海岸工程设计计算书.

《海岸工程学》课程设计
设计计算书
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2012年5月
摘要
为防止波浪对Palabuhan Ratu湾内电厂的侵袭，在海湾内建造防波堤，来形成有掩护的水域。

应本次设计任务书的要求，设计一总厂1284.628m防波堤，设计内容及步骤包括1.资料收集；2.结构选型；3.断面设计；4.施工图绘制。

一、工程概况
1、工程位置
拟建电厂位于印度尼西亚国南部爪哇岛的西南海岸Palabuhan Ratu 湾内，面对印度洋。

地理概位为：07°02′E，106°32′N。

2、工程内容
防波堤设计内容包括南防波堤和北防波堤，南防波堤总长1284.628m，北防波堤总长778.627m。

二、自然条件
1、气象
本地区属热带雨林气候，高温、多雨、风小、湿度大，每年1～3月份为雨季，6～9月份为旱季，其它月份为旱湿转换期。

1）气温
工程点气温特征值表
2）降水
单位：mm 各月降水量统计表（1996年～2005年）
2、水文
1）设计水位(平均海平面为基准)
设计高水位： 0.84m
设计低水位： -0.77m
极端高水位： 1.07m
极端低水位： -1.01m
海啸增水考虑 2m～3m
2）波浪
防波堤设计波要素
注：阴影部分为极限波高
3）潮流
最大流速为0.24cm/s。

3、工程地质
1)地质分层
根据中交三航设计院勘察公司编制的地质报告，拟建场区50m以浅从上到下主要发育以下地层：
Ⅰ细砂
浅褐～浅灰色，饱和，松散～稍密，土质较均匀，含铁质矿物。

局部颗粒较粗，为中细砂。

颗粒级配不良。

该层主要分布在拟建码头区和拟建防波堤的近岸段，而防波堤的其他区域基本缺失。

顶部的砂粒一般随海潮和海浪移动，一般直接出露于海底。

层厚一般2.0～5.0m，F9～M7段较薄，仅为0.7m左右，M3处较厚，为8.7m左右。

实测标贯击数5～12击。

Ⅱ粉砂
灰～浅灰褐色，饱和，松散～稍密（局部为中密状）。

土质不匀。

混少量粘性土；近岸的码头区和防波堤近岸区（是指防波堤靠岸钻孔F1和F9及其附近，以下所指相同）偶含少量中粗砂或小砾石，局部近中细砂；局部粉土含量高，为砂质粉土；在防波堤区局部为粉砂混淤泥质粉质粘土或为砂质粉土。

该层分布较广，除在南防波堤F1处缺失外，一般均有分布，且在防波堤区除近岸段外分布一般都较厚。

码头区和防波堤近岸区而厚度一般为3.0～6.0m，顶板标高一般为－4.0～－6.0m左右，局部（F9～M7）较高为－2.2m左右，局部（M3）较低为－10.0m左右；在防波堤远岸区域，厚度一般为5.0～10.0m，顶板标高一般为－8.0～－13.0m左右。

实测标贯击数一般为5～13击，总体呈现码头区和防波堤近岸区击数相对较大些，局部可达14～20击，而防波堤其他区域相对较为松散，击数小些，局部近3～5击。

Ⅱt 淤泥质粉质粘土混砂
灰～浅灰色，饱和，流塑（局部近粉质粘土混砂，呈软塑状）。

局部混粉砂较少，近淤泥质粉质粘土，局部为粉质粘土混粉砂。

干强
度中等，韧性中等。

该层在码头区和防波堤近岸区仅以透镜体状分布于Ⅱ粉细砂层（F9、M6、M1、M8孔中有揭示）中；顶板标高－5.0～－7.0m，厚度一般仅为30cm左右，但在F9孔处相对较厚，为3.5m左右；该层在防波堤近岸区以外的其它区域分布较为普遍，且一般直接分布于拟建防波堤区表部，厚度一般为2.5～5.0m，顶板标高－6.0～－8.0m。

