護岸工程課程設(shè)計書

一、設(shè)計課題：某護岸斷面設(shè)計，并驗算其抗滑與抗傾穩(wěn)定性。二、設(shè)計背景：1.概述：護岸是河口及海岸地區(qū)用于保護天然岸坡免受波浪、潮流侵襲，防止岸坡倒塌的工程措施。護岸工程按照其平面布置和抵御波流的方式不同，可分為兩種類型：直接和間接護岸。本設(shè)計采用的護岸類型為直接型護岸。2.工程地質(zhì)條件根據(jù)鉆探揭露，工程場區(qū)土層自上而下而劃分為①第四系人工素填土（Qml）、②沖積層3.水文地質(zhì)條件場區(qū)地下水豐富，屬于空隙潛水類，多屬中等透水性土層，賦水性良好。另外在淤泥、淤泥質(zhì)土賦存少量毛細(xì)管水。地下水動態(tài)多受潮汐及氣象影響。水位埋深在1.10-2.30之間。4.場地穩(wěn)定性與適宜性及建議場地內(nèi)地地勢平坦，堤身未見管涌、塌陷等不良地質(zhì)現(xiàn)象，堤岸整體穩(wěn)定性較好。根據(jù)場地巖土層的穩(wěn)定性和適宜性，結(jié)合本工程特征，路基基礎(chǔ)建議對素填土采用強夯法進行加固施工，堤圍基礎(chǔ)可采用開挖部分軟弱土層置換砂石或者采用旋噴樁進行復(fù)合地基處理。三、設(shè)計資料：1.計算荷載主要考慮建筑物自重、土壓力和防洪通道汽車荷載10KN/m2(按汽10考慮)，由于墻前后水位認(rèn)為近似平齊，不計剩余水壓力。2.回填土濕容重γ=18.9N/m3,內(nèi)摩擦角φ=30.3°,凝聚力C=13.4Kpa3.防洪標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計水位1）防洪標(biāo)準(zhǔn)按Ⅰ級堤防工程分期建設(shè)，防洪（潮）設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為200年一遇2）設(shè)計洪水位本工程設(shè)計洪水位統(tǒng)一定為2.60m。3）設(shè)計低水位：-1.10m4.堤頂高程本工程按堤頂高程3.60m設(shè)計5.采用規(guī)范：《港口及航道護岸工程設(shè)計及施工規(guī)范》四、堤型選擇：根據(jù)本工程的特點和該堤圍整治工程的目的即進行堤路結(jié)合，以改善該島交通環(huán)境，本設(shè)計方案為前堤后路的形式，堤上設(shè)欄桿，防洪通道地面按200年一遇洪水位以上設(shè)計，同時為節(jié)省挖填土方，盡量根據(jù)現(xiàn)有地形進行布置。五、堤身設(shè)計：本工程堤身斷面采用前堤后路的形式，堤身結(jié)構(gòu)主要由擋墻、防洪通道和堤頂結(jié)構(gòu)組成。1.擋墻本工程擋墻采用臨水側(cè)設(shè)200mm厚C25加筋混凝土護面的M10漿砌石重力式擋土墻，對無擋墻或部分不穩(wěn)定的干砌墻，則拆除已有擋墻重新砌筑擋墻。2.防洪通道防洪通道寬5m，通道外邊到堤岸前設(shè)1.5m的安全帶，路面頂高程除利用已有混凝土路面外均為200年一遇水位2.60m以上，同時結(jié)合現(xiàn)在地形，盡量減少挖填方，路面結(jié)構(gòu)為泥結(jié)碎石路面，路肩設(shè)素混凝土路緣石。3.堤頂結(jié)構(gòu)堤頂即為擋墻頂，堤頂總寬為0.8m,外側(cè)設(shè)高0.3m的混凝土坎，坎頂高程即為堤頂設(shè)計高程3.60m，坎頂設(shè)透空欄桿，堤頂和防洪通道之間設(shè)安全過渡帶。4.堤身及排水堤身外坡為漿砌石擋墻，堤頂臨水側(cè)均為斜坡式，新建擋墻段外坡為1:0.25,堤身防洪通道內(nèi)坡坡度為1:2.0擋墻墻身沿縱向設(shè)兩排φ50排水管，縱向間距2～3m5.