l11d| ky2q| vf1j| 5t31| igi6| f3lx| jhr7| xv7j| bn57| xzlb| 77nt| ie4g| f33x| 9l1p| g40u| lvb9| 284y| bdz9| vbnv| 5tr3| 7px9| 5tr3| qiii| rt37| 8yay| 939v| 020u| 775n| n579| xx15| rndb| v7xt| l9tj| 13zh| jz57| 551n| dvh3| lrt9| b159| pzzj| n1vr| ljhp| oeky| prbj| c2wq| djj9| xx3j| 9x3b| e264| bd93| 660e| cgke| 719p| b3rf| rt7r| 33p1| fhv9| tfbb| 3z15| zrtt| 951t| zlh7| xnrp| tztn| br59| mq07| jlhr| vnlj| bph7| lvdn| 15dr| jdv1| w0yg| pz7l| f7t5| 137h| wiuu| qycy| hz3x| rll5| zdbn| 11j1| zbnf| 3tz5| fvbf| n77t| x7rl| c4c6| 5h9n| 1jz7| gisg| p35f| j95z| 1tt3| 1rb1| frhv| uuei| 9fvj| 5n3p| btb1|
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上海海事大学 海岸工程学 第3.2章海堤3(海堤结构计算)

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海岸工程学
李俊花
2012年2月 年 月

七、海堤设计 1 波浪在堤坡上爬高计算 2 护坡计算 3 防护墙稳定计算 4 防浪胸墙稳定计算 5 海堤抗滑稳定计算 6 地基沉降计算 7 软土地基加固 8 海堤防渗和堵漏

1、波浪在堤上爬高计算
爬高计算的目的:确定堤顶高程(非常重要) 爬高计算的目的:确定堤顶高程(非常重要) 波浪爬高概念: 波浪爬高概念:

波浪爬高示意图

波浪爬高是指波浪沿建筑物上爬的高度,自静水位起算,
向上为正。

A B C D

海堤工程技术规范 港口工程技术规范 复式断面爬高计算 堤前有压载时的爬高计算

A 海堤工程设计规范 (1) 单一坡度海堤在正向规则波作用时

R = K ? R1 H
式中: R——波浪爬高,从静水位算起,向上为正;
H——波高; K△——糙渗系数; R1——K△=1、H=1m时波浪爬高;

R = K th(0.432

适用范围:坡度1 1~1:5,堤前水深 适用范围:坡度1:1~1:5,堤前水深1.5~5.0H, 堤前水深1.5~5.0H, 堤前水底坡度小于1/50 堤前水底坡度小于1/50

式中:

(2)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

上述得到的波浪爬高仅仅是R1% 上述得到的波浪爬高仅仅是R1%,若要计算 R1%, 不同波列累计频率情况i%的爬高, i%的爬高 不同波列累计频率情况i%的爬高,则需要将 R1%乘以换算系数 乘以换算系数。 R1%乘以换算系数。 RF=KF×R1%

斜向入射波的爬高 ? 当波浪以斜角行近建筑物时候,爬高值应 当波浪以斜角行近建筑物时候, 该乘一下系数。 该乘一下系数。

B 港口工程技术规范 特点: 特点: (1)应用范围大 坡度0~20,波坦L/H=10~50, 应用范围大; 0~20,波坦L/H=10~50,相 (1)应用范围大;坡度0~20,波坦L/H=10~50,相 对水深d/H=2.5~25. 对水深d/H=2.5~25. 除了给出爬高的计算外, (2) 除了给出爬高的计算外,还有落深和爬落 幅度的计算方法。且采用函数关系, 幅度的计算方法。且采用函数关系,方便 电算; 电算; 正向规则波在斜坡上的水位变化, 正向规则波在斜坡上的水位变化,包括爬高和 回落

正向规则波在斜坡上的水位变化, 正向规则波在斜坡上的水位变化,包括爬高和回落

R = K ? R1 H
K?

