海岸工程3海堤断面及构造ppt（99页）

1、海岸工程(I）河海大学港口航道专业海岸及海洋工程研究所本次课时需掌握内容1、复习潮位以及设计波要素的确定2、海堤的断面型式3、海堤的基本断面确定4、海堤的构造第二章 海岸防护工程 第一节 海堤1、水文动力要素的确定潮位: 重现期的推算波浪:A 波高累积频率的计算 B 波浪重现期的推算第二章 海岸防护工程二、设计潮位计算1、设计高潮位的推算设计高潮位由年最高潮位频率计算法确定资料要求：根据港口水文规范，最高潮位频率需要20年以上的连续年最高潮位资料计算方法：A、极值I型分布（耿贝尔分布） B、PIII型分布第二章 海岸防护工程极值I型分布:A、n年高潮位平均值B、年高潮位均方差C、与年频率P（%

2、）对应的高潮位hp,D、经验频率点2、资料中有特大值时设计高潮位的推算法把n年的资料放大至N年的资料A、N年高潮位平均值B、年高潮位均方差C、与年频率P（%）对应的高潮位hp,D、经验频率点第二章 海岸防护工程3、资料短缺情况下设计高潮位的推算方法一：相关分析法系数：相关系数：方法二：“极值同步差比法”求设计高潮位Case 1资料要求： A、当地5年以上潮位观测资料和临近水域20年以上潮位资料.B.条件：潮汐性质相似、地理位置相近、受河流径流影响相似、受增减水影响相似。C.原理：假定两地相同重现期的设计高潮位与平均海平面的差值同两地的年最高潮位平均值与平均海平面的差值 方法二：“极值同步差比法

3、”求设计高潮位Case 2资料要求： A、有在资料短缺下（无5年以上资料），应有在待计算点与临近水域有20年以上资料的潮位站有短期观测资料.（例如一个月）B.条件：潮汐性质相似、地理位置相近、受河流径流影响相似、受增减水影响相似。C.原理：假定两地相同重现期的设计高潮位与平均海平面的差值同两地的年最高潮位平均值与平均海平面的差值，而年最高潮位平均值与平均海平面的差值与短期内的相应值相等 D.基本过程：（1）利用短期资料中潮差比较大的时间段，计算两地平均海平面。（2）验证两地潮型是否相似。（3）（4）（5）第二章 海岸防护工程三、设计波浪计算1、波高累积频率计算熟悉波高累积频率计算的过程目的:建

4、立平均波高与各种累积频率下波高的关系,推求各种累积频率下波高深水:波高满足Rayleigh分布： 或浅水:波高满足格鲁霍夫斯基分布或 第二章 海岸防护工程2、设计重现期的推算资料： 20年以上的波浪实测资料，分方向。方法：PIII型分布 第二章 海岸防护工程四、海堤断面型式按海堤临水面外形特点来区分,海堤可以分为1. 斜坡式 2. 陡墙式3. 混合式1. 斜坡式 A.形式-坡度小于45度,堤身以土料填筑为主,迎水面设护坡.B.护坡种类-干砌块石或条石、浆砌块石、抛石、混凝土预制板、现浇筑整体混凝土、沥青混凝土、人工块体、水泥土和草皮护坡。C.特点-迎水面坡度缓慢、稳定性好、堤前反射小；堤身宽大

5、，地基应力引起的堤身变形和局部破化适应性强，便于修复D.缺点-波浪爬高大；在滩地高程比较低的情况下，由于施工时候往往要求先堆土方、后做护坡，容易导致土方流失。所以只能应用在小潮高潮位以上的高滩围垦海堤工程第二章 海岸防护工程斜坡式分类:单坡、折坡、复坡斜坡式种类:单坡、折坡、复坡复坡：在坡面的某一高程上设置平台，构成复式斜坡，其有利的方面包括：堤身稳定、对坡面上的波浪爬高有比较大的影响。注意点：平台转弯角度处的波能集中处要加强防护措施。戗台的作用胸墙的定义、位置和作用堤脚的处理:设置抛石棱体,或作大方脚或丁砌条石、坡前做单桩夹石或两桩夹石等保持堤基稳定的措施：海堤两侧的底部做镇压层或在地基上铺

6、排水砂垫层第二章 海岸防护工程2 陡墙式：优缺点2.陡墙式A.形式-坡度大于45度, 迎水面采用块石和条石.后方以土料填筑为主，分布于浙江舟山为主。B.优点-断面小，土方量少；施工中以石方掩护土方，减少土方流失，适用于小潮低潮位附近、滩面高程比较低的围堤工程；爬高小。C.缺点-地基应力集中，地基要求高。(一般在基床上）；波浪反射大，以立波为主，时常引起底流速增大易产生堤角冲刷；堤前有破波，波浪力作用强烈，对堤身破坏性大；破坏以后难修复。第二章 海岸防护工程3混合式：混合式A.形式-迎水面由陡墙和斜坡组成，2种主要形式 （1）迎水面上部斜坡，下部陡墙，陡墙顶在平均高潮位附近。 （2）迎水面下部斜

