98)中式(8211-2)和式(8.2.11-3)计算： d1 胸墙前水深，当静水 面在胸墙底面以下时，d1为负值，d1 = 0.84-1.3=-0.46m。d -堤前水深，d = 0.84 4

15、二 4.84m。H设计波高，出 = 3.22m。L 波长，L = 78.4m。C.波峰作用时胸墙上的平均波压力强度P计算：由于 ：:：b，已知海水重度孑-10.25 KN /m3，由 L/H = 78.4/3.22 = 24.35和 =-0.106,查海港水文规范8.2.11,得KP =4.72故，P =0.24 HKp =0.24 10.25 3.22 4.72 = 37.39KPa。D.胸墙上波压力分布高度(d1，Z)计算：查海港水文规范8.2.11,得KZ =0.7。(2闵 12兀氷 4.84 d1 +Z =Hth |KZ =3.22h - 产 0.7= 0.83mI L 丿78.4 丿

16、KZ 与无因次数和波坦L/H有关的波压力作用高度 系数E.单位长度上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折减系数0.6。P=0.6pd1 Z A0.6 37.39 0.83 = 18.62KN / m .bp.Pu =0.60.6 0.7 2.8 37.39 2 =21.99KN /m2i波浪浮托力分布图的折减系数，取0.7。b胸墙底宽，为2.8( m)。G单位长度胸墙内侧土压力标准值Eb计算：当胸墙底面埋深_1.0m时，内侧地基土或填石的被动土压力可按有关公式计算 并乘以0.3折减系数作为土压

17、力标准值。墙后填石：=45，咐=18KN/m3?2454Kp =tan (45tan (45)= 5.827ephKp =18 1.0 5.827 =104.89kPa1 1EPeph 0.3104.89 0.3 =15.73KN /m2 p 2(2)胸墙作用标准值产生的力矩A. 单位长度胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩MG计算：0.82汉1.02.8MG -49.68 (1.0 1.0) 31.05 (1.0) 64.4232= 261.14KN *m/mB. 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M P计算：= 18.62 083 =7.73KN *m/m2C.单位长度胸墙

18、上波浪浮托力标准值对胸墙后趾的倾覆力矩MU计算:33MU =Pub=21.992.8 =92.36KN m/m22D.单位长度土压力标准值对胸墙后趾的稳定力矩ME计算：ME 二 EP - =15.73 10 =5.24KN m/m33(3)胸墙的抗滑、抗倾稳定性按防波堤设计与施工规范(JTJ 213-98) 4.2.3中的公式和方法计算。A.沿墙底抗滑稳定性验算：G 胸墙自重力标准值（KN）P-作用在胸墙海侧面上 的水平波浪力标准值（KN）PU作用在胸墙底面上的波浪浮托力标准值（KN）Eb -胸墙底面埋深大于等 于1m时，内侧面地基土或填 石的被动土压力（KN）0 结构重要性系数，取1.0；

19、p水平波浪力分项系数，取1.3;u波浪浮托力分项系数，取1.1；G 自重力分项系数，取1.0;E 土压力分项系数，取1.0； f 胸墙底面摩擦系数设 计值，取0.6o将前面求得的各项结果代入上式，则左式=1.0 1.3 18.62 = 24.21KN右式=（1.0 145.13-1.1 21.99） 0.6 1.0 15.73 = 88.29KN 左式：:右式，满足抗滑稳定要求。B.沿墙底抗倾稳定性验算：10（pMp Mu）（GMGEME）M P水平波浪力的标准值 对胸墙后趾的倾覆力矩（KN * m）Mu波浪浮托力的标准值 对胸墙后趾的倾覆力矩（KN m）M G胸墙自重力标准值对 胸墙后趾的稳

20、定力矩（KNm）M E-土压力的标准值对胸 墙后趾底面的稳定力矩 （KN *m）d结构系数，取1.25将前面求得的各项结果代入上式，则组合悄况穩定悄况水乎波浪力分项系数液浪聲艳力分项系戡人持久抗滑b b 3 31-11-1组書杭倾1.31.31-1- 1 1L0L0组合抗慟1-1- 2 2分项系数分项系数OpP_ G_ UPUEEb左式=1.0 (1.3 7.73 1.1 92.36) = 111.65KN1右式 -(1.0 261.141.0 5.24)213.10KN1.25左式：:右式，满足抗倾稳定要 求。同样可对持久组合(极端高水位)和短暂组合(施工期)按以上步骤进行计算, 计算结果见

