【正文】 河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 4 第二章 自然條件 條件 據(jù)三亞氣象站統(tǒng)計(jì)，三亞以 E、 EN和 ENE風(fēng)向最多，約占全年總頻率的 46%。 本次設(shè)計(jì)的防波堤是其中的一項(xiàng) 重要的水工建筑物。三亞地處海南省南端，南海的北部。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我鞏固了所學(xué)過(guò)的理論知識(shí)，并得到了一定程度的加深和擴(kuò)大，并進(jìn)一步提高了我的計(jì)算和編程能力，通過(guò)編寫說(shuō) 明書和繪圖，培養(yǎng)了我自學(xué)、獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。堤軸線根據(jù)波浪、風(fēng)向、港區(qū)水域面積、地質(zhì)條件等決定。本次設(shè)計(jì)采用斜坡堤。 關(guān)鍵 詞 ：防波堤；堤軸線；地基穩(wěn)定；地基處理；地基沉降 Breakwater Design of Liu dao wan Wang Zaoping （ College of Traffic 、 College of Ocean , Hohai University , Nanjing ， 210098 ） Abstract： The project is to construct breakwater located in Liu dao wan in Hainan province to protect the port and minish the wave height. The axes of breakwater is choosen according to wave, wind way。南海海區(qū)廣闊，北起文昌七州漁場(chǎng)，西至北部灣漁場(chǎng)西南部海面和越南東南部海面，東達(dá)東沙漁場(chǎng)，南到南沙漁場(chǎng)和西沙漁場(chǎng)，整個(gè)海區(qū)海產(chǎn)品蘊(yùn)藏量非常豐富。 如圖 1所示， 六道灣港區(qū)周邊 SEN向均為岸線環(huán)抱，為了使港內(nèi)水域及碼頭獲得較好的掩護(hù)條件，六道灣漁港防波堤采用北堤和南堤組成雙突堤的布置型式。一年內(nèi)幾乎有八個(gè)月的時(shí)間被上述風(fēng)向控制，其余四個(gè)月（ 7～ 10 月）風(fēng)向較亂，但以 W、 WSW 風(fēng) 向?yàn)橹?，約占這四個(gè)月風(fēng)頻率的 40%， 本區(qū)強(qiáng)風(fēng)向?yàn)?W、 WSW向。 三亞氣象站 1961～ 1999年風(fēng)況資料見下表 。 C，極端最低氣溫 2176。 C） 月份 月平均氣溫（176。 表 各月平均相對(duì)濕度 月份 相對(duì)濕度（ %） 月份 相對(duì)濕度（ %） 1 74 7 83 2 76 8 85 3 78 9 85 4 79 10 79 5 81 11 76 6 84 12 73 根據(jù)有關(guān)資料，三亞地區(qū)沒有霧日記錄，年工作天數(shù)可達(dá) 320 天以上。 本港區(qū)海流以潮流為主，漲潮流為自 S向 N向，落潮流為 SW、 SSW向，漲、落潮平均流速分 別為 ～ ～ 。 表 榆林海區(qū)各向波浪要素 波向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE 頻率（ %） 3 7 4 1 1 8 15 最大波高（ m） 平均波高（ m） 平均周期（ s） 表 榆林海區(qū)逐月波要素 月份 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 全年 逐月平均波高（ m） 逐月最大波高（ m） （ 2） 根據(jù)大連理工提供的其結(jié)果是在不同水位情況下， WSW向 50年重現(xiàn)期的波浪最大，則按照不同 潮位計(jì)算得到三亞六道灣漁港防波堤軸線不同水深處、不同潮位條件下的重現(xiàn)期河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 9 50年一遇的防波堤設(shè)計(jì)波浪要素，結(jié)果匯總于 表 。由于本港區(qū)附近沒有河流，六道灣南北側(cè)分別有六道角、神島和鶯歌鼻阻擋，因此避免了河流挾帶泥沙及鄰近岸灘泥沙造成淤積的可能。 