海岸工程3海堤斷面及構(gòu)造ppt（99頁）

1、海岸工程(I）河海大學(xué)港口航道專業(yè)海岸及海洋工程研究所本次課時(shí)需掌握內(nèi)容1、復(fù)習(xí)潮位以及設(shè)計(jì)波要素的確定2、海堤的斷面型式3、海堤的基本斷面確定4、海堤的構(gòu)造第二章 海岸防護(hù)工程 第一節(jié) 海堤1、水文動(dòng)力要素的確定潮位: 重現(xiàn)期的推算波浪:A 波高累積頻率的計(jì)算 B 波浪重現(xiàn)期的推算第二章 海岸防護(hù)工程二、設(shè)計(jì)潮位計(jì)算1、設(shè)計(jì)高潮位的推算設(shè)計(jì)高潮位由年最高潮位頻率計(jì)算法確定資料要求：根據(jù)港口水文規(guī)范，最高潮位頻率需要20年以上的連續(xù)年最高潮位資料計(jì)算方法：A、極值I型分布（耿貝爾分布） B、PIII型分布第二章 海岸防護(hù)工程極值I型分布:A、n年高潮位平均值B、年高潮位均方差C、與年頻率P（%

2、）對(duì)應(yīng)的高潮位hp,D、經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)2、資料中有特大值時(shí)設(shè)計(jì)高潮位的推算法把n年的資料放大至N年的資料A、N年高潮位平均值B、年高潮位均方差C、與年頻率P（%）對(duì)應(yīng)的高潮位hp,D、經(jīng)驗(yàn)頻率點(diǎn)第二章 海岸防護(hù)工程3、資料短缺情況下設(shè)計(jì)高潮位的推算方法一：相關(guān)分析法系數(shù)：相關(guān)系數(shù)：方法二：“極值同步差比法”求設(shè)計(jì)高潮位Case 1資料要求： A、當(dāng)?shù)?年以上潮位觀測(cè)資料和臨近水域20年以上潮位資料.B.條件：潮汐性質(zhì)相似、地理位置相近、受河流徑流影響相似、受增減水影響相似。C.原理：假定兩地相同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)高潮位與平均海平面的差值同兩地的年最高潮位平均值與平均海平面的差值 方法二：“極值同步差比法

3、”求設(shè)計(jì)高潮位Case 2資料要求： A、有在資料短缺下（無5年以上資料），應(yīng)有在待計(jì)算點(diǎn)與臨近水域有20年以上資料的潮位站有短期觀測(cè)資料.（例如一個(gè)月）B.條件：潮汐性質(zhì)相似、地理位置相近、受河流徑流影響相似、受增減水影響相似。C.原理：假定兩地相同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)高潮位與平均海平面的差值同兩地的年最高潮位平均值與平均海平面的差值，而年最高潮位平均值與平均海平面的差值與短期內(nèi)的相應(yīng)值相等 D.基本過程：（1）利用短期資料中潮差比較大的時(shí)間段，計(jì)算兩地平均海平面。（2）驗(yàn)證兩地潮型是否相似。（3）（4）（5）第二章 海岸防護(hù)工程三、設(shè)計(jì)波浪計(jì)算1、波高累積頻率計(jì)算熟悉波高累積頻率計(jì)算的過程目的:建

4、立平均波高與各種累積頻率下波高的關(guān)系,推求各種累積頻率下波高深水:波高滿足Rayleigh分布： 或淺水:波高滿足格魯霍夫斯基分布或 第二章 海岸防護(hù)工程2、設(shè)計(jì)重現(xiàn)期的推算資料： 20年以上的波浪實(shí)測(cè)資料，分方向。方法：PIII型分布 第二章 海岸防護(hù)工程四、海堤斷面型式按海堤臨水面外形特點(diǎn)來區(qū)分,海堤可以分為1. 斜坡式 2. 陡墻式3. 混合式1. 斜坡式 A.形式-坡度小于45度,堤身以土料填筑為主,迎水面設(shè)護(hù)坡.B.護(hù)坡種類-干砌塊石或條石、漿砌塊石、拋石、混凝土預(yù)制板、現(xiàn)澆筑整體混凝土、瀝青混凝土、人工塊體、水泥土和草皮護(hù)坡。C.特點(diǎn)-迎水面坡度緩慢、穩(wěn)定性好、堤前反射??；堤身寬大