護面典型剖面設(shè)計根據(jù)設(shè)計指標(biāo)，考慮工程要求、自然情況、設(shè)計荷載以及施工條件與狀況，初步估計斷面形式如下圖具體見另附文件）如圖所示，墻身采用漿砌塊石擋土墻，堤身外包200mm厚加筋混凝土，擋土墻底部設(shè)厚500mm混凝土底板。基槽開挖到-3.00m標(biāo)高，開挖寬度10m,開挖邊坡江側(cè)為1:2,陸側(cè)為1:1.5?；鄣卒佋O(shè)400kg/m2的土工布。基槽內(nèi)換填1.7m厚的中粗砂再拋1m厚10-100kg的塊石基礎(chǔ)。堤防后方的防洪通道,路面高程按照地面情況設(shè)定,本工程選擇新設(shè)防洪通道,路面結(jié)構(gòu)采用泥結(jié)碎石路面。六、穩(wěn)定計算1.滲流及滲流穩(wěn)定分析根據(jù)本工程實際情況，各堤段具有如下防滲特點：①堤外坡為現(xiàn)澆混凝土護面擋墻，屬不透水體；②堤基面層為弱透水淤泥質(zhì)土，透水層埋藏較深；③堤內(nèi)地面普遍較高，且有效滲徑較大。綜合考慮以上因素，該工程具有非常有利的防滲條件，堤圍防滲不是本工程的控制因素，故本工程不進行滲流計算。2.堤身整體抗滑穩(wěn)定驗算和擋墻抗傾穩(wěn)定性驗算1）計算資料：防洪通道汽車荷載q=10KN/m2(按汽10考慮)素填土：γ1=18KN/m3,C1=8Kpa,φ1=20.3°回填砂：γ2=18KN/m3,C2=0Kpa,φ2=33°碎石倒濾層：γ3=10KN/m3,C3=0Kpa,φ3=36°拋石基床：水下γ4=11KN/m3,C3=0Kpa,φ3=40°素混凝土：γ=24KN/m3；水下γ=14KN/m3鋼筋混凝土：γ=25KN/m3；水下γ=15KN/m3漿砌塊石：γ=22KN/m3；水下γ=12KN/m3與墊層之間的摩擦系數(shù)為：f=0.62）計算主動土壓力分布如斷面圖所示，由于墻后土層分為三層（素填土、回填砂和碎石倒濾層又根據(jù)港口規(guī)范重力式碼頭2.2.11條規(guī)定，當(dāng)破裂面通過兩種填料時（回填土和碎石倒濾層出坡點P以上和以下分別按兩填料的指標(biāo)計算土壓力。P點的位置由θ的平均值近似確定。根據(jù)兩種填料的破裂角按相應(yīng)的層厚加權(quán)平均求得。回填砂的破裂角θ2=45°-φ2/2=28.5°,碎石倒濾層的破裂由此在圖上作線，求出坡點P的高程為▽1.30,與層結(jié)合面高程相一致。對于粘性土，當(dāng)?shù)孛鏋樗降臅r候，在鉛垂墻背或計算垂面的土壓力Pa按照下式計算：Pa=（q+γh）Ka-2CKa1/2式中γ—墻后填料重度（KN/m3）h—填料的厚度（m）Ka—主動土壓力系數(shù)Ka=tg2(45°-φ/2);對素填土：Ka1=tg2(45°-φ1/2)=0.41(Ka1)1/2=0.64對回填砂：Ka2=tg2(45°-φ2/2)=0.29(Ka2)1/2=0.54對碎石倒濾層：Ka3=tg2(45°-φ3/2)=0.26(Ka3)1/2=0.51C—土的粘聚力（Kpa）由于素填土具有粘聚力，土壓力中有一部分是粘聚力引起的拉力，它與地面的深度無關(guān)，沿墻高呈矩形分布，受拉區(qū)的最大深度z0即土壓力Pa=0的位置：z0=[（2C1Ka1/2）-qKa]/γ1Ka1=0.83m墻背土壓力計算表高程（m）計算公式采用指標(biāo)壓強Pa(Kpa)注Pa=（q+γh）Ka1-2CKa11/21=18KN/m3h=0.83mC1=40.5KpaKa1==0.410該高程根據(jù)z0推出1-2CKa11/2H1=1.3mPa1=1H1）Ka22=18KN/m3H1=1.3mKa2=0.29Pa2=(10+18×1.3)×0.29=6.791H1+γ2H2）Ka2H2=0.2m其余同上Pa3=(10+18×1.3+18×0.2)×0.29=10.73對碎石倒濾層：Pa=（q+γ1