河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 11 第三章 總平面布置 選擇防波堤布置形式時(shí)，需要考慮波浪、流、風(fēng)、泥沙、 地形地質(zhì)等自然條件；船舶航行、泊穩(wěn)和碼頭裝卸等營(yíng)運(yùn)要求以及建設(shè)施工、投資等因素。 ③ 防波堤所包圍的水域要適當(dāng)留有發(fā)展余地，應(yīng)盡可能顧及到港口發(fā)展的“極限”和港口極限尺度的船型。 原則 ① 防波堤軸線布置應(yīng)該是擴(kuò)散式的，使進(jìn)入口門的波能能很快擴(kuò)散在較長(zhǎng)的波峰線上，波高迅速減少，這樣布置軸線也有利于在口門附近布置方便航行的調(diào)頭圓。 ③ 盡量縮短防波堤 軸線與當(dāng)?shù)刈畲蟛ㄏ蛘坏拈L(zhǎng)度，因?yàn)榈梯S線與波向斜交時(shí)，作用于堤上的波力可減少。口門的布置對(duì)港口使用及將來(lái)的河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 12 發(fā)展影響較大?？陂T方向力求避免大于 7級(jí)橫風(fēng)和大于 流。 ⑥ 口門數(shù)量，與航行密度、港口性質(zhì)、環(huán)境條件等因素有關(guān)，在滿足泊穩(wěn)要求的條件下，兩個(gè)口門一般比一個(gè)好。 防波堤布置方案及比 選 波浪在行近過(guò)程中遇到建筑物，除發(fā)生波浪反射現(xiàn)象外，部分繼續(xù)傳播，是被掩護(hù)水域中的水面亦產(chǎn)生波動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為波浪的繞射，這是波能從能量高地區(qū)域向能量低的區(qū)域進(jìn)行重新分布的過(guò)程，因此繞射后同一波峰線上的波高是不等的，但波長(zhǎng)、周期不變。 河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 13 則港內(nèi)水域某處的波高值為： 0HKH d ?? （ 32） 式中： 0H 為入射波高。 與強(qiáng)風(fēng)向、波浪夾角過(guò)大，船體受其作用較大，對(duì)漁船進(jìn)出口門不利。 該方案改善了港內(nèi)泊穩(wěn)條件，南防波堤堤后，特別是防波堤中部和根部的波浪大大減少，同時(shí)基本上避免了 WSW主要波向?qū)Ω蹆?nèi)的傳播，船只進(jìn)出口門時(shí)受風(fēng)浪影響較大，口門水深也較大，但相應(yīng)減小了部分水域面積，主要是堤頭部分的深水區(qū)。 根據(jù)以上分析，本次設(shè)計(jì)使用方案二。 方案二：帶防浪墻斜坡式結(jié)構(gòu)，外側(cè) 護(hù)面無(wú)戧臺(tái)。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，有較高的整體穩(wěn)定性，使用于不同的地基，可以就地取材，破壞后易于修復(fù) 耗費(fèi)的石料用量大，堤內(nèi)側(cè)不能直接兼做碼頭。 波浪爬高大，相 應(yīng)堤頂增高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不如方案（一），對(duì)爆破擠淤堤腳要求高。斜坡上波浪爬高示意圖如圖 。取坡度為 1： ，則有 ) () ( 1)2()(1 21212/12/1 ???? ?? ?? thL dthHLmM )(2)/4/41(22)(31 ??????????????????????????shthLdsh LdL dthKR m 3 ) x p ()( 5 ?????? ??eMMMR ? ? )0 2 6 ()5 3 2 ()()()4 3 ( 2111 ????????? thMRKRMthKR mmHRKR ????? ? 設(shè)計(jì)高水位下，胸墻頂高程 =+5=。 （ 2）堤頂寬度 按構(gòu)造要求，設(shè)計(jì)高水位下， B=%= =；在極端高水位下，B=%= =。 ②護(hù)面層厚度 護(hù)面層厚度按下式計(jì)算： 3/1)( bWh ??? （ 58） 式中： h為護(hù)面層厚度（ m）； n ? 為護(hù)面層塊體層數(shù)，取 2??n ； C為塊體形狀系數(shù)，查河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 20 規(guī)范，塊石隨機(jī)安放，取 C=。 （ 4）護(hù)底塊石設(shè)計(jì) ① 堤前最大波浪底流速 堤前最大波浪底流速按下式計(jì)算： LdshgLHV???4m a x ?? （ 510） 經(jīng)比較，取設(shè)計(jì)低水位下， H13%=， L=， d=。 ① 持久組合，考慮設(shè)計(jì)高水位 胸墻斷面 受力 圖如 附 2所示。代入上式，則 21 ?????????????? ??????????????? ???? LHHddd 河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 22 ??????? ???????? ?? LHb? 滿足 b??? ，則波峰作用時(shí)胸墻上的平均壓力強(qiáng)度按下式計(jì)算： pHKp ?? （ 513） 式中 Kp為與 ? 和波坦HL有關(guān)的系數(shù)，查圖可取 ?pK ，代入上式 k P aHKp p ?????? ? 胸墻上的波壓力分布高度按下式計(jì)算： （ 514） 式中： Kz為為與 ? 和波坦 HL 有關(guān)的系數(shù)，查圖可取 ?zK ，代入上式 mthKL dH t hZd z ???????? ??????????? ?? 單位胸墻上的總波浪力 ? ? mkNZdpP / 1 ?????? 式中系數(shù) ，并滿足兩排兩層時(shí)，波浪力的折減系數(shù)，下面的浮托力應(yīng)同樣乘以 。 （ⅰ）單位長(zhǎng)度的自重力標(biāo)準(zhǔn)值 與持久組合，考慮設(shè)計(jì)高水位時(shí)相同，為 。 根據(jù)規(guī)范要求，對(duì)未成型的斜坡堤進(jìn)行施工復(fù)核時(shí)，波高的重現(xiàn)期采用 2～ 5 年。 河海大學(xué) 2021 屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 交通學(xué)院、海洋學(xué)院 26 表 D 斷面胸墻各種作用及標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 計(jì)算內(nèi)容 持久組合 施工組合 設(shè)計(jì)高水位 設(shè)計(jì)高水位 極端高水位 胸墻自重力標(biāo)準(zhǔn)值 無(wú)因次參數(shù) ? 無(wú)因次參數(shù) b? 胸墻上平均波壓力強(qiáng)度 胸墻上波壓力分布高度 胸墻水平波浪力標(biāo)準(zhǔn)值 波浪浮托力標(biāo)準(zhǔn)值 胸墻內(nèi)側(cè)土壓力標(biāo)準(zhǔn)值 自重力穩(wěn)定力矩 mmkN /)( ? mmkN /)( ? mmkN /)( ? 水平波浪力傾覆力矩 mmkN /)( ? mmkN /)( ? mmkN /)( ? 波浪浮托力傾覆力矩 mmkN /)( ? mmkN /)( ? mmkN /)( ? 土 壓力傾覆力矩 mmkN /)( ? mmkN /)( ? 0 （ 2） D斷面胸墻抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算 沿墻底抗滑穩(wěn)定性的承載能力極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)表達(dá)式如下： bEuuGp EfPGP ????? ??? )(0 （ 515） 式中： 0? 為結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取 ； p? 為水平波浪力分項(xiàng)系數(shù)， 持久組合設(shè)計(jì)高水位取 ，持久組合極端高水位和短暫組合取 ； u? 為浮托力分項(xiàng)系數(shù)，持久組合設(shè)計(jì)高水位取 ，持久組合極端高水位和短暫組合取 ； G? 為自重力分項(xiàng)系數(shù)，取 ； E? 為被動(dòng)土壓力分項(xiàng)系數(shù)，取 ； f 為胸墻底面摩擦力設(shè)計(jì)值，取 。 綜上， D斷面胸墻抗滑穩(wěn)定性滿足要求。 ③ 短暫組合設(shè)計(jì)高水位： mmkN /)( 5 1) 0 ( ??????左式 mmkN /)()( ????右式 左式 右式，該情況下滿足。 1）設(shè)計(jì)高水位 設(shè)計(jì)高水位下，對(duì)應(yīng)的 H13%=， L=， d=+=。 （ 2）堤頂寬度 按構(gòu)造要求，設(shè)計(jì)高水位下， B=%= =；在極端高水位下，B=%= =，堤頂設(shè)置兩車道，故 有效寬度 B′=9m，所以堤頂寬度為 9m （ 3）斜坡堤邊坡坡度 與 B斷面類似，安放兩層人工塊體，邊坡坡度取 1： 。 ② 墊層塊石厚度 ()( 3/13/1 ??????? ?????? WWhb?～ ） m