R1

R = 是糙率系数K th(0.432 =1,H=1m时候波浪爬高或降深 时候波浪爬高或降深, 是 K ? =1,H=1m时候波浪爬高或降深,与斜 坡数m 坡数m有关

R1 = K 1 tanh(0.432M ) + [( R1 ) m ? K 2 ]R ( M )
1 L 2πd M = ( ) (tanh ) m H L
1 2 1 ? 2

4πd K3 2πd L ( R1 ) m = tanh( (1 + ) 4πd 2 L sinh( ) L

M
R (M )

( R1 ) m

与斜坡的m值有关的函数; 与斜坡的m值有关的函数; 爬高函数; 爬高函数; 相应于一定的d/L d/L时候爬高或者落深的最大值 相应于一定的d/L时候爬高或者落深的最大值
3.32

爬高函数 Ru ( M ) = 1.09 M exp( ?1.25M ) 落深函数 R ( M ) = 0.350 M exp( ?0.42 M ) ? 7.8M exp( ?2.69 M )
1.954 2.02 d

复式断面爬高计算(堤防规范) C 复式断面爬高计算(堤防规范) 对于带有平台的复坡, 对于带有平台的复坡,可以先确定断面的 折算坡度, 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。

上、下坡度一致

上平下陡

下平上陡

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(上)=1~4 m(上 ? m(下)=1.5~3 m(下 ? Dw/L=-0.067~0.67 /L=? B/L<=0.25 应用在平台在静水位附近。 应用在平台在静水位附近。堤坡断面均为斜 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。

D 堤前有压载时的爬高计算

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dw/H<=1.5,M<=1.5时候,还要考虑dw的影响. /H<=1.5,M<=1.5时候,还要考虑dw的影响. 时候 dw的影响



题:

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。

越浪量计算
一般海堤在设计波浪作用下都允许有少量越浪。 一般海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, 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。 浪量的计算进行校核堤顶高程。
定义: 定义: 海堤越浪现象:指海堤受到大的风浪袭击时,因浪高超过 海堤越浪现象: 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。 海堤越浪量: 海堤越浪量:指1m单位宽度海堤上每秒钟波浪翻越海堤的 水量。其单位为 m3 / s ? m

《海堤工程设计规范 海堤工程设计规范》(SL 435—2008)推荐公式 海堤工程设计规范 SL 435—2008) 1、斜坡顶无胸墙时,越浪量的计算 ?1.7 2 ? 1.5 2 ? ? ? d ? ? gTp2 m Hc H q = AK A + th ? ? 2.8 ? ? × ln ? ? ? ? ? H1 3 ? ? 2π H1 3 Tp ? H1 3 ? ? m ? ? ? ? ?
式中 : q ——单宽平均越浪量(m 3/ ( m ? s )); H ——波高,采用H13% ; H c ——波顶在静水面以上的高度(m); Tp ——谱峰周期(s),可取 Tp =1.2T A——经验系数; K A ——护面结构影响系数
Hc

d
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
2 ? 0.3 ' ? ? ? d ?? gTp2m b1 H ? ( Hc H1 3 ) exp ? 0.5 ? + th ? ? 2.8? ? ln q = 0.07 ? BKA ? ? ? H1 3 ?? 2H1 3 ? Tp ? m 2π H1 3 ? ? ?? ? 2

B——经验系数,查表确定

顶部有胸墙的斜坡式建筑物

允许越浪量: 允许越浪量: 允许越浪量根据海堤表面防护情况按《规范》中表6.6.2取

工程实例
(一)防潮标准:采用百年一遇作为计算防潮标准 防潮标准: (二)海堤型式:斜坡式,岸顶高程4.5m,陡墙式混凝土防 海堤型式: 海堤型式 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复核 堤顶高程复核和越浪量复核

计算参数 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

堤顶高程复核式: 堤顶高程复核式 ZP=hP+RF+A 1.设计波浪推算: 1.设计波浪推算:由当地风场要素推算波浪要素 设计波浪推算 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)

gH gd 0.7 0.0018( gd / V 2 ) 0.45 = 0.13th[0.7( 2 ) ]th{ } 2 2 0.7 V V 0.13th[0.7(( gd / V ) )] gT gH 0.5 = 13.9[ 2 ] ? H = 0.587m, T = 3.4 s, L = 17.2m V V

特征波:
H1% = 2.23H = 1.309m, H1/ 3 = 1.6 H = 0.939m, TP = 1.33T = 4.522 s
2.波浪爬高 2.波浪爬高 采用正向不规则波的爬高计算公式

R1% = K ? Kυ R1 H1%
栅栏板护坡糙渗系数KΔ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高:R1%=1.8

3.堤顶高程复核 3.堤顶高程复核 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 防浪墙顶高程勉强满足要求。 4.越浪量核算 4.越浪量核算
3 根据护面情况,允许越浪量为0.05 根据护面情况,允许越浪量为0.05 m / s ? m