实测标贯击数一般为<1～3击，局部为5～8击（粉质粘土混粉砂）。

Ⅲ粉细砂
灰色，饱和，稍密～中密（码头区和防波堤近岸区一般稍密实些，局部近密实状，而防波堤远岸区较为松散，多以稍密状分布）。

土质较均匀，级配不良。

偶含贝壳碎片，局部为粉砂，偶含小砾石。

在拟建防波堤区，局部粉土含量较高，近砂质粉土。

该层厚度一般为10.0～15.0m，在拟建防波堤远岸区局部较对大些。

码头区和防波堤近岸区顶板标高一般为－9.0～－12.0m；在防波堤远岸区顶板标高一般为－13.0～－20.0m。

码头区和防波堤近岸区实测标贯击数一般为15～30击，个别大于30击；而防波堤远岸区实测标贯击数一般为10～20击。

Ⅳ粉细砂混砾石或卵石
浅灰～灰色，饱和，密实，所含砾石的粒径一般为0.5～1.0cm，所含卵石粒径一般为3.0～5.0cm，一般呈椭圆形或次圆形。

局部所含砾石或卵石量较少，为粉细砂。

该层分布不稳定，主要在码头区和防波堤近岸区有揭示，且厚度变化较大，一般为1.0～5.0m，在F1处厚度最大，为15m左右。

顶板标高约－21.40～－24.00m，在F1顶板较高，
为－12.90m左右。

实测标贯击数一般为33～45击，个别大于50击。

Ⅴ1粉细砂
灰色，饱和，中密～密实（在防波堤远岸区呈中密状，码头区和防波堤近岸区呈密实状）。

夹粉土薄层，偶见贝壳碎片，土质较均匀，局部粉土含量较高，近粉砂或砂质粉土，局部偶含小砾石。

该层顶板标高一般为－26.00～－32.0m，层厚约12.0～15.0m。

码头区和防波堤近岸区实测标贯击数一般为34～50击，在防波堤远岸区实测标贯击数一般为18～28击。

Ⅴ2粉细砂
灰色，饱和，密实。

混含少量砾石或卵石，粒径可达1.0～3.0cm；局部为粉细砂含砾。

该层在码头区和防波堤近岸区有揭示。

该层顶板标高一般为－38.00～－42.00m。

厚度在M2～M1段较薄，仅为0.6～9.0m，在M7～M4段厚度相对较大，一般不小于9.0m。

实测标贯击数一般为35～50击，部分大于50击。

Ⅵ中等风化安山岩
浅灰色，湿，坚硬。

细粒斑状结构，含角闪石和辉石、黑云母等矿物。

局部节理裂隙较发育，岩芯较破碎。

岩芯采取率一般大于90％。

仅在M2～M1段有揭示，但均未揭穿，已揭示的最大厚度为5.0m。

2)地震
印尼位于欧亚板块、太平洋板块、菲律宾海板块和印度洋－澳大利亚板块的汇聚地带，这些板块的多重俯冲或碰撞作用、岛弧岩浆作用、褶皱造山和断裂作用、岛弧迁移等现象，叠加在古生代和中生代
的地质体上，形成了十分复杂的地质构造。

根据业主合同中提供的资料，拟建场地475年一遇地震动峰值加速度为0.32g，地震动反应谱特征周期为0.8s。

三、设计荷载
1、恒载：结构自重。

2、施工期荷载：施工机械荷载，按1t/m2计。

3 、水流力
水流力按照交通部《海港水文规范》（JTJ213－98）计算。

4、波浪力
波浪力按照交通部《海港水文规范》（JTJ213－98）计算。

5、地震荷载
地震动峰值加速度为0.32g。

四、设计内容
（一）结构选型
因防波堤位置的水深较小（-5.3m），且地质较差，所以选择斜坡式防波堤；又因波浪较大，所以护面采用混凝土人工块体，选用工字型块体；斜坡堤边坡坡度选用1:1.3。

工程安全等级为二级
（二）防波堤断面设计
堤顶高程设计
a)设计斜坡堤不允许越浪
胸墙顶高程=设计高水位+1.25设计波高
=0.84+1.25×3.18
=4.82m
b)根据波浪爬高计算胸墙顶高程
正向规则波在斜坡式防波堤的上爬高度R（爬高）
1)设计高水位时
，,;
,,,;
胸墙顶高程为
2)极限高水位时
，,;
,,,;
胸墙顶高程为
综合分析，堤顶高程设计为4.80m。

堤顶宽度设计
堤顶宽度取1.25倍设计波高值，为4.0m。

水下抛石棱体设计
顶面高程定在设计低水位以下约1.0倍设计波高值处，为-0.77-3.18=-3.95m。

因为，棱体顶宽取1.5m。

胸墙设计
（三）斜坡堤计算
（1）护面块体的稳定重量和护面层厚度；
式中：W——护面块体的重量（kN）；
——块体材料的水体重度（kN/）;
H——设计波高（m）；
——与护面型式的块体的容许失稳率n有关的稳定系数；
——斜坡的坡角（°）。

斜坡堤护面层厚度
n——护面中的块体层数；C——系数，取1.1。

(2)抛石棱体重量设计
（3）护面垫层重量、厚度设计
（4）护底块石设计
护底块石宽度取8米；
堤前最大波浪底流速
块石稳定重量取60kg（0.06t）
（5）堤后肩台设计
肩台宽度取3米；
肩台高程取设计低水位，为-0.77m。

(四)防波堤稳定性验算
胸墙自重
因为胸墙底面埋深小于1米，可不计算内侧被动土压力（1）持久组合设计高水位时
波浪力
可查表得
波峰作用时挡浪墙上的平均波浪压力
因为护坡坡顶高程不低于挡浪墙高程，所以作用在挡浪墙上的波浪力（侧压力和浮托力）乘以0.6的折减系数。

挡浪墙上作用的总高度为
单位长度挡浪墙上的总波浪力为挡浪墙底面上的波浪浮托力为
胸墙抗滑、抗倾稳定性验算
（1）沿墙底抗滑稳定性公式
左式
右式
左式右式，满足抗滑稳定要求。

（2）沿墙底抗倾稳定性公式
左式
右式
左式<右式，满足抗倾稳定要求。

（2）持久组合极限高水位时
波浪力
可查表得
波峰作用时挡浪墙上的平均波浪压力
因为护坡坡顶高程不低于挡浪墙高程，所以作用在挡浪墙上的波浪力（侧压力和浮托力）乘以0.6的折减系数。

挡浪墙上作用的总高度为
单位长度挡浪墙上的总波浪力为
挡浪墙底面上的波浪浮托力为
胸墙抗滑、抗倾稳定性验算
（1）沿墙底抗滑稳定性公式
左式
右式
左式右式，满足抗滑稳定要求。

（2）沿墙底抗倾稳定性公式
左式
右式
左式<右式，满足抗倾稳定要求。

五、参考文献
（1）中华人民共和国交通部，《海港水文规范》（JTJ213-98），人民交通出版社，1998年
（2）中华人民共和国交通部，《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98），人民交通出版社，1998年
（3）韩理安，《港口水工建筑物》，人民交通出版社，2008年。