海岸工程课件：第3.2章海堤3(海堤结构计算).ppt

1、海岸工程学海岸工程学2012年年2月月李俊花李俊花波浪爬高示意图是指波浪沿建筑物上爬的高度，自静水位起算，向上为正。)25. 1exp(09. 1)()d/L4shd/L41 (2th2)()2(th)(1)()()432. 0th(32. 3312/12/121111MMMRLdKRLdMLmMMRKRMKRHRKRmmR波浪爬高，从静水位算起，向上为正；H波高；K糙渗系数；R1K=1、H=1m时波浪爬高；式中：式中：在风直接作用下，单一坡度的斜坡式海堤正向不规则波的爬高KK是糙率系数是糙率系数1R)25. 1exp(09. 1)()d/L4shd/L41 (2th2)()2(th)(1)(

2、)()432. 0th(32. 3312/12/121111MMMRLdKRLdMLmMMRKRMKRHRKRmm 是是 =1,H=1m=1,H=1m时候波浪爬高或降深时候波浪爬高或降深, ,与斜与斜坡数坡数m m有关有关)()()432. 0tanh(2111MRKRMKRm2121)2(tanh)(1LdHLmM)4sinh(41 (2tanh(2)(31LdLdLdKRmmR )(1M)(MR)25. 1exp(09. 1)(32. 3MMMRu)69. 2exp(8 . 7)42. 0exp(350. 0)(02. 2954. 1MMMMMRdC C 复式断面爬高计算（堤防规范）复式断

3、面爬高计算（堤防规范） 对于带有平台的复坡，可以先确定断面的对于带有平台的复坡，可以先确定断面的折算坡度，然后按照折算坡度的单坡近视折算坡度，然后按照折算坡度的单坡近视计算其爬坡。计算其爬坡。 应用在平台在静水位附近。堤坡断面均为斜应用在平台在静水位附近。堤坡断面均为斜坡，对于上下断面中含陡墙的不适用。坡，对于上下断面中含陡墙的不适用。上述计算公式的使用范围是上述计算公式的使用范围是: : m(m(上上)=14)=14 m(m(下下)=1.53)=1.53 D Dw w/L=-0.0670.67/L=-0.0670.67 B/L=0.25B/L=0.25D D 堤前有压载时的爬高计算堤前有压载

4、时的爬高计算计算步骤计算步骤: : 先计算无压载条件下的爬高先计算无压载条件下的爬高; ; 将所得爬高值乘以压载修正系数将所得爬高值乘以压载修正系数; ; 当当d dw w/H=1.5,M=1.5/H=1.5,M=1.5时候时候, ,还要考虑还要考虑dwdw的影响的影响. . 计算公式多，但是不系统，不完善，有一定的适用范围，对带平台的斜坡，平台下为陡墙的研究比较少，不能满足实际工程需要。常常需要通过物理模型试验确定爬高。问问 题：题：指海堤受到大的风浪袭击时，因浪高超过堤顶高程导致部分水体越过堤顶进入内坡的现象。通常用越浪量作为计量、评价和控制参数。 p 指1m单位宽度海堤上每秒钟波浪翻越海

5、堤的水量。其单位为3/ms mp （1、斜坡顶无胸墙时，越浪量的计算1.72221 31 31 31.52.8ln2pcApgT mHHdqAKthTHHHm:;cppAqHHHTTTAK313%式中单宽平均越浪量（m / m s ）;波高，采用波顶在静水面以上的高度（）；谱峰周期（），可取1.2经验系数；护面结构影响系数cH1:md顶部无胸墙的斜坡式建筑物经验系数A、B护面结构影响系数2、斜坡顶有胸墙时，越浪量的计算1322211313130.30.07exp 0.52.8ln22cH HpApgT mbHdqBKthHTHHmB经验系数，查表确定顶部有胸墙的斜坡式建筑物p 允许越浪量根据海

6、堤表面防护情况按规范中表6.6.2取（一）防潮标准：（一）防潮标准：采用百年一遇作为计算防潮标准（二）海堤型式：海堤型式：斜坡式，岸顶高程4.5m，陡墙式混凝土防浪墙。迎海侧护面为栅栏板护面，坡度比1：2，底部干砌石，碎石垫层，抛石基层，堤顶钢筋混凝土护面，宽9m。（三）堤顶高程复核和越浪量（三）堤顶高程复核和越浪量复核复核 百年一遇高潮位hP=3.10m 风速VZ=34.5m/s 风区长度D=1333m 安全超高A=0.5m，允许越浪 堤前水深d=hP-h滩=3.1-（-0.2）=3.3m 波高累积频率F%=1% 现状堤顶高程Ha=4.5m 现状防浪墙高程H=5.4m：ZP=hP+RF+A由