5、，地基應(yīng)力引起的堤身變形和局部破化適應(yīng)性強(qiáng)，便于修復(fù)D.缺點(diǎn)-波浪爬高大；在灘地高程比較低的情況下，由于施工時(shí)候往往要求先堆土方、后做護(hù)坡，容易導(dǎo)致土方流失。所以只能應(yīng)用在小潮高潮位以上的高灘圍墾海堤工程第二章 海岸防護(hù)工程斜坡式分類:單坡、折坡、復(fù)坡斜坡式種類:單坡、折坡、復(fù)坡復(fù)坡：在坡面的某一高程上設(shè)置平臺(tái)，構(gòu)成復(fù)式斜坡，其有利的方面包括：堤身穩(wěn)定、對(duì)坡面上的波浪爬高有比較大的影響。注意點(diǎn)：平臺(tái)轉(zhuǎn)彎角度處的波能集中處要加強(qiáng)防護(hù)措施。戧臺(tái)的作用胸墻的定義、位置和作用堤腳的處理:設(shè)置拋石棱體,或作大方腳或丁砌條石、坡前做單樁夾石或兩樁夾石等保持堤基穩(wěn)定的措施：海堤兩側(cè)的底部做鎮(zhèn)壓層或在地基上鋪

6、排水砂墊層第二章 海岸防護(hù)工程2 陡墻式：優(yōu)缺點(diǎn)2.陡墻式A.形式-坡度大于45度, 迎水面采用塊石和條石.后方以土料填筑為主，分布于浙江舟山為主。B.優(yōu)點(diǎn)-斷面小，土方量少；施工中以石方掩護(hù)土方，減少土方流失，適用于小潮低潮位附近、灘面高程比較低的圍堤工程；爬高小。C.缺點(diǎn)-地基應(yīng)力集中，地基要求高。(一般在基床上）；波浪反射大，以立波為主，時(shí)常引起底流速增大易產(chǎn)生堤角沖刷；堤前有破波，波浪力作用強(qiáng)烈，對(duì)堤身破壞性大；破壞以后難修復(fù)。第二章 海岸防護(hù)工程3混合式：混合式A.形式-迎水面由陡墻和斜坡組成，2種主要形式 （1）迎水面上部斜坡，下部陡墻，陡墻頂在平均高潮位附近。 （2）迎水面下部斜

7、坡式拋石棱體，上部陡墻，棱體頂在平均高潮位附近。B.特點(diǎn)-前兩種海堤兼有。海堤斷面型式的選擇主要有地形、地質(zhì)、水文、材料、施工條件等因素影響。在破波帶以外，或者水深比較小波浪不大區(qū)域，可以考慮采用直立式，以內(nèi)，則考慮采用斜坡式。波浪動(dòng)力作用也是重要因素。第二章 海岸防護(hù)工程五、海堤基本斷面的確定1 堤頂高程 2 堤頂寬度3 堤身邊坡第二章 海岸防護(hù)工程1 堤頂高程 (見堤防規(guī)范P15,P118) A、堤頂高程是指沉降以后的高程，有防浪墻的海堤，則指其高程。B、堤頂高程的確定影響因素： 海堤防御標(biāo)準(zhǔn)中的潮位和波浪的重現(xiàn)期； 波列累積頻率確定； 當(dāng)?shù)氐臍庀蠛退臈l件； 海堤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第二章 海岸