7、坡式抛石棱体，上部陡墙，棱体顶在平均高潮位附近。B.特点-前两种海堤兼有。海堤断面型式的选择主要有地形、地质、水文、材料、施工条件等因素影响。在破波带以外，或者水深比较小波浪不大区域，可以考虑采用直立式，以内，则考虑采用斜坡式。波浪动力作用也是重要因素。第二章 海岸防护工程五、海堤基本断面的确定1 堤顶高程 2 堤顶宽度3 堤身边坡第二章 海岸防护工程1 堤顶高程 (见堤防规范P15,P118) A、堤顶高程是指沉降以后的高程，有防浪墙的海堤，则指其高程。B、堤顶高程的确定影响因素： 海堤防御标准中的潮位和波浪的重现期； 波列累积频率确定； 当地的气象和水文条件； 海堤的结构特点。第二章 海岸

8、防护工程1 堤顶高程具体确定方法:必须高出设计高潮位0.5H1%以上堤顶高程设计中的几个问题 设计波浪爬高的累积率： 采用不规则波浪试验时候，对于不允许越浪的，统计的累计率取2%；对允许越浪情况取13%； 采用规则波，不允许越浪时候波高取H2%，允许取H13%。 安全超高值-允许越浪取0.30.5m 不允许取0.51.0m第二章 海岸防护工程2 堤顶宽度考虑因素：自身稳定、地基稳定、防浪防渗要求、施工和防汛抢险要求。一般尺寸的介绍:堤顶宽度不小于34m,淤泥质海岸也可以取68米。第二章 海岸防护工程3 堤身边坡考虑因素：断面型式、护坡类型及材料、堤身材料、波浪作用情况、地基条件及施工条件海堤内

9、外边坡的初步确定海堤护坡类型外坡坡比内坡坡比斜坡式海堤干砌块石护坡1:21:3:水上（粘性土）:1.51:3.0（砂性土）1：3.01：5.0:水下海泥惨沙1：51：10山土/砂壤土1：51：7浆砌块石混凝土护坡1:21:2.5抛石护坡不小于1:1.5人工块石护坡1:1.251:2.0陡墙（防护墙）1:0.21:0.7混合式参照块石护坡和陡墙确定堤身边坡确定过程:首先根据海堤内外边坡的材料初步确定海堤的坡面,然后进行稳定和风浪爬高实验,以确定合理的海堤边坡.在进行内边坡坡度设计时候,对于干砌块石护坡、浆砌块石混凝土护坡等,其边坡可以参考外坡并适当加陡.无护面的土堤：粘土1：21：3砂质海堤1：

10、51：15江苏如东地区为125：135一对矛盾：减小坡度（1：1.51：2.0），增加了波浪爬高；放缓坡度，增加工程量。问题：如何减少波浪的爬高（1）设置消浪平台平台设计：高程在是设计高潮位附近，宽度为12倍设计波高，且不小于23m在海港水文规范规定，平台宽度为0.52H可以减少波浪爬高15%25%第二章 海岸防护工程五、海堤的构造1 堤顶及防浪墙2 护坡3 护坡垫层4 护坡基脚5 防护墙第二章 海岸防护工程1 堤顶及防浪墙堤顶：要结合实际分成几种情况（1）有公路要求情况下，要结合公路设计要求（2）无公路要求，需要考虑雨水和浪花的冲刷，需要有防护措施。（包括三合土、碎石盖面保护、混凝土板）（3

11、）堤顶护面向内坡侧倾斜，坡度为2%4%，在内坡及内坡平台上设置排水系统。防浪墙：（1）位置：一般安置在堤顶外侧，特殊情况下在内侧。（2）构成：由块石、条石干砌或浆砌、预制混凝土块。（3）主要经验尺寸：高度0.81.2m,底宽是0.81.2m，顶宽是0.61.0，引水面为直立或弧形，背水面坡度：0.21：0.5入土深度不小于0.3第二章 海岸防护工程2 护坡护坡的主要作用：保护堤身填土免受风浪、潮流的冲刷，同时防止雨水的侵蚀.护坡基本要求A 在波浪潮流作用下，护坡能够稳定安全，因此要有足够的重量和厚度B护坡下设置反滤层或者过渡层防止因堤内渗流而流失堤土C 要有足够的保护范围D因就地取材、施工简单