7、当地风场要素推算波浪要素波浪要素计算波浪要素计算( (由已知的风速V 、风区长度F 和水深d , 确定稳定状态的风浪要素平均波高H 和平均波周期T)mLsTmHVHgVTgVgdthVgdthVgdthVHg2 .17,4 . 3,587. 0 9 .13)/(7 . 013. 0)/(0018. 0)(7 . 013. 05 . 027 . 0245. 027 . 022特征波：sTTmHHmHHP522. 433. 1,939. 06 . 1,309. 123. 23/1%11%11%RK K R H栅栏板护坡糙渗系数K取0.49风速系数KV根据V/C查表取1.28计算出栅栏板护坡的波浪爬

8、高：采用正向不规则波的爬高计算公式允许越浪时，允许越浪时，堤顶高程：ZP=hP+RF+A=3.1+1.8+0.5=5.4 m根据护面情况，允许越浪量为根据护面情况，允许越浪量为0.050.053/ms m22210.30.07exp 0.52.8ln22cH HpApgT mbHdqBKthHTHHmB为经验系数=0.45，KA为护面结构影响系数=0.5计算越浪量为：531.6037 10/qms m防浪墙顶高程勉强满足要求。计算越浪量允许越浪量，满足允许越浪量要求。211.3()mdmhK H KKm (1)(1)港口工程技术规范港口工程技术规范法法（海港水文规范（海港水文规范P73 P73

9、 8.2.98.2.9） 坡度坡度m: 1.53m: 1.53 堤前相对水深堤前相对水深d/H: 1.54d/H: 1.54 波坦波坦L/H: 1025L/H: 1025 海港水文规范还提供了斜坡式建筑物的干海港水文规范还提供了斜坡式建筑物的干砌条石护面的厚度公式。砌条石护面的厚度公式。 计算波高取值：计算波高取值： 当当 ，H H取取H H4%,4%,当当 H H取取H H13%13%. .125. 0/Ld125. 0/Ld使用范围使用范围: :1.5=m=0.125, H4%, 0.125 H13%裴什金法也可以用在浆砌块石厚度，不过裴什金法也可以用在浆砌块石厚度，不过浆砌块石厚度计算时

10、浆砌块石厚度计算时,H,H均取均取H H13%.13%.31bHLtKHmcotm (3)(3)海堤工程设计规范海堤工程设计规范法（法（P113P113）210.7440.4760.157bmdtHmAH (3)(3)海堤工程设计规范海堤工程设计规范法（法（P113P113）130.1bQtnC层数：层数：2323层层先计算稳定块体重量，再计算厚度，便于图先计算稳定块体重量，再计算厚度，便于图纸上标明厚度纸上标明厚度230.11bNAnCPQ颗粒物料中，颗粒与颗粒间的空隙体积与整个颗粒物料层体积之比。 （1 1）单个块石或人工块体稳定重量计算）单个块石或人工块体稳定重量计算B B 稳定重量计算

11、稳定重量计算表示静水面上下一个波高范围内，容许被表示静水面上下一个波高范围内，容许被波浪打击移动和滚落的块体个数所占的百分比波浪打击移动和滚落的块体个数所占的百分比公式适合应用于不越浪的情况公式适合应用于不越浪的情况. .经过分选的块石、异形块体经过分选的块石、异形块体在破波区域的块石重量应当适量加重在破波区域的块石重量应当适量加重, ,可以可以比计算的重量增加比计算的重量增加10%25%,10%25%,另外在堤头的另外在堤头的块体重量也要增加块体重量也要增加. .护面垫层块石的重量可取护面块石稳定重护面垫层块石的重量可取护面块石稳定重量的量的1/201/201/10 1/10 B B 稳定重

