第十二章-防波堤工程技术的新发展课件.ppt
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- 第十二 防波堤 工程技术 新发展 课件
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1、防波堤工程技术的新发展l概述l传统防波堤结构的型式和设计要点l直立式结构的新型式及其设计方法l宽肩台斜坡式防波堤l计算斜坡堤护面块重的新方法l斜向波对斜坡堤的作用l土工织物在防浪结构中的应用l防波堤软土地基加固新方法防波堤概述一、防波堤的功能和分类1.防波堤的功能2.防波堤的分类按平面形式分:突堤式防波堤、岛式防波堤。按结构形式分:斜坡式防波堤、直立式防波堤、特殊型式防波堤(透空式、浮式、压气式、水力式)。3.波浪能量的分布规律二、防波堤的纵轴线设计防波堤概述 防波堤的纵轴线由一段或几段直线组成,各段之间用圆弧或折线相连接。在布置防波堤时,防波堤轴线应避免向外拐折形成凹角,否则会造成波能集中。
2、如堤轴线必须向外拐折时,则两段堤轴线的外加角不宜小于150,否则,宜对凹角处进行局部加强。三、设计波浪的确定 影响防波堤设计的海洋水动力条件包括潮汐、波浪、海流等,其中波浪力是作用在防波堤上的主要荷载,设计防波堤时首先要确定设计波浪要素:波高、波周期以及波向。设计波浪要素应根据海浪多年现场实测资料进行统计分析,求出各种特征波和波浪要素特征值,依据建筑物的重要程度,确定波浪重现期来确定。具体设计标准查阅海港水文规范。传统防波堤结构的型式和设计要点一、直立式防波堤1.直立式防波堤的结构型式重力式、桩式(单排桩或双排桩)。传统防波堤结构的型式和设计要点2.波浪对直立式防波堤的作用1)作用于直立式防波
3、堤的波浪形态基本概念:立波、远破波、近破波。波浪形态:见下表传统防波堤结构的型式和设计要点2)作用于直立式防波堤的立波波压力当 时,作用于直墙式建筑物上的立波波压力按下列公式计算。波峰作用时的立波波压力:12.005.0/,8.1LdHdmcdHBd/5941.0*5907.23104.2TB)2515.1636.000913.0/(*2*TTTmdgTT/*2/2nddhcc212nndpdpocac0.1,/23264.4636618.0max67.1dHnkPapppdcbcoc和、qppdHBAdp/特征点处波压力强度 按下式计算:传统防波堤结构的型式和设计要点上式中的参数按下表计算:
4、传统防波堤结构的型式和设计要点单位长度墙身上所受的总水平波压力 可按下式计算:单位长度墙身上所受的总水平波压力的力矩可按下式计算:单位长度墙底面上所受的波浪浮托力可按下式计算:mkNpc/dpdpdhdpddpdpdcbccoccacc2212412dpdpdhdhdpdhdddpdMdcbcccoccccacc2414141252413112123bpPdcuc21传统防波堤结构的型式和设计要点波谷作用时的立波波压力:qpptdHBAd/qppdHBAdp/dpot/otdtppotdtppddpdpdptdtott1212bpPdtut21式中系数由下表中的 项的值确定。墙面特征点的波压力
5、强度均可按下式确定:当 时,取 单位长度墙身上总水平波浪压力按下式计算:单位长度墙身底面上所受的方向向下的总波浪力按下式计算:传统防波堤结构的型式和设计要点当 和 时,直墙上的立波波浪压力强度可按海港水文规范计算。2.0139.0/,30/1/LdLH5.0/2.0,30/1/LdLH传统防波堤结构的型式和设计要点3)作用于直立式防波堤的远破波波浪压力(实验结果)波峰作用时的波压力:HKKps21szpp7.07.1/5.07.1/6.0HdpHdppssd当当7.02通常dubpP波谷作用时的波压力:Hp5.07.02通常bpPu传统防波堤结构的型式和设计要点4)作用于直立式防波堤的近破波波
6、压力波峰作用时的波压力:海港水文规范采用大连理工大学的实验研究结果,适用于 情况下的近破波波压力计算。Hd6.01HHdZ153.027.031321dd41311dd1113.0116.08.125.1dHdHHps11113.0103.1)67.0(4.369.1325.1dHdHddHpssbpp6.07.02bubpP当 时(属于中基床):当 时(属于高基床):传统防波堤结构的型式和设计要点3.直立式防波堤的断面尺度和构造1)抛石基床 明基床的外肩和内肩宽度分别取墙身计算宽度的0.6倍和0.4倍,外边坡和内边坡分别取1:21:3和1:1.51:2。暗基床的底部宽度不宜小于直立堤墙底宽度
7、加上两倍的基床厚度。基床向海一侧需要修建堤前护底,可采用12层块石,厚度不应小于0.5米。2)墙身结构 墙身可由钢筋混凝土沉箱、混凝土方块建成。在起重条件允许的情况下,方块尺寸尽量大,或采取其他措施增强稳定性。传统防波堤结构的型式和设计要点3)上部结构及挡浪墙 防波堤的上部结构一般由平台和挡浪墙构成,由现浇或整体装配式混凝土建成。上部结构应有足够的刚度和整体稳定性,厚度不小于1.0米,嵌入沉箱的厚度不小于0.3米。防波堤的设计顶高程以挡浪墙顶为准,当防波堤允许少量波浪越顶时,顶高程在设计高水位以上0.60.7倍设计波高处;当设计要求防波堤堤顶不允许越浪时,则堤顶高程应在设计高水位以上1.01.
