防波堤设计计算书概要Word文档下载推荐.docx

1、Key words: breakwater, axes of breakwater, stability of groundwork, groundwork disposition, groundwork settlement.海南省是我国的海洋大省,四面环海,海洋水域辽阔,所辖海域200多万km2,大陆架面积80多万km2。三亚地处海南省南端,南海的北部。南海海区广阔,北起文昌七州渔场,西至北部湾渔场西南部海面和越南东南部海面,东达东沙渔场,南到南沙渔场和西沙渔场,整个海区海产品蕴藏量非常丰富。由于三亚市老渔港建设年限较早,面对发展的渔业经济和旅游事业形势,表现出多方面的不适应。因此,规划将

2、现有的三亚渔港作为临时避风停泊处,将三亚渔港搬迁至六道湾地区,建设功能齐全的国家级中心渔港。本次设计的防波堤是其中的一项重要的水工建筑物。如图1所示,六道湾港区周边S-E-N 向均为岸线环抱,为了使港内水域及码头获得较好的掩护条件,六道湾渔港防波堤采用北堤和南堤组成双突堤的布置型式。本次毕设只设计北堤。 图1。1 海南六道湾地区地形图2.1气象条件2.1.1风况据三亚气象站统计,三亚以E、EN和ENE风向最多,约占全年总频率的46%。一年内几乎有八个月的时间被上述风向控制,其余四个月（710月风向较乱,但以W、WSW风向为主,约占这四个月风频率的40%,本区强风向为W、WSW向。具体见图2.1

3、,图2.1为风向玫瑰图。图2.1 三亚地区方向玫瑰图台风主要发生在610月,据统计,19491985年,36年中在三亚登陆和有影响的台风137次,热带风暴75次,平均每年出现18次,每次延时12天。台风季节最大风速瞬间达到40m/s（SW,全年平均风速2.7m/s。三亚气象站19611999年风况资料见下表2.1。表2.1 （19611999年各向平均风速、最大风速及频率表六道湾渔港港区的风况基本与三亚相同。2.1.2气温三亚属热带海洋性季风气候,6月份气温最高,1月份最低,年平均气温25.5C,极端最高气温36C,极端最低气温2C,月平均气温20.7C。表2.2 各月平均气温2.1.3降水三

4、亚地区有旱季和雨季之分,510月为雨季,降水量占全年的90%,11月至翌年4月为旱季,降水量较少。表2.3 各月平均降水量历年最大降水量:1693.9mm,出现于1960年;历年最小降水量:746mm,出现于1969年;多年平均降水量:1190.3mm;日最大降水量:224.2mm,出现于1962年;日降水量大于25mm,平均每年出现15.8天;日降水量大于50mm,平均每年出现5.3天;日降水量大于80mm,平均每年出现1.6天;最长连续降水日数,出现在1967年9月1330日,计18天,降水量245.8mm。2.1.4湿度年平均相对湿度为79%,冬季相对湿度为7375%,夏季相对湿度为81

5、84%。表2.4 各月平均相对湿度2.1.5雾况根据有关资料,三亚地区没有雾日记录,年工作天数可达320天以上。2.1.6雷暴根据19611970年统计,年平均出现53.3天,最早出现在2月19日。2.2海港水文2.2.1潮汐三亚地区为弱潮海区、潮差较小,平均潮差仅0.88m。潮汐为不正规日潮混合潮型,以日潮为主,且有明显的日潮不等现象。2.2.2海流本港区海流以潮流为主,涨潮流为自S向N向,落潮流为SW、SSW向,涨、落潮平均流速分别为0.20.3m/s和0.40.6m/s。2.2.3潮位特征值（国家85高程历年最高潮位:2.313m历年最低潮位:-0.947m历年平均潮位:0.553m最大

6、潮差:2.14m历年平均潮差:0.85m2.2.4设计水位（国家85高程设计高水位:1.683m（高潮累积频率10%设计低水位:-0.327m（低潮累积频率90%极端高水位:2.683m（50年一遇极端低水位:-1.067m（50年一遇基面关系:当地理论深度基准面在76榆林基准面以下0.9m,85国家高称基准在76榆林基准面以下0.483m。2.2.5波浪（1六道湾中心渔港所处的榆林湾海区,其近岸波浪完全由季风和陆岸所制约。根据中国海岸带和海涂资源综合调查报告,榆林站短期海浪观测站资料的波浪要素见下表。表2.5 榆林海区各向波浪要素表2.6 榆林海区逐月波要素（2根据大连理工提供的其结果是在不

