上海海事大学_海岸工程学_第3.2章海堤3(海堤结构计算)

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
使用范围:1.5<=m<=5
h 1.3KK
系数取值
H m
3源自文库
L H
• K,干砌块石0.266 • H的取值d/L>=0.125, H4%,
<0.125 H13%
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H13%.
2 0.45
特征波：
H1% 2.23H 1.309m, H1/ 3 1.6H 0.939m, TP 1.33T 4.522s
2.波浪爬高 采用正向不规则波的爬高计算公式
R1% K K R1H1%
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
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: • m(上)=1~4 • m(下)=1.5~3 • Dw/L=-0.067~0.67 • B/L<=0.25 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。
D 堤前有压载时的爬高计算
计算步骤:
• 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; • 当dw/H<=1.5,M<=1.5时候,还要考虑dw的影响.
（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%，若要计算 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。 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 该乘一下系数。
B 港口工程技术规范
特点: (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. (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，方便 电算； 正向规则波在斜坡上的水位变化,包括爬高和 回落
问
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。对 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。
2

算例
人工块体或块石护面层厚度计算
层数：2~3层 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 0.1 b
1 3
人工块体的个数计算：
' 0.1 b N AnC 1 P Q 2 3
空隙率：颗粒物料中，颗粒与颗粒间的空隙体积与
3.堤顶高程复核
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
3 根据护面情况，允许越浪量为0.05 m / s m
2 0.3 gTp2 m d H exp 0.5 b1 BK H q 0.07 th 2.8 ln A 2H Tp m 2 H H
' Hc
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 105 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》法 (2) 裴什金法 (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》法（海港水文规范P73
8.2.9）
h 1.3K H ( K md m2 1 K ) m
• 注意《海港水文规范》中公式的使用范围 包括坡度、相对水深和波坦 • 坡度m: 1.5~3 • 堤前相对水深d/H: 1.5~4 • 波坦L/H: 10~25 • 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。 • 计算波高取值： 当 d / L 0.125 ，H取H4%, 当 d / L 0.125 H取H13%.
△=
1 L 1/ 2 2d 1 / 2 M 1 ( ) (th ) R ——K 、H=1m时波浪爬高； m M L K 3 2d 适用范围：坡度1：1~1：5,堤前水深1.5~5.0H, 4 πd/ ( R1 ) m (1 堤前水底坡度小于1/50 th 2 L sh 4 πd
式中：
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
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，容许被 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、异形块体 注意： 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 比计算的重量增加10%~25%,另外在堤头的 块体重量也要增加.
A 砌石护坡厚度计算
(3)《海堤工程设计规范》法（P113）
干砌块石护面
H t K1 b m

3
L H
m cot
A 砌石护坡厚度计算
(3)《海堤工程设计规范》法（P113） 干砌条石
m 1 d t 0.744 0.476 0.157 H b m A H
海岸工程学
李俊花
2012年2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）
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，
2、斜坡顶有胸墙时，越浪量的计算
2 0.3 ' d gTp2 m b1 H Hc H1 3 q 0.07 exp 0.5 th 2.8 ln BK A H1 3 2 H1 3 Tp m 2 H1 3 2
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 性土）
D 防护墙沿垫层与地基接触面的抗滑稳定（ 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
特殊荷载：地震荷载以及其它出现机会较少的荷载
R1 K1 tanh( .432M ) [(R1 ) m K 2 ]R(M ) 0
1 L 2d M ( ) (tanh ) m H L
1 2 1 2
4d K3 2d L ( R1 ) m tanh( (1 ) 4d 2 L sinh( ) L
M
R(M )
( R1 ) m
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
R1 0 是糙率系数K 1 th( .432M ) ( R1 ) m 是 K =1,H=1m时候波浪爬高或降深,与斜 1 L 1/ 2 2d 1 / 2 坡数m有关 M ( ) (th )

m M L K 3 2d 4π ( R1 ) m th (1 2 L sh 4
1.设计波浪推算：由当地风场要素推算波浪要素 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 ) ( 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 3.4s, L 17.2m V V
抗倾、抗滑稳定计算
K KYX
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 （二）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。
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 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：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》（SL 435—2008）推荐公式
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 Tp H1 3 m 2 H1 3
1、斜坡堤前最大波浪底流速（近破波）
umax
H L
4 d sh g L
umax
H L
4 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
栅栏板厚度： • 斜坡坡度系数m=1.5～2.5时 ,栅栏板的厚 度按下式计算：
0.61 0.13d / H h 0.235 H 0.27 b m
与斜坡的m值有关的函数； 爬高函数； 相应于一定的d/L时候爬高或者落深的最大值
爬高函数 Ru (M ) 1.09M 3.32 exp(1.25M ) 落深函数 R (M ) 0.350M exp(0.42M ) 7.8M exp(2.69M )
1.954 2.02 d
C 复式断面爬高计算（堤防规范） 对于带有平台的复坡，可以先确定断面的 折算坡度，然后按照折算坡度的单坡近视 计算其爬坡。
护面垫层块石的重量可取护面块石稳定重 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，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 护底块石重量为60kg、150kg、400kg和800kg。
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
H——波高； K△——糙渗系数；
1
式中： R——波浪爬高，从静水位算起，向上为正； 1 1
R K th(0.432M ) ( R1 ) m

• d_堤前水深
3 防护墙稳定计算
P
G Pe
Pu
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 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
（三）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：ZP=hP+RF+A