12、量计算稳定重量计算max4HuLdshgL护底块石的稳定重量，可根据堤前最大波浪底流速确定护底块石的稳定重量，可根据堤前最大波浪底流速确定 与最大波浪底流速为与最大波浪底流速为2m/s、3m/s、4m/s和和5m/s相应的相应的护底块石重量为护底块石重量为60kg、150kg、400kg和和800kg。 B B 稳定重量计算稳定重量计算1、斜坡堤前最大波浪底流速（、斜坡堤前最大波浪底流速（近破波）max4HuLdshgL使用范围：使用范围：斜坡坡度斜坡坡度m=25m=25 斜坡坡度系数斜坡坡度系数m=1.5m=1.52.52.5时时 , ,栅栏板的厚栅栏板的厚度按下式计算：度按下式计算： d_

13、d_堤前水深堤前水深HmHdhb27. 0/13. 061. 0235. 0稳定计算内容：稳定计算内容：A A 墙身抗倾复稳定性计算墙身抗倾复稳定性计算B B 墙身整体沿墙底面或墙身沿各水平缝的抗滑墙身整体沿墙底面或墙身沿各水平缝的抗滑 稳定性计算稳定性计算C C 施工期间，防护墙稳定性施工期间，防护墙稳定性D D 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定E E 地基稳定计算地基稳定计算计算工况抗倾稳定安全系数抗滑稳定安全系数稳定计算内容：胸墙的抗滑、抗倾稳定计算防浪墙稳定计算工况及临海侧水位计算各种工况下的荷载自重、设计潮位时的波浪压力、土压力地震荷载以及其它出现

14、机会较少的荷载抗倾、抗滑稳定计算YXKKK的计算详见海堤规范附录M允许的安全系数详见海堤规范 (负值)p b-LHHddd21043. 029. 3LHb（2 2）波峰作用时胸墙上平均压力强度）波峰作用时胸墙上平均压力强度 按规范按规范海港海港水文规范水文规范JTJ213JTJ2139898公式计算：公式计算：bpHKp24. 0PKHL mZd 1 zKLdHthmZd21zKmKNZdpP12pbPu bEuuGpEfPGP00prurGrEr海测设计高水位dEEGGuuPpMMMM/0PMuMGMEMdA A 总应力法总应力法B B 有效应力法有效应力法 不考虑土条两侧面的相互作用力B

15、B 有效应力法有效应力法淤泥淤泥： 天然含水率大于液限天然含水率大于液限, ,天然孔隙率大于天然孔隙率大于 等于等于1.51.5的粘性土的粘性土. .概念：概念：初始沉降初始沉降淤泥质土淤泥质土: : 天然孔隙率小于天然孔隙率小于1.5,1.5,但是大于但是大于1.01.0 的粘性土的粘性土. .沉降原因：初始沉降沉降原因：初始沉降固结沉降固结沉降固结沉降固结沉降分层总和法： 固结沉降固结沉降S最终沉降量，mm； n压缩层范围的土层数； e1i第i土层在平均自重和平均附加固结应力作用下的孔隙比； e2i第i土层在平均自重和平均附加应力共同作用下的孔隙比； hi第i土层的厚度，mm； m修正系数

16、，一般堤基的m=10，对软土堤基可采用m=13 16，堤身较高、堤基土较软弱时取较大值，否则取较小值。 dppns自重应力自重应力221111nmnmnmarctgnmarctgmKztbxm/bzn/nztzpK sz2 . 0z22zizzsi下上下上iisisisizi力分层上、下面的自重应第，下上isisi力分层上、下面的附加应第，下上izizi由此查得孔隙比由此查得孔隙比siip1zisiip2ziipiisiiHpES1附件某中型企业拟通过填海造地工程建设仓库。工程附近岸线大致呈南北走向，西侧背靠大陆；南有海岛作为屏障，相距约10km。极端高水位(重现期50 年一遇) 4.51m极

17、端低水位(重现期50 年一遇) -4.12m设计高水位(高潮累积频率10) 3.22m设计低水位(低潮累积频率90) -3.01m ：项目水位H1%(m)H4%(m) H13%(m)T(S)L(m)C(m/s)NE极端高水位4.934.934.7011.7089.37.63设计高水位3.923.923.9211.7080.26.85EESE极端高水位4.774.323.8012.1092.57.65设计高水位3.923.923.7012.1083.06.86备注1.重现期为50年一遇 ：场地内岩土层可分为7大层，自上而下依次为： 1、全新统海积层（Q4m）：根据颗粒组成差异可细分为：a.淤泥质