7、同水位情况下,WSW向50年重现期的波浪最大,则按照不同潮位计算得到三亚六道湾渔港防波堤轴线不同水深处、不同潮位条件下的重现期50年一遇的防波堤设计波浪要素,结果汇总于表2.7。表2.7 六道湾地区WSW向设计波浪要素（3码头及护岸前设计波要素根据港内波况计算分析结果,南、北两条防波堤建成后,港内波况得到明显改善,在各种工况情况下,码头及护岸前承受的H13%波浪力均小于1.0m,270HP码头前承受的波浪力最大,其重现期50年一遇的设计波要素如下:极端高水位,H1%=1.35m,H13%=0.93m,L=71.3m,T=9.3s极端低水位,H1%=1.29m,H13%=0.94m,L=48.7

8、m,T=9.3s设计高水位,H1%=1.33m,H13%=0.92m,L=66.4m,T=9.3s设计低水位。H1%=1.29m,H13%=0.92m,L=54。2m,T=9.3s2.3 泥沙根据实地调查,该港址海岸比较稳定,未见表层泥沙或岸线向前推移现象。由于本港区附近没有河流,六道湾南北侧分别有六道角、神岛和莺歌鼻阻挡,因此避免了河流挟带泥沙及邻近岸滩泥沙造成淤积的可能。在本港区可能造成泥沙运动的主要动力因素是波浪,近岸破碎波产生的沿岸流带动泥沙顺岸移动。其次是海流作用,但六道湾为砂质海岸,海湾成弧状,且湾度较浅,由于落潮流较大,湾内泥沙不易产生淤积现象。2.4 地质具体见海南有色长勘勘察

9、院海南省高速公路有限责任公司三亚中心渔港扩大初步设计阶段工程地质勘察报告书（2004年5月2.5 地震三亚地区抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值0.05g,设计特征周期0.45秒（III类场地,设计地震分组为第一组,故不需要进行抗震计算。第三章总平面布置选择防波堤布置形式时,需要考虑波浪、流、风、泥沙、地形地质等自然条件;船舶航行、泊稳和码头装卸等营运要求以及建设施工、投资等因素。防波堤布置的合理与否,直接影响港口营运、固定资产投资及维护费用大小和长远发展,是某些海港总平面布置的关键性工作。3.1防波堤的布置原则:布置防波堤轴线时,要与码头线布置相配合,码头前水域应满足允许作业波高值。防

10、波堤所围成的水域应有足够的面积和水深,供船舶在港内航行、调头、停泊以及布置码头岸线。防波堤所包围的水域要适当留有发展余地,应尽可能顾及到港口发展的“极限”和港口极限尺度的船型。防波堤所包围的水域也不全是越大越好,水域面积形状要注意大风方向港内自生波浪对泊稳条件的影响。要充分利用有利的地形地质条件,将防波堤布置在可利用的暗礁、浅滩、沙洲及其他不大的水深中,以减少防波堤投资。从口门进港的波浪,遇堤身反射,反复干扰亦是恶化港内泊稳条件的因素。3.2防波堤轴线的布置原则防波堤轴线布置应该是扩散式的,使进入口门的波能能很快扩散在较长的波峰线上,波高迅速减少,这样布置轴线也有利于在口门附近布置方便航行的调

11、头圆。防波堤轴线转弯时折角宜在120180之间,折角处根据结构功能,尽量圆滑或多折线型连接。尽量缩短防波堤轴线与当地最大波向正交的长度,因为堤轴线与波向斜交时,作用于堤上的波力可减少。布置防波堤轴线要注意小范围内地质条件的变化,有时轴线稍加移动,可减少大量的地基处理费用。3.3口门的布置原则口门的布置可分为侧向式、正向式。若船舶进出港方便,海岸泥沙不活跃,采用侧向式可避免强浪直射码头,为码头布置有更多灵活性创造条件。口门的布置对港口使用及将来的发展影响较大。因此: 口门位置应尽可能位于防波堤突出海中最远、水深最大的地方,方便船舶进入。 船舶进口门时通常航速为46kn ,故从口门至码头泊位,一般