21、下表。经验算，胸墙满足稳定要求。持久组合设计内容设计高水位极端咼水位短暂组合 设计高水位胸墙自重力标准值KN/m145.13145.13145.13无因次参数-0.106-0.05-0.66无因次参数b0.2770.2740.281胸墙上平均波压力强度KPa37.3944.98无胸墙上平均波压力高度m0.830.97负值胸墙水平波浪力标准值18.6226.18无KN/m波浪浮托力标准值KN/m21.9926.45负值胸墙内侧土压力标准值KN/m15.7315.730自重力稳定力矩KN m/m261.14261.14261.14水平波浪力稳定力矩KN7.7312.7无 m/m波浪浮托力稳定力矩K

22、N m/m92.36111.09无土压力稳定力矩KN m/m5.245.240左式=24.21左式=34.03胸墙抗滑稳定性右式=88.29右式=85.35满足左式 右式，满足左式 右式，满足左式=111.65左式=138.71胸墙抗倾稳定性右式=213.10右式=213.10满足左式 右式，满足左式 右式，满足计算参数持久组合短暂组合设计高水位极端咼水位设计高水位d1(m)-0.46-0.23-2.07d(m)4.485.073.23L/H78.4/3.22=24.3585.4/3.45=24.7568.4/2.9=23.59Kp4.725.3负值KZ0.70.79负值5) 地基的整体稳定性

23、防波堤的整体稳定验算仍采用圆弧滑动法，验算时，圆心一般取在堤内侧。有软土夹层等情况时，适宜用非圆弧滑动面方法计算。 一般采用设计低水位，波浪 作用可不计入。当地基整体稳定性不能满足要求时， 可修改堤的断面设计，如放 缓边坡、在堤的两侧设置反压台等；也可进行地基加固。港口工程中采用的软基 加固方法有：抛石挤於、爆炸挤淤、排水砂垫层、土工布、排水沙井和塑料排水 板等。6) 地基沉降确定堤顶预留咼度缺少资料。四、参考文献【1】中华人民共和国交通部，防波堤设计与施工规范(JTJ298-98),人民交通出版社，1998年【2】中华人民共和国交通部，海港水文规范(JTJ213-98),人民交通出版社，19

24、98 年【3】韩理安主编，港口水工建筑物，人民交通出版社，2008年五、附件斜坡堤横断面图1600极端低水位136003800港内侧28003317ff10791外海侧10100kg块石-2.37上800极端高水位设计高水位+0.84._J 设计低水位 _-0.77斜坡式防波堤断面图（尺寸单位:mm;高程单位：m2000569743955013极端高水位+1.07设计低水位-1.01工-4.080150kg块石设计高水位+.84_-0.77+4.3+7.02682w-0.27+1.07极端低水位80150kg块石1：11.5学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下

25、进行的研究工作所取得的成果。 尽我所知，除文中已经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者（本人签名）：年 月 日学位论文出版授权书本人及导师完全同意中国博士学位论文全文数据库出版章程、中国优秀硕士学位论文全 文数据库出版章程（以下简称“章程；愿意将本人的学位论文提交“中国学术期干（光盘版）电子 杂志社”在中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库中全文发表和 以电子、网络形式公开出版，并同意编入

26、CNKI中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文 评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程”规定享受相关权益。论文密级：公开保密（_年月至年月）（保密的学位论文在解密后应遵守此协议作者签名： _ 导师签名： _年_月 _日_年_月 _日SMU海岸工程学课程设计独创声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文），是本人在指导老师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。尽我所知，除文中 已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或 撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明 确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名

27、： _二00年九月二十日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学 位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论 文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统， 公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: _二00年九月二十日SMU海岸工程学课程设计致谢时间飞逝，大学的学习生活很快就要过去，在这四年的学习生活中，收获了很多，而这 些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。首先非常感谢学校开设这个课题，为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验，奠定 了基础。本次毕业设计大概持续了半年，现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年 学习下来最好的检验。经过这次毕业设计，我的能力有了很大的提高，比如操作能力、分析 问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人 的心血，在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助，我