8、防護(hù)工程1 堤頂高程具體確定方法:必須高出設(shè)計(jì)高潮位0.5H1%以上堤頂高程設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題 設(shè)計(jì)波浪爬高的累積率： 采用不規(guī)則波浪試驗(yàn)時(shí)候，對(duì)于不允許越浪的，統(tǒng)計(jì)的累計(jì)率取2%；對(duì)允許越浪情況取13%； 采用規(guī)則波，不允許越浪時(shí)候波高取H2%，允許取H13%。 安全超高值-允許越浪取0.30.5m 不允許取0.51.0m第二章 海岸防護(hù)工程2 堤頂寬度考慮因素：自身穩(wěn)定、地基穩(wěn)定、防浪防滲要求、施工和防汛搶險(xiǎn)要求。一般尺寸的介紹:堤頂寬度不小于34m,淤泥質(zhì)海岸也可以取68米。第二章 海岸防護(hù)工程3 堤身邊坡考慮因素：斷面型式、護(hù)坡類型及材料、堤身材料、波浪作用情況、地基條件及施工條件海堤內(nèi)

9、外邊坡的初步確定海堤護(hù)坡類型外坡坡比內(nèi)坡坡比斜坡式海堤干砌塊石護(hù)坡1:21:3:水上（粘性土）:1.51:3.0（砂性土）1：3.01：5.0:水下海泥慘沙1：51：10山土/砂壤土1：51：7漿砌塊石混凝土護(hù)坡1:21:2.5拋石護(hù)坡不小于1:1.5人工塊石護(hù)坡1:1.251:2.0陡墻（防護(hù)墻）1:0.21:0.7混合式參照塊石護(hù)坡和陡墻確定堤身邊坡確定過程:首先根據(jù)海堤內(nèi)外邊坡的材料初步確定海堤的坡面,然后進(jìn)行穩(wěn)定和風(fēng)浪爬高實(shí)驗(yàn),以確定合理的海堤邊坡.在進(jìn)行內(nèi)邊坡坡度設(shè)計(jì)時(shí)候,對(duì)于干砌塊石護(hù)坡、漿砌塊石混凝土護(hù)坡等,其邊坡可以參考外坡并適當(dāng)加陡.無護(hù)面的土堤：粘土1：21：3砂質(zhì)海堤1：

10、51：15江蘇如東地區(qū)為125：135一對(duì)矛盾：減小坡度（1：1.51：2.0），增加了波浪爬高；放緩坡度，增加工程量。問題：如何減少波浪的爬高（1）設(shè)置消浪平臺(tái)平臺(tái)設(shè)計(jì)：高程在是設(shè)計(jì)高潮位附近，寬度為12倍設(shè)計(jì)波高，且不小于23m在海港水文規(guī)范規(guī)定，平臺(tái)寬度為0.52H可以減少波浪爬高15%25%第二章 海岸防護(hù)工程五、海堤的構(gòu)造1 堤頂及防浪墻2 護(hù)坡3 護(hù)坡墊層4 護(hù)坡基腳5 防護(hù)墻第二章 海岸防護(hù)工程1 堤頂及防浪墻堤頂：要結(jié)合實(shí)際分成幾種情況（1）有公路要求情況下，要結(jié)合公路設(shè)計(jì)要求（2）無公路要求，需要考慮雨水和浪花的沖刷，需要有防護(hù)措施。（包括三合土、碎石蓋面保護(hù)、混凝土板）（3