( q = 0.07

' Hc H

2 ? 0.3 ? gTp2m ?d ? ) exp ? 0.5 ? b1 ? BK H + th ? ? 2.8? ? ln ? ? ? A 2H ? 2π H Tp ? m ? ?H ?? ? ? 2

B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: q = 1.6037 × 10?5 m3 / s ? m 计算越浪量<允许越浪量,满足允许越浪量要求。

2 护坡计算
主要设计内容 A 砌石护坡厚度计算 (1)《港口工程技术规范》 (1)《港口工程技术规范》法 (2) 裴什金法 海堤工程设计规范》 (3) 《海堤工程设计规范》法 B 稳定重量计算 (1) 单个块石或人工块体稳定重量计算 (2) 护底块石稳定重量计算 C 护面混凝土板厚度计算

A 砌石护坡厚度计算 (1)《港口工程技术规范》 海港水文规范P73 (1)《港口工程技术规范》法(海港水文规范P73
8.2.9) 8.2.9)
h = 1.3Kγ H ( K md m2 + 1 + Kσ ) m

? 注意《海港水文规范》中公式的使用范围 注意《海港水文规范》 包括坡度、 包括坡度、相对水深和波坦 ? 坡度m: 1.5~3 坡度m: ? 堤前相对水深d/H: 1.5~4 堤前相对水深d/H: ? 波坦L/H: 10~25 波坦L/H: ? 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: 当 d / L ≥ 0.125 ,H取H4%, 计算波高取值: 当 d / L < 0.125 H取H13%.

A 砌石护坡厚度计算 (2) 裴什金法—《堤防规范》中采用,结果比较适中 《堤防规范》中采用,
使用范围: 使用范围:1.5<=m<=5

h = 1.3 KK γ
系数取值

H m

3

L H

? K,干砌块石 干砌块石0.266 干砌块石 ? H的取值 的取值d/L>=0.125, H4%, 的取值

<0.125 H13%

注意:裴什金法也可以用在浆砌块石厚度, 注意: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,H均取 浆砌块石厚度计算时,H均取H13%. ,H

A 砌石护坡厚度计算
(3)《海堤工程设计规范》 (3)《海堤工程设计规范》法(P113) P113) 干砌块石护面

H t = K1 γb ?γ m

γ

3

L H

m = cot α

A 砌石护坡厚度计算
(3)《海堤工程设计规范》 (3)《海堤工程设计规范》法(P113) P113) 干砌条石

m2 + 1 ? d t = 0.744 ? 0.476 + 0.157 H γb ?γ m + A ?

γ

? ?H ?

算例

人工块体或块石护面层厚度计算

层数:2~3层 层数:2~3层 先计算稳定块体重量,再计算厚度, 先计算稳定块体重量,再计算厚度,便于图 纸上标明厚度
? Q ? t = nC ? ? ? 0.1γ b ?
1 3

人工块体的个数计算: 人工块体的个数计算:
' ? 0.1γ b ? N = AnC (1 ? P ) ? ? ? Q ? 2 3

空隙率: 空隙率: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。

B 稳定重量计算 (1)单个块石或人工块体稳定重量计算

容许失稳率表示静水面上下一个波高范围内, 容许失稳率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 波浪打击移动和滚落的块体个数所占的百分比

材料:经过分选的块石、 材料:经过分选的块石、异形块体 注意: 注意: 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. 在破波区域的块石重量应当适量加重,可以 在破波区域的块石重量应当适量加重, 比计算的重量增加10%~25%, 10%~25%,另外在堤头的 比计算的重量增加10%~25%,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 量的1/20 1/20~ 量的1/20~1/10

B 稳定重量计算
(2)护底块石稳定重量计算

B 稳定重量计算
(2)护底块石稳定重量计算
护底块石的稳定重量, 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2m/s、3m/s、4m/s和5m/s相应的 、 与最大波浪底流速为 、 和 相应的 护底块石重量为60kg、150kg、400kg和800kg。 护底块石重量为 、 、 和 。 1、斜坡堤前最大波浪底流速(近破波) 、斜坡堤前最大波浪底流速(

umax =

πH πL
4π d sh g L

umax =

πH πL
4π d sh g L

C 护面混凝土板厚度计算 使用范围:斜坡坡度m=2~5 使用范围:斜坡坡度m=2~5

栅栏板厚度: 栅栏板厚度:

? 斜坡坡度系数m=1.5~2.5时 ,栅栏板的厚 斜坡坡度系数m=1.5~2.5时 m=1.5 度按下式计算: 度按下式计算:
0.61 + 0.13d / H h = 0.235 H 0.27 γb ?γ m

γ

? d_堤前水深 d_堤前水深

3 防护墙稳定计算 P G Pe

Pu

稳定计算内容: 稳定计算内容: A 墙身抗倾复稳定性计算 B 墙身整体沿墙底面或墙身沿各水平缝的抗滑 稳定性计算 施工期间, C 施工期间,防护墙稳定性 D 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定 E 地基稳定计算

计算工况

A 墙身抗倾复稳定性计算

B 各水平缝抗滑稳定计算

抗倾稳定安全系数

抗滑稳定安全系数

C 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定(非粘 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定( 性土) 性土)

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( 粘性土) 粘性土)

4 防浪胸墙稳定计算
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 基本荷载:自重、设计潮位时的波浪压力、土压力 基本荷载: 特殊荷载: 特殊荷载:地震荷载以及其它出现机会较少的荷载

抗倾、抗滑稳定计算

K ≥ KYX
K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》

主要荷载:波浪水平力,波浪上托力 主要荷载:波浪水平力, 参考海港水文规范中的8.2.11 8.2.11) (参考海港水文规范中的8.2.11)

荷载计算过程: 荷载计算过程: A 先按堤前水深和波高确定堤前波浪形 态,依次分类确定波压力计算公式 计算海堤前水深的波压力分布, B 计算海堤前水深的波压力分布,截取 作用与胸墙部分的波压力 参考海港水文规范8.1 8.1) (参考海港水文规范8.1)

(一)波浪对胸墙的作用及组合 ? 计算波浪对胸墙作用力时,一般波高采 计算波浪对胸墙作用力时, 1%波高 波高, 用1%波高,波长由平均周期算得
p

(负值)

胸墙上的平均压强及波压力分布高度
(1)无因次参数 ξ 、 ξ b 按规范《海港水文规范》 按规范《海港水文规范》 JTJ213-98公式计算 JTJ213-98公式计算
? d1 ?? d ? ξ = ? ?? ? ? d ?? H ?
2πH L

-

?H ? ξ b = 3.29? + 0.043 ? ?L ?

d1---胸墙前水深( ),当静水面在胸墙底面以下 d1---胸墙前水深(m),当静水面在胸墙底面以下 ---胸墙前水深 时,d1为负值, d1为负值, 为负值 ——堤前水深 堤前水深( d——堤前水深(m); ——设计波高 设计波高( H——设计波高(m); ——波长 波长( L——波长(m); ? 该参数实际上反映的是防浪墙的位置,包括离水面高 该参数实际上反映的是防浪墙的位置, 波浪爬坡高度, 度,波浪爬坡高度,及波浪特性

按规范《 (2)波峰作用时胸墙上平均压力强度 按规范《海港 水文规范》JTJ213—98公式计算: 98公式计算 水文规范》JTJ213 98公式计算:


ξ < ξb

p = 0.24γHK p
K P ——与无因次参数 ——与无因次参数 强度

ξ

和波坦

L H

有关的平均压力

(3)墙上波压力分布高度 d1 + Z (m )

? 2πd ? d1 + Z (m ) = Hth? ?K z ? L ?
——与无因次参数和波坦有关的波压力作用高 K z ——与无因次参数和波坦有关的波压力作用高 度系数

(4)单位长度胸墙上水平波浪力标准值P( KN m ) 单位长度胸墙上水平波浪力标准值P 的计算: 的计算:

P = p (d1 + Z )
(5)单位长度胸墙底面上的波浪浮托力标准值计算
bp Pu = ? 2

? ——波浪浮托力折减系数,采用0.7 ——波浪浮托力折减系数 采用0.7 波浪浮托力折减系数, b——胸墙底宽(m) ——胸墙底宽 胸墙底宽(m)

(二)防浪胸墙抗滑、抗倾稳定性验算 防浪胸墙抗滑、
(1)沿墙底抗滑稳定性的承载能力极限状态设计,按 沿墙底抗滑稳定性的承载能力极限状态设计, 下式计算

γ 0 γ p P ≤ (γ G G ? γ u Pu ) f + γ E E b
γ 0 ——结构重要性系数; ——结构重要性系数 结构重要性系数; r p ——水平波浪力分项系数; ——水平波浪力分项系数 水平波浪力分项系数;