18、粘土（Q4m）（1a）：呈深灰色，主要由粘、粉粒组成，质较纯，局部夹薄层粉、细砂或含砂较多。该层标贯试验大多产生自沉现象（1击），仅少数实测击数25击，呈流软塑状，属高压缩性软弱土，力学强度低，工程性能差。b.淤泥混砂（Q4m） (1b)：呈深灰色，主要由淤泥和中、粗砂混合而成，含淤泥约6090%，局部夹薄层粉、细砂或含砂较多；富含腐殖质，味臭；饱和；该层标贯实测击数27击，呈流软塑状,属高压缩性软弱土，力学强度低，工程性能较差。2、上更新统海陆交互沉积层（Q3m-al）：根据颗粒组成差异可细分为：a.砾砂（Q3m-al）（2a）：呈浅灰、灰色，主要由粗、砾粒组成，含泥约15%，局部含卵石，直

19、径一般约23cm，最大约4cm，饱和；该层标贯实测击数1225击，呈稍中密状，属中压缩性土，力学强度较高，工程性能较好。 b.淤泥质粘土（Q3m-al）（2b）：呈灰黑、深灰色，主要由粘、粉粒组成，质较纯，局部夹薄层粉、细砂或含砂较多；该层15m段标贯实测击数716击，呈软可塑状，属中高压缩性土，力学强度较低，工程性能较差。3、上更新统冲洪积层（Q3pl-al）: 根据颗粒组成差异可细分为：a.粉质粘土（Q3pl-al）（3a）：呈浅黄、灰白色，主要由粘、粉粒及砂砾粒组成，含砂砾约3040%，局部夹碎石，直径一般约23cm，最大约8cm；该层标贯实测击数1625击，呈可硬塑状，属中压缩性土，力

20、学强度较高，工程性能较好。b.粗砂（Q3pl-al）（3b）：呈灰黄色，主要由粗、中粒组成，含泥约15%，局部夹砾卵石，饱和；该层标贯实测击数1325击，呈稍中密状，属中压缩性土，力学强度较高，工程性能较好。c. 圆砾（Q3pl-al）（3c）：呈灰黄色，主要由砾、粗粒组成，含泥约15%，局部夹卵、漂石，一般直径45cm，最大直径25cm，饱和； 该层呈稍中密状，局部密实，属中压缩性土，力学强度较高，工程性能较好。4、残积粘性土（Qel）：残积层；呈浅黄、灰白色，主要由粘、粉粒组成，质较纯，原岩结构特征不清晰，母岩为火山凝灰岩；该层标贯实测击数2128击，呈可硬塑状，属中压缩性土，力学强度较高

21、，工程性能较好。5、全风化火山岩(J3nC)：燕山早期侵入的上侏罗系南园组凝灰熔岩(J3nC)风化；呈褐黄、灰黄色，大部分长石已风化为粘土矿物，具散体结构，岩芯呈粘性土状，手捏即散；该层标贯实测击数3242击，岩石极破碎，属极软岩，岩体基本质量指标为级，天然状态下力学强度较高，工程性能较好，但泡水易崩解。6、强风化花岗岩(J3nC)：燕山早期侵入的上侏罗系南园组凝灰熔岩(J3nC)风化；根据岩芯结构可细分为：a.散体状强风化火山岩(J3nC)（6a）：呈灰褐、灰黄色，部分长石已风化为粘土矿物，具散体结构，岩芯呈粘性土或砂砾状，手捏即可散。该层标贯实测击数5398击，岩石极破碎，属软岩，岩体基本

22、质量等级为类，天然状态下力学强度较高，工程性能较好，但长时间泡水可软化崩解。b.碎裂状强风化火山岩(J3nC)（6b）：呈灰褐、灰黄色，具碎裂状结构，岩芯呈碎块状，手折可断；该层岩石破碎，属次软岩，岩体基本质量等级为类，力学强度较高，工程性能较好。7、中风化火山岩(J3nC)：燕山早期侵入的上侏罗系南园组凝灰熔岩风化；呈灰黄、灰白色，具厚层状结构，岩芯呈片状或柱状，锤击声稍清脆，金刚石钻进时伴有强烈拨钻声，进尺缓慢；该层岩石较完整，属次硬极硬岩，岩体基本质量等级为类，力学强度较高，工程性能较好。项目为中型企业，确定填海造地工程围堤的工程等级为级，防洪标准（重现期）取一遇设计高潮位，波浪取50年