11、）堤頂護(hù)面向內(nèi)坡側(cè)傾斜，坡度為2%4%，在內(nèi)坡及內(nèi)坡平臺(tái)上設(shè)置排水系統(tǒng)。防浪墻：（1）位置：一般安置在堤頂外側(cè)，特殊情況下在內(nèi)側(cè)。（2）構(gòu)成：由塊石、條石干砌或漿砌、預(yù)制混凝土塊。（3）主要經(jīng)驗(yàn)尺寸：高度0.81.2m,底寬是0.81.2m，頂寬是0.61.0，引水面為直立或弧形，背水面坡度：0.21：0.5入土深度不小于0.3第二章 海岸防護(hù)工程2 護(hù)坡護(hù)坡的主要作用：保護(hù)堤身填土免受風(fēng)浪、潮流的沖刷，同時(shí)防止雨水的侵蝕.護(hù)坡基本要求A 在波浪潮流作用下，護(hù)坡能夠穩(wěn)定安全，因此要有足夠的重量和厚度B護(hù)坡下設(shè)置反濾層或者過渡層防止因堤內(nèi)滲流而流失堤土C 要有足夠的保護(hù)范圍D因就地取材、施工簡(jiǎn)單

12、、便于維修、造價(jià)經(jīng)濟(jì)第二章 海岸防護(hù)工程護(hù)坡種類A 塊石（拋石，干砌和漿砌）B 混凝土塊體C 瀝青混凝土D 人工塊體E 水泥土、草皮等第二章 海岸防護(hù)工程常用護(hù)坡方法的設(shè)計(jì)：A 干砌塊石，漿砌塊石干砌塊石優(yōu)點(diǎn):柔性好,能適應(yīng)堤身變形,對(duì)于堤身土流失形成局部掏空能即使發(fā)現(xiàn),干砌塊石缺點(diǎn):整體穩(wěn)定性差,抗御風(fēng)浪和潮流能力差,滲流和波浪作用下堤身易流失堤土.漿砌塊石優(yōu)點(diǎn):整體穩(wěn)定性好,抗御風(fēng)浪和潮流能力強(qiáng)漿砌塊石缺點(diǎn):柔性差,局部沉降會(huì)引起護(hù)面塌陷而破壞,同時(shí)護(hù)面空隙小,波浪爬高也相應(yīng)增加.單個(gè)塊石重量的初步確定，漿砌塊石設(shè)計(jì)變形縫和排水孔的要求，混凝土標(biāo)號(hào)要求。單個(gè)塊石重量的初步確定:(1)單塊體

13、重量參考海堤設(shè)計(jì)部分(2)同時(shí)滿足最小厚度不小于3040cm漿砌塊石設(shè)計(jì)變形縫和排水孔的要求:(1)變形縫間距1015cm(2)排水孔終橫間距23cm混凝土標(biāo)號(hào)要求:(1)一般用10號(hào)混凝土砂漿砌筑,15號(hào)水泥砂漿勾縫,塊石間砌縫寬度23cm(2)混凝土灌砌石護(hù)面,在塊石間縫灌100號(hào)小粒徑混凝土,同時(shí)塊石間砌縫寬度不小于混凝土骨料最大顆粒的23倍.注意:C10號(hào)混凝土含義是軸心抗壓強(qiáng)度為5.0Mpa C20號(hào)混凝土含義是軸心抗壓強(qiáng)度為10.0Mpa砌塊石布置要求:為了增強(qiáng)抗浪能力,將塊石頭進(jìn)行豎砌或條石丁砌, 厚度可以達(dá)到0.61.2m.抵御3m的波高.B.拋石護(hù)坡優(yōu)點(diǎn):適應(yīng)堤身變形,消浪性

14、能好.缺點(diǎn):整體穩(wěn)定性差,整體抗御風(fēng)浪和潮流能力差.用途:適用于臨時(shí)性的防護(hù)措施,或風(fēng)浪不是很大的永久性工程,厚度一般取5090cm.C.混凝土板類型:預(yù)制和現(xiàn)澆預(yù)制平面形態(tài):正方形和長(zhǎng)方形尺寸:0.5m*0.5、1.0*1.0m厚度：1520cm塊體連接：搭接式、舌榫式現(xiàn)澆需要考慮變形尺寸:5m*5m20m*20m厚度：1540cm塊體連接：瀝青混凝土D.人工塊體類型:四角空心方塊、柵欄板上海周邊的海堤、舟山北部島嶼E.水泥土護(hù)坡早期應(yīng)用在公路，土石壩建設(shè)上，主要考慮到當(dāng)?shù)責(zé)o石料 實(shí)例：河海大學(xué)的新馬路，秦淮新河的護(hù)坡主要技術(shù)考慮： 水泥含量的控制第二章 海岸防護(hù)工程3護(hù)坡墊層反濾層的作用:

15、防止堤身土的在波浪滲流作用下流失，并且做護(hù)面基礎(chǔ)?；窘?jīng)驗(yàn): 由2或3層無粘性材料組成,粒徑從堤內(nèi)向堤外逐漸增大. 粒徑35cm的碎石作為粘土填筑的土堤層材料,厚度不小于2030cm.自然級(jí)配的石渣作為過渡層,石渣片長(zhǎng)邊小于15cm,厚度不小于50cm;對(duì)于砂性土的堤身,過濾層厚度應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加到6080cmB 非粘性土堤的反濾層設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi): 表示反濾層不能太粗 表示反濾層不能太細(xì)問題:D15的意義 D15反濾層材料粒徑 d85被保護(hù)層粒徑美國(guó):在拋石護(hù)坡與堤身之間設(shè)置反濾層在最大波高=2.53.8cm, 最大波高1.2時(shí)候, D85反濾層材料=3.5.0cm,規(guī)律：波高大,反濾層粒徑比較粗,厚度

16、大 . 單層設(shè)置(美國(guó)):在最大波高1.m,最小厚度為15cm在最大波高1.m,且.4m 最小厚度為23cm在最大波高2.4m,且3.7m 最小厚度為30cm前蘇聯(lián): 不均勻系數(shù)層間系數(shù)俄羅斯:對(duì)于本層內(nèi)的材料:不均勻系數(shù)當(dāng)波高大于2m時(shí)候,層間系數(shù) 要求反濾層不能太粗第二章 海岸防護(hù)工程C 粘性土堤的反濾層設(shè)計(jì)墊層材料要求:含粘土顆粒(=7,含水量大于塑限的粘性土壤,最底墊層的不均勻系數(shù)濾層層間系數(shù): 不能有剝蝕,填料顆粒的粒徑=23; 允許剝蝕,填料顆粒的粒徑=1/5.Delft:建議有平臺(tái)的爬高是無時(shí)候的(1-B/L)倍裴什金法:應(yīng)用在上下坡度變化不大,且下坡比較緩,上坡比較陡.在平臺(tái)很

17、小時(shí)候,該法不符合實(shí)際上述計(jì)算公式的使用范圍是:M(上)=14M(下)=1.53Dw/L=-0.0670.67B/L=0.25F 堤前有壓載時(shí)的爬高計(jì)算計(jì)算步驟:先計(jì)算無壓載條件下的波高;將所得爬高值乘以壓載修正系數(shù);當(dāng)dw/H=1.5,M=1.5時(shí)候,還要考慮dw的影響.越浪量計(jì)算 一般防波堤在設(shè)計(jì)波浪作用下都允許有少量越浪。對(duì)于部分不允許波浪越過堤頂?shù)男逼碌?，需通過對(duì)越浪量的計(jì)算進(jìn)行校核堤頂高程。1、若斜坡堤不設(shè)置胸墻，其單位時(shí)間單位堤寬的越浪量按下式計(jì)算： 無胸墻斜坡堤波浪越浪量計(jì)算示意圖 堤頂在靜水面以上的高度（m）； 經(jīng)驗(yàn)系數(shù)； 護(hù)面結(jié)構(gòu)影響系數(shù)。2.若斜坡堤設(shè)置胸墻，如圖4.3所示，其越浪量按下式計(jì)算 有胸墻斜坡堤越浪量計(jì)算示意圖 經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 第二章 海岸防護(hù)工程2 護(hù)坡計(jì)算主要