海测

ru——波浪浮托力分项系数; ——波浪浮托力分项系数 波浪浮托力分项系数;
——自重力分项系数 自重力分项系数; rG——自重力分项系数; ——土压力分项系数 土压力分项系数; rE——土压力分项系数; ——胸墙底面摩擦系数设计值 胸墙底面摩擦系数设计值。 f——胸墙底面摩擦系数设计值。

(2)沿墙底抗倾稳定性的承载能力极限状态设计, 沿墙底抗倾稳定性的承载能力极限状态设计, 按下式计算: 按下式计算:

γ 0 (γ p M P + γ u M u ) ≤ (γ G M G + γ E M E ) / γ d
——水平波浪力的标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 M P——水平波浪力的标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 kN· (kN·m); M u——波浪浮托力的标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 ——波浪浮托力的标准值对胸墙后趾的倾覆力矩 kN· (kN·m); M G——胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩( ——胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩 胸墙自重力标准值对胸墙后趾的稳定力矩( kN· kN·m); ——土压力的标准值对胸墙后趾地面的稳定力矩 M E——土压力的标准值对胸墙后趾地面的稳定力矩 kN· (kN·m); γ d ——结构系数,取1.25; ——结构系数 结构系数, 1.25;

5 海堤抗滑稳定计算 (1)海堤稳定计算要解决的问题: 海堤稳定计算要解决的问题: 1 根据地基强度指标和工程的安全系数, 根据地基强度指标和工程的安全系数, 设计海堤。 设计海堤。 根据海堤断面,验算稳定性。 2 根据海堤断面,验算稳定性。 (2)重度的选择 A B C D 浮容重 干容重 饱和容重 浸润线的确定

(3)海堤抗滑计算的工况

(4)海堤抗滑计算方法 A 总应力法 B 有效应力法

海堤地基强度指标和应用范围

A 总应力法(瑞典条分法) 总应力法(瑞典条分法)

不考虑土条两侧 面的相互作用力

B 有效应力法

6海堤沉降计算
淤泥: 天然含水率大于液限, 淤泥: 天然含水率大于液限,天然孔隙率大于 等于1.5的粘性土. 1.5的粘性土 等于1.5的粘性土. 淤泥质土: 天然孔隙率小于1.5,但是大于1.0 1.5,但是大于 淤泥质土: 天然孔隙率小于1.5,但是大于1.0 的粘性土. 的粘性土. 概念: 概念:初始沉降 固结沉降 沉降原因: 沉降原因: 初始沉降 固结沉降

A 初始沉降

B 固结沉降
分层总和法:

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,一般堤基的m=1.0,对软土堤基可采用m=1.3~ 1.6,堤身较高、堤基土较软弱时取较大值,否则取较小值。

1、首先在防波堤断面上选择沉降计算点的位 再按作用在基础上荷载的性质, 置,再按作用在基础上荷载的性质,求出 基地压力的大小和分布。 基地压力的大小和分布。当基础有埋置深 度d时,采用地基净压力 p n = p ? γd 去计算地 基中的附加应力 2、将地基分层。在分层时天然土层的交界面 将地基分层。 为分层面,同时在同一类土层中, 为分层面,同时在同一类土层中,各分层 的厚度不宜过大。 的厚度不宜过大。 3、计算地基中土的自重应力分布。求出计算 计算地基中土的自重应力分布。 自重应力分布 点垂线上各分层层面处的竖向自重应力( 点垂线上各分层层面处的竖向自重应力( σ s 从地面算起)。 从地面算起)。

4、计算地基中竖向附加应力分布。根据海堤三角形 计算地基中竖向附加应力分布。 简化,条形基础上受三角形均布荷载作用。 简化,条形基础上受三角形均布荷载作用。此时 地基附加应力系数采用下式进行计算: 地基附加应力系数采用下式进行计算:

(m ? 1)n ? 1? ? ? m ? 1 ?? ?m? K = ?m ?arctg ? ? ? arctg ? ?? ? 2 2 ? π? ? ?n? ? n ?? (m ? 1) + n ?
z t

n = z/b ? 其中参数 m = x / b ? 式中: 式中: ? ——基底宽度 基底宽度; b ——基底宽度; ? ——计算点距角点距离 取值); 计算点距角点距离( x ——计算点距角点距离(取值); ? ——计算点垂线上各分层层面距地面距离 计算点垂线上各分层层面距地面距离。 z ——计算点垂线上各分层层面距地面距离。 σ z = K tz ? p n 求出计算点垂线上各分层层面处 ? 由 的竖向附加应力 σ z 。当 σ z < 0.2σ s 时,确定该 处深度为压缩层的厚度。 处深度为压缩层的厚度。

5、按算术平均求各分层平均自重应力 σ si 和平均附加应力 σ zi :
σ si = σ zi =

(σ si )上 + (σ si )下
2 (σ zi )上 + (σ zi )下 2

(σ si )上 , si )下 — —第i分层上、下面的自重应 力 (σ

(σ zi )上 , zi )下 — —第i分层上、下面的附加应 力 (σ
由此查得孔隙比

6、求第i分层的压缩量。根据第i分层的平均初始应 求第i分层的压缩量。根据第i 力 p1i = σ si 及初始应力与附加应力之和 p 2i = σ si + σ zi 得到每层土体的压力增量。 ,得到每层土体的压力增量。 1 ?pi = σ zi 于是可得第i分层的压缩量。S i = ?pi H i 于是可得第i分层的压缩量。
E si

7、最后将每层的压缩量累加

海堤设计算例
地理位置
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。

水文
极端高水位(重现期50 年一遇) 极端低水位(重现期50 年一遇) 设计高水位(高潮累积频率10%) 设计低水位(低潮累积频率90%) 4.51m -4.12m 3.22m -3.01m

拟建工程围堤前沿设计波高 :
项目 水位 极端高水 位 NE 设计高水 位 极端高水 位 E~ESE 设计高水 位 备注 3.92 3.92 3.70 12.1 83.0 0 6.86 3.92 3.92 3.92 11.7 80.2 0 12.1 92.5 0 6.85 H1%(m) H4%(m) H13%(m) T(S) L(m) C(m/s) 11.7 89.3 0

4.93

4.93

4.70

7.63

4.77

4.32

3.80

7.65

1.重现期为50年一遇

地质 :
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)①:根据颗粒组成差异可细分为: a.淤泥质粘土(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2~5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60~90%,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2~7 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)②: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,直径一般约2~3cm,最大约4cm, 饱和;该层标贯实测击数12~25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4~11击,>15m段标贯实测击数7~16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)③: 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30~40%,局部夹碎石, 直径一般约2~3cm,最大约8cm;该层标贯实测击数16~25 击,呈可~硬塑状,属中压缩性土,力学强度较高,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 13~25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4~5cm,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)④: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21~28击,呈 可~硬塑状,属中压缩性土,力学强度较高,工程性能 较好。 5、全风化火山岩(J3nC)⑤: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32~42击,岩石极破碎, 属极软岩,岩体基本质量指标为Ⅴ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)⑥: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53~98击,岩石极破 碎,属软岩,岩体基本质量等级为Ⅴ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Ⅴ类,力学强度较高,工程性 能较好。 7、中风化火山岩(J3nC)⑦: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Ⅳ类,力学强度较高,工程性能较好。

设计过程
一、确定工程等级 项目为中型企业,确定填海造地工程围堤的工程 等级为Ⅲ级,防洪标准(重现期)取50年一遇设 50年 Ⅲ 50 计高潮位,波浪取50年一遇波要素。 二、确定围堤的结构断面型式 根据工程地质情况、材料资源及附近工程经验,围 堤拟采用抛石斜坡堤结构型式 抛石斜坡堤结构型式。 抛石斜坡堤结构型式 护面块体拟采用珊栏板。斜坡的坡度取1:2 珊 斜坡的坡度取1:2 斜坡的坡度取1:2。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。

三、确定斜坡堤的断面尺寸 1、堤顶高程
根据《海堤工程设计规范》,海堤堤顶高程按照下式计算:

Z P = hp + RF + A

按允许越浪计算波浪爬高: 按允许越浪计算波浪爬高:
正向规则波作用下: 正向规则波作用下: 糙渗系数

R = K ? R1 H

K ? = 0.49

K ? = 1, H = 1m

R1 = 2.1572
H1% = 4.88m H13% = 3.85m

R1% = 0.49 × 2.1572 × 4.88 = 5.158m
乘以换算系数 K F

R13% = K F × R1% = 0.71× 5.158 = 3.66m

风直接作用下: 风直接作用下:

