上海海事大学 海岸工程学 第3.2章海堤3(海堤结构计算)

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：
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
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。
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 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
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
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。 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。
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；
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
（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
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
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。
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。
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 )
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。
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 + 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
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%.
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
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。
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
计算出栅栏板护坡的波浪爬高：R1%=1.8