8、25倍设计波高处。4.重力式直立防波堤的计算1)重力式直立堤的承载能力极限状态设计及作用组合 直立防波堤所受的荷载简单,竖向荷载仅为自重,水平荷载主要是波浪力,个别情况可能有冰压力。在进行重力式直立防波堤的极限状态设计时,应以设计波高及对应的波长确定的波浪力为标准值。设计时,应考虑持久状态、短暂状态和偶然状态及其相应组合。传统防波堤结构的型式和设计要点 在进行直立堤稳定性计算时,可不考虑堤内侧波浪与堤外侧波浪的组合,即将堤内侧考虑为静水。2)重力式直立防波堤计算验算内容:抗倾稳定性、抗滑稳定性、基床和地基的承载力、地基沉降量、整体稳定性、明基床的护肩块石和堤前护底块石的稳定重量。明基床的基肩和
9、坡面块石稳定重量的计算:参见防波堤设计规范。堤前护底块石稳定重量:根据堤前波浪最大底流速确定。立波:远破波:近破波:LdshgLHV42maxLdshgLHV4maxdHgV33.0max式中:H波高累积频率为5%的波高。堤前护底块石层的宽度为设计波长的1/4,厚度一般不应小于0.5米。传统防波堤结构的型式和设计要点三、斜坡式防波堤1.斜坡式防波堤的结构型式传统防波堤结构的型式和设计要点传统防波堤结构的型式和设计要点2.波浪对斜坡式防波堤的作用1)波浪在斜坡式防波堤堤面上的破碎临界水深破碎临界水深:波浪在爬上斜坡后由于水深变浅会产生破碎,其破碎点的水深通常称为破碎临界水深。经验公式:22102
10、3.047.0mmHLHdb2)波浪在斜坡式防波堤面上的爬升高度规则波的爬升高度HRKR1MRKRMthKRm2111432.02/12/121LdthHLmMLdshLdLdthKRm4/212231MMMR25.1exp09.132.3传统防波堤结构的型式和设计要点在风的直接作用下,不规则波在斜坡式防波堤堤面上的爬高%11%1HRKKRU式中:累计频率为1%的爬高;与风速有关的系数;时的爬 高,计算时波坦取为%1RUK1RmHK11,%1/HL传统防波堤结构的型式和设计要点表中波速 ,如果要确定其他累积频率爬高 ,可将 乘以下表中的换算系数 。)/(/smTLc%FR%1RFK3.斜坡式防
11、波堤的断面尺度及构造1)斜坡式防波堤的断面尺度堤顶高程 在允许少量越浪时,一般采用设计高水位以上不小于0.60.7倍设计波高处;传统防波堤结构的型式和设计要点对于基本不越浪的斜坡堤,采用设计高水位以上以上不小于1.0倍设计波高处;如在堤顶外侧修建胸墙时,胸墙顶高程可取设计高水位上加1.01.25倍设计波高值处。堤顶宽度 对于一般用途的防波堤,顶宽按1.11.25倍设计波高取值,但要求不得小于2.0米及满足施工要求。斜坡的坡度 内坡可陡于外坡,如果在斜坡堤修宽肩台,肩台上下的边坡可分别取1:1.51:3和1:11:1.5。传统防波堤结构的型式和设计要点护面块体的支承棱体和肩台 支承棱体顶高程应低
12、于设计低水位以下1.0倍设计波高,宽度不宜小于2.0米,棱体厚度不宜小于1.0米。肩台是在迎浪面斜坡上设置一平台。供施工用时,其顶高取施工水位,顶宽不宜小于2.0米;当为消浪用时,其顶高程宜取设计高水位以上1.03.0米处,顶宽一般取设计波高的2.32.9倍,且不宜小于6.0米。2)斜坡式防波堤的构造护面块体护面块体的垫层块石堤心石传统防波堤结构的型式和设计要点4.斜坡式防波堤的计算1)计算内容 护面块体的稳定重量和护面层厚度、栅栏板的强度、堤前护底块石的稳定重量、胸墙的强度和抗滑抗倾稳定性、地基的整体稳定性和地基沉降。2)护面块体稳定性计算护面块体稳定重量防波堤设计与施工规范采用的计算公式:
13、式中:W单个护面块体重量;斜坡与水平面夹角。位于堤头及破碎水深db处块体重量增加20%左右;宽肩台处的护面块石取抛填块石稳定重量的1/201/5。稳定系数KD与块体及结构型式有关,取值见下表:ctgSKHWbDb3311.0/bbS 传统防波堤结构的型式和设计要点砌石护面厚度mmKKHhmdb13.12ctgm 传统防波堤结构的型式和设计要点栅栏板护面设计 当斜坡堤采用栅栏板护面时,栅栏板的平面尺寸、厚度及波压力的设计值应符合下述规定:平面尺寸:(沿堤轴线方向布置)沿斜坡方向布置)HbHa0.1(25.100传统防波堤结构的型式和设计要点栅栏板的空隙率:33%39%。栅栏板的厚度:当斜坡堤的坡
14、度系数 时,按下式计算:作用于栅栏板面上的最大正向波压强:5.25.1mHmHdhb27.0/13.061.0235.0HPM85.03)堤顶胸墙的设计计算 堤顶胸墙所受波浪作用,可能是整个波浪水体的冲击,也可能是射流或水股的冲击。通常只计算波峰的作用,且计算无因次参数 的情况。b传统防波堤结构的型式和设计要点LHHddd/21043.029.3LHbpHKp24.0LdthHKZdz21ZdpP17.02pbPu平均波压强度:胸墙上的波压力分布高度:单位长度胸墙所受总波浪力:单位长度胸墙底部波浪浮托力:式中的平均压强系数 和 由下图查得。pKuK传统防波堤结构的型式和设计要点4)斜坡堤护面层
15、厚度、人工块体个数、混凝土用量护面层厚度:使用人工块体个数:人工护面块体混凝土用量:式中:护面块体层数;C块体形状系数;A垂直于厚度的护面层平均面积;护面层的空隙率。3/11.0bWCnh3/21.01WPCAnNbbWNQ1.0nP直立式结构的新型式及其设计方法一、直立式结构的新型式1.直立式结构新型式需要解决的问题:减少波浪反射(波浪力)、减少堤顶越浪量、改善堤身受力条件。2.几种常见的结构新型式1)改变墙面的几何形状圆形断面和方形断面的波浪力堤顶削角的波浪力、稳定性、越浪量。2)消波结构透空沉箱结构影响波浪反射系数的因素直立式结构的新型式及其设计方法空箱宽B与波长L之比、开空率和开孔长度
16、率。实验结果几种沉箱结构沉箱底部均匀开孔、双层圆筒开孔沉箱有消波型、透水型。直立式结构的新型式及其设计方法直立式结构的新型式及其设计方法双层圆筒开孔沉箱波浪反射实验结果优点:总水平力小、底板压强分布均匀且小。缺点:越浪和堤内波高大。直立式结构的新型式及其设计方法3)水平式混合堤4)上部结构的改进直立式结构的新型式及其设计方法直立式结构的新型式及其设计方法二、直立堤不规则波波浪力的计算方法1.我国规范拟采用的不规则波波浪力计算方法1)堤前波浪形态及出现条件直立式结构的新型式及其设计方法2)作用于直立堤上波浪力的概率分布 波浪力的概率分布可以双参数的威布尔分布表述,其超值概率为:jjxxFexp1
17、83.0383.0ln11ddthHd1121155.024.0006.0693.0lnddddHd/11PPxjj/jPP总水平力的威布尔分布形状参数总浮托力的威布尔分布形状参数威布尔分布的尺度参数式中 ,为超值概率的总波浪力,为其平均值,为伽玛函数。3)不规则波立波波浪力计算方法 根据线性相关原则,不规则波立波波浪力的概率分布和波高概率分布相同,因而其计算可采用规则波的方法,取 得到不规则波立波的 值。%1H%1P直立式结构的新型式及其设计方法4)不规则波远破波波浪力计算方法影响远破波波浪力的因素:基床上相对波高 、基床上相对水深 、波坦L/H及底坡 等。波峰作用于直立堤侧面的总水平力:1
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