23、一遇波要素。 根据工程地质情况、材料资源及附近工程经验，围堤拟采用。护面块体拟采用。斜坡堤具有堤身稳定性好，适应地基能力强，基底应力扩散效果好，波浪爬高小，消能效果好等特点。 根据海堤工程设计规范，海堤堤顶高程按照下式计算： PpFZhRA1RK R H0.49K糙渗系数12.1572R 1%4.88Hm1%0.49 2.1572 4.885.158Rm13%1%0.71 5.1583.66FRKRm13%3.85Hm1,1KHm乘以换算系数FK1vRK K R H波速：77.27.643510.1LCT风速：32.7V 4.2781VC1.2511VK 1%11%0.49 1.2511 2.

24、1572 4.886.4535VRK K R Hm13%1%0.71 6.45354.582FRKRm4.514.580.49.49PpFZhRAm 按堤顶有胸墙计算越浪量：30.00973/Qms m根据护面情况，允许越浪量为根据护面情况，允许越浪量为0.050.053/ms m越浪量满足要求。越浪量满足要求。 堤顶宽度取波高的1.101.25倍1%(1.10 1.25)(1.10 1.25) 4.88(5.3 6.1)BHm 护面结构宜选择稳定性好，消浪效果较好，适应地基不均匀沉降，施工方便的护面块体。本项目拟采用栅栏板。 栅栏板的厚度计算：0.270.61 0.130.235bdHtHm

25、324/bkN m310.25/kN m2.34146bbS栅栏板重度：水的重度：堤前水深：d 极端高水位-泥面高程4.5126.5m平均波高：1%4.88Hm1%2.42HH平均2Hm0.433Hd0.3Hd取H13%=3.85m作为设计波高0.3Hd取H5%=4.41m作为设计波高 1%2.42HH5%1.95HH13%1.61HH4%2.03HH0.464tm代入算得：取：0.5tm平台一般在大小潮位之间，并且考虑行车的需要 采用瑞典圆弧滑动法计算 地基不错，几乎全是砂土，沉降没那么重要，就不算了工程上能否实现，经济上是否合理工程上能否实现，经济上是否合理(1)(1)置换砂垫层法置换砂垫

26、层法-也叫清淤法也叫清淤法适用范围适用范围, ,软土比较薄（小于软土比较薄（小于4m)4m)。砂石垫层。砂石垫层(2(2) )镇压层法镇压层法 作用：增加海堤断面的抗滑力矩，提高作用：增加海堤断面的抗滑力矩，提高圆弧滑动的安全系数，改善堤基的应力分圆弧滑动的安全系数，改善堤基的应力分布，提高地基的稳定。布，提高地基的稳定。 施工：施工：注意：要对称施工，以免失稳注意：要对称施工，以免失稳不利因素：占用较大土地面积不利因素：占用较大土地面积(3) (3) 排水砂垫法排水砂垫法 砂垫厚度大于砂垫厚度大于50cm50cm，软土厚度不超过，软土厚度不超过5m5m(4) (4) 竖向排水预压固结法竖向排

27、水预压固结法 竖向排水预压固结法竖向排水预压固结法的布置和要求：的布置和要求： 排水砂井：排水砂井： 间距间距2-4m, 2-4m, 长度小于长度小于20m20m 袋装砂井袋装砂井: : 间距间距1-1.5m, 1-1.5m, 长度长度10-20m10-20m 塑料板排水塑料板排水: : 间距间距1-1.5m,1-1.5m,一般长度小于一般长度小于20m20m不利面：承受水平切力的能力差，容易被切割不利面：承受水平切力的能力差，容易被切割(5) (5) 土工织物法土工织物法作用：可以提供元弧滑动的安全系数，但是提作用：可以提供元弧滑动的安全系数，但是提高水平有限。高水平有限。(6) (6) 爆破挤淤法爆破挤淤法连云港田湾核电站8 8 海堤防渗与堵漏海堤防渗与堵漏C渗径系数A、防渗计算：、防渗计算：.B 堵漏方法堵漏方法(堤防规范堤防规范p11.p14)方法方法: :1 1 粘土铺盖粘土铺盖2 2 粘土截水槽粘土截水槽3 3 压力灌砂压力灌砂4 4 减压井减压井