12、宜有大于4倍船长的直线航行水域和调头圆,以便于船舶进入口门后控制航向、减低航速、与拖船配合或完成紧急转头等操作。 船舶进出口门,航行安全是重要的。口门方向力求避免大于7级横风和大于0.8kn 的横流。 口门轴线适应船舶航行安全是首要的,使从口门进入的波能尽可能少,以维持水域泊稳要求也是重要的。 口门宽度,船舶通过口门时不宜错船或超越。口门宽度早任何情况下不宜小于设计船长,并应很好研究预测本港极限尺度船型的船长。 口门数量,与航行密度、港口性质、环境条件等因素有关,在满足泊稳要求的条件下,两个口门一般比一个好。两个口门可以大小船分开进出等,增加运行的灵活性。两个口门也常有利于环保,增强港内水域的

13、自净能力,在泥沙活跃的海岸要具体分析。在船舶周转量大的港口,要核算一下口门的通过能力。3.4 防波堤布置方案及比选波浪在行近过程中遇到建筑物,除发生波浪反射现象外,部分继续传播,是被掩护水域中的水面亦产生波动,这种现象称为波浪的绕射,这是波能从能量高地区域向能量低的区域进行重新分布的过程,因此绕射后同一波峰线上的波高是不等的,但波长、周期不变。影响波浪绕射规律主要为人工建筑物的布局,为此六道湾渔港防波堤平面布置方案,特别是口门布置方案的不同,直接关系到港内波浪绕射后波高的分布和大小。由于六道湾港区周边S-E-N 向均为岸线环抱,为了使港内水域及码头获得较好的掩护条件,六道湾渔港防波堤采用双突堤

14、的布置型式。有双突堤组成的口门后各点的绕射系数颗通过计算或查图求得,绕射系数d K 以下列函数形式表示: =L B f f K d （3-1 式中:f 为底摩擦系数,为海水密度,B 为口门宽度,L 为入射波波长,为堤后某点同口门中点的连线与通过口门中点的波向线间的夹角。则港内水域某处的波高值为:0H K H d = （3-2式中:0H 为入射波高。六道湾防波堤的布置设计了三种方案,针对这三种平面布置型式,计算了港内水域波浪绕射系数d K 的分方案一:如图3.1所示,口门朝向NW 向,口门宽200m 。南大堤堤头位于-13m 等深线处,北大堤堤头位于-11m 等深线处,口门中心位于-12m 等深

15、线处。图3.1 防波堤平面布置方案一六道湾港区常风向为ENE ,强风向为WSW,因为南大堤基本把SSW 向波浪掩护住,口门主要受WSW 向波浪的影响,因此,该方案的优点为口门水深较大,船只进出回旋区域较大。 与强风向、波浪夹角过大,船体受其作用较大,对渔船进出口门不利。从波浪绕射计算结果看,由于WSW 向波浪可进入港内,南大堤堤后波浪左右较大,但港内东边岸线前沿波浪也较大,波浪绕射系数基本在0.3-0.4之间,整个码头规划岸线中K小于0.2的岸线不足400m。4方案二:如图3.2,在方案一的基础上,将南大堤向北偏转50,双突堤口门朝向装相NNW 向,口门宽仍为200m。图3.2 防波堤平面布置

16、方案二从港内波浪绕射图可知,由于口门向北偏转,使WSW向波浪对港内岸线的影响大大减小,防波堤后波浪作用得到较大的改善,K4线基本上小于0.45,东边岸线的K4均小于0.2,区域部分在0.1以下,南大堤堤头位于-12m等深线,北大堤位于-10.5m等深线,口门中央位于-11m等深线。该方案改善了港内泊稳条件,南防波堤堤后,特别是防波堤中部和根部的波浪大大减少,同时基本上避免了WSW主要波向对港内的传播,船只进出口门时受风浪影响较大,口门水深也较大,但相应减小了部分水域面积,主要是堤头部分的深水区。方案三:如图5,在方案二的基础上,将口门向北移动,南大堤延长100m左右,北大堤缩短100m,口门方