12、、便于维修、造价经济第二章 海岸防护工程护坡种类A 块石（抛石，干砌和浆砌）B 混凝土块体C 沥青混凝土D 人工块体E 水泥土、草皮等第二章 海岸防护工程常用护坡方法的设计：A 干砌块石，浆砌块石干砌块石优点:柔性好,能适应堤身变形,对于堤身土流失形成局部掏空能即使发现,干砌块石缺点:整体稳定性差,抗御风浪和潮流能力差,渗流和波浪作用下堤身易流失堤土.浆砌块石优点:整体稳定性好,抗御风浪和潮流能力强浆砌块石缺点:柔性差,局部沉降会引起护面塌陷而破坏,同时护面空隙小,波浪爬高也相应增加.单个块石重量的初步确定，浆砌块石设计变形缝和排水孔的要求，混凝土标号要求。单个块石重量的初步确定:(1)单块体

13、重量参考海堤设计部分(2)同时满足最小厚度不小于3040cm浆砌块石设计变形缝和排水孔的要求:(1)变形缝间距1015cm(2)排水孔终横间距23cm混凝土标号要求:(1)一般用10号混凝土砂浆砌筑,15号水泥砂浆勾缝,块石间砌缝宽度23cm(2)混凝土灌砌石护面,在块石间缝灌100号小粒径混凝土,同时块石间砌缝宽度不小于混凝土骨料最大颗粒的23倍.注意:C10号混凝土含义是轴心抗压强度为5.0Mpa C20号混凝土含义是轴心抗压强度为10.0Mpa砌块石布置要求:为了增强抗浪能力,将块石头进行竖砌或条石丁砌, 厚度可以达到0.61.2m.抵御3m的波高.B.抛石护坡优点:适应堤身变形,消浪性

14、能好.缺点:整体稳定性差,整体抗御风浪和潮流能力差.用途:适用于临时性的防护措施,或风浪不是很大的永久性工程,厚度一般取5090cm.C.混凝土板类型:预制和现浇预制平面形态:正方形和长方形尺寸:0.5m*0.5、1.0*1.0m厚度：1520cm块体连接：搭接式、舌榫式现浇需要考虑变形尺寸:5m*5m20m*20m厚度：1540cm块体连接：沥青混凝土D.人工块体类型:四角空心方块、栅栏板上海周边的海堤、舟山北部岛屿E.水泥土护坡早期应用在公路，土石坝建设上，主要考虑到当地无石料 实例：河海大学的新马路，秦淮新河的护坡主要技术考虑： 水泥含量的控制第二章 海岸防护工程3护坡垫层反滤层的作用:

15、防止堤身土的在波浪渗流作用下流失，并且做护面基础。基本经验: 由2或3层无粘性材料组成,粒径从堤内向堤外逐渐增大. 粒径35cm的碎石作为粘土填筑的土堤层材料,厚度不小于2030cm.自然级配的石渣作为过渡层,石渣片长边小于15cm,厚度不小于50cm;对于砂性土的堤身,过滤层厚度应当适当增加到6080cmB 非粘性土堤的反滤层设计国内: 表示反滤层不能太粗 表示反滤层不能太细问题:D15的意义 D15反滤层材料粒径 d85被保护层粒径美国:在抛石护坡与堤身之间设置反滤层在最大波高=2.53.8cm, 最大波高1.2时候, D85反滤层材料=3.5.0cm,规律：波高大,反滤层粒径比较粗,厚度

16、大 . 单层设置(美国):在最大波高1.m,最小厚度为15cm在最大波高1.m,且.4m 最小厚度为23cm在最大波高2.4m,且3.7m 最小厚度为30cm前苏联: 不均匀系数层间系数俄罗斯:对于本层内的材料:不均匀系数当波高大于2m时候,层间系数 要求反滤层不能太粗第二章 海岸防护工程C 粘性土堤的反滤层设计垫层材料要求:含粘土颗粒(=7,含水量大于塑限的粘性土壤,最底垫层的不均匀系数滤层层间系数: 不能有剥蚀,填料颗粒的粒径=23; 允许剥蚀,填料颗粒的粒径=1/5.Delft:建议有平台的爬高是无时候的(1-B/L)倍裴什金法:应用在上下坡度变化不大,且下坡比较缓,上坡比较陡.在平台很

17、小时候,该法不符合实际上述计算公式的使用范围是:M(上)=14M(下)=1.53Dw/L=-0.0670.67B/L=0.25F 堤前有压载时的爬高计算计算步骤:先计算无压载条件下的波高;将所得爬高值乘以压载修正系数;当dw/H=1.5,M=1.5时候,还要考虑dw的影响.越浪量计算 一般防波堤在设计波浪作用下都允许有少量越浪。对于部分不允许波浪越过堤顶的斜坡堤，需通过对越浪量的计算进行校核堤顶高程。1、若斜坡堤不设置胸墙，其单位时间单位堤宽的越浪量按下式计算： 无胸墙斜坡堤波浪越浪量计算示意图 堤顶在静水面以上的高度（m）； 经验系数； 护面结构影响系数。2.若斜坡堤设置胸墙，如图4.3所示，其越浪量按下式计算 有胸墙斜坡堤越浪量计算示意图 经验系数 第二章 海岸防护工程2 护坡计算主要