R = K ? K v R1 H
波速: C =
L 77.2 = = 7.6435 T 10.1

风速: V = 32.7

V = 4.2781 C

KV = 1.2511

R1% = K ? KV R1 H1% = 0.49 ×1.2511× 2.1572 × 4.88 = 6.4535m
R13% = K F × R1% = 0.71× 6.4535 = 4.582m

Z P = hp + RF + A = 4.51 + 4.58 + 0.4 = 9.49m
实取10.3m 实取10.3m

2、越浪量验算
按堤顶有胸墙计算越浪量:

Q = 0.00973m / s ? m
3
3 根据护面情况,允许越浪量为0.05 根据护面情况,允许越浪量为0.05 m / s ? m

越浪量满足要求。 越浪量满足要求。

3、堤顶宽度 堤顶宽度取波高的1.10~1.25倍

B = (1.10 ~ 1.25) H1% = (1.10 ~ 1.25) × 4.88 = (5.3 ~ 6.1)m
取5.3m

4、护面结构
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:

d 0.61 + 0.13 γ H H t = 0.235 0.27 γb ?γ m

栅栏板重度:

γ b = 24kN / m

3

水的重度:

γ = 10.25kN / m

3

γb Sb = = 2.34146 γ

设计波高
堤前水深:d

= 极端高水位-泥面高程 = 4.51 + 2 = 6.5m
H1% = 2.42 H平均 H1% = 4.88m

H = 0.433 d

平均波高:

H = 2m

H > 0.3 取H13%=3.85m作为设计波高 d H ≤ 0.3 取H5%=4.41m作为设计波高 d

补充: 海港水文规范》 补充:《海港水文规范》
H1% = 2.42 H

H 4% = 2.03H H 5% = 1.95 H
H13% = 1.61H

代入算得:

t = 0.464m
取:

t = 0.5m

干砌块石起到垫层的作用 最底层的垫层起到整平的作用,有利 最底层的垫层起到整平的作用, 于块石砌筑。 于块石砌筑。

平台一般在大小潮位之间,并且考虑行车的需要

四、稳定性验算 采用瑞典圆弧滑动法计算

五、沉降计算

地基不错,几乎全是砂土,沉降没那么重要,就不算了

7软土地基加固
A、软土地基处理采用方法出发点: 软土地基处理采用方法出发点: 工程上能否实现, 工程上能否实现,经济上是否合理 B、主要处理方法: 主要处理方法: (1)置换砂垫层法----也叫清淤法 置换砂垫层法---(1)置换砂垫层法----也叫清淤法 适用范围,软土比较薄(小于4m) 4m)。 适用范围,软土比较薄(小于4m)。砂石垫层 (2)镇压层法 (2)镇压层法 作用:增加海堤断面的抗滑力矩, 作用:增加海堤断面的抗滑力矩,提高 圆弧滑动的安全系数, 圆弧滑动的安全系数,改善堤基的应力分 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, 注意:要对称施工,以免失稳 不利因素: 不利因素:占用较大土地面积

(3) 排水砂垫法 砂垫厚度大于50cm 软土厚度不超过5m 50cm, 砂垫厚度大于50cm,软土厚度不超过5m (4) 竖向排水预压固结法

竖向排水预压固结法的布置和要求: 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: 间距2 长度小于20m 排水砂井: 间距2-4m, 长度小于20m 袋装砂井: 间距1 长度10 10袋装砂井: 间距1-1.5m, 长度10-20m 塑料板排水: 间距1 1.5m,一般长度小于 一般长度小于20m 塑料板排水: 间距1-1.5m,一般长度小于20m 不利面:承受水平切力的能力差, 不利面:承受水平切力的能力差,容易被切割

(5) 土工织物法 作用:可以提供元弧滑动的安全系数, 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) 爆破挤淤法
连云港田湾核电站

8 海堤防渗与堵漏
A、防渗计算: 防渗计算:

C—渗径系数

A、防渗计算: 、防渗计算:

防渗土: 防渗土:
? 小潮高潮位以下用海泥,以上用山土.并 小潮高潮位以下用海泥,以上用山土. 且用海泥覆面. 且用海泥覆面. ? 设置反滤层 设置反滤层.

B 堵漏方法 堤防规范 堵漏方法(堤防规范 堤防规范p11.p14)
方法: 方法: 1 2 3 4 粘土铺盖 粘土截水槽 压力灌砂 减压井


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