17、向同方案二。图3.3 防波堤平面布置方案三该方案主要基于尽可能减少港内波浪的考虑。东边岸线Kd基本小于0.2,但是口门距北岸太近不足500m,对船只进出回旋造成不便。根据以上分析,本次设计使用方案二。第四章防波堤结构型式比选断面型式有两个方案。带防浪墙斜坡式结构,外侧护面块体设置戗台。戗台上护面为安放一层扭王字块体,戗台及以下为安放二层扭工字块体。带防浪墙斜坡式结构,外侧护面无戗台。护面为安放一层扭王字块体一坡到底。与方案一区别之处为,取消戗台,增加越浪量,堤顶高程因此增加到与防浪墙顶标高一致。两个方案的比较如下表4.1:表4.1 两种斜坡式方案结构的比较结合上表的分析,本次设计采用方案（一第

18、五章 防波堤断面设计5.1 D 断面设计（-11.9m 水深处 5.1.1.设计条件设计水位、设计波浪要素和地质分别依自然条件为设计依据;该地区地震基本烈度为7度;结构安全等级为二级。5.1.2.断面尺寸的确定 （1 胸墙顶高程根据防波堤设计与施工规范（JTJ298-98,对于设胸墙的斜坡堤,胸墙的顶高程宜定在设计高水位以上1.01.25倍波高值处,从而,胸墙顶高程=设计高水位+（1.01.25H 13%=1.683+（1.01.254.84=（6.5237.733m 。另一方面,胸墙顶高程要满足波浪爬高的要求。斜坡上波浪爬高示意图如图5.1所示。图5.1 波浪爬高示意图根据海港水文规范（JT

19、J250-98的有关规定,正向规则波的爬高按下列公式计算:H R K R 1= （5-1 （423.0（2111M R K R M th K R m -+= （5-2 2/12/12（1-=Ld thHL m M （5-3/4/41（22（31Ld sh L d LK R m +=（5-425.1exp（09.1（32.3M MM R -= （5-5R 为波浪爬高（m ,从静水面算起,向上为正;K 为与斜坡护面结构型式有关的糙渗系数,选取扭工子块（安放二层K =0.38;R 1为K =1、H=1m 时的波浪爬高（m ;（R 1m 为与斜坡的m 值有关的函数;R（M为爬高函数;K 1、K 2、K

20、 3为系数,由规范可确定K 1=1.24,K 2=1.029,K 3=4.98。分设计高水位和极端高水位两种情况考虑。1设计高水位1.683m 的情况可查得对应的堤前波要素,设计高水位下,对应的H 13%=4.84m ,L=95.9m ,d=1.683+11.9=11.583m 。取坡度为1:1.5,则有533.39.95583.132（84.49.95（5.11（12121/1=-thd th Hm M866.29.95583.1349.95/583.13419.95583.132（298.4/4/41（22（31=+=+=shth L d sh L d L d th K R m87.053

21、3.309.125.1exp（09.1（533.325.132.332.3=-=-eM MM R72.287.0029.1866.2（533.3423.0（24.1（432.0（2111=-+=-+=th M R K R M th K R m m H R K R 584.472.238.01=设计高水位下,胸墙顶高程=1.683+5=6.683m 。2极端高水位2.683m 的情况可查得对应的堤前波要素,极端高水位下,对应的H 13%=4.96m ,L=8.5m ,d=2.683+11.9=14.583m 。48.35.98583.142（96.45.98（5.11121.25.98583.1

22、445.98/583.14415.98583.142（298.4/4/41（22（31=884.048.309.125.1exp（09.1（4877.2884.0029.19.2（48.3423.0（24.1（432.0（2111=-+=-+=th M R K R M th K R mm H R K R 22.596.477.238.01=设计高水位下,胸墙顶高程=2.683+5.22=7.903m 。经过分析比较,允许少量越浪,取该胸墙顶高程为7.7m 。 （2堤顶宽度按构造要求,设计高水位下,B=1.25H 13%=1.254.84=6.05m ;在极端高水位下,B=1.25H 13%=1.254.96=6.2m 。根据工艺及使用要求,堤顶取两车道,故有效宽度B =9m ,所以堤顶宽度为9m（3护面块体、垫层块石 单个护面块体稳定重量根据防波堤设计与施工规范（JTJ298-98,单个护面块体稳定重量可按下式计算: ctg S K HW b D b 331（1.0-= （5-6b b S =（5-7W 为单个块体的稳定重量（t ;b 为块体材料的重度（kN/m 3,扭工字块体3/23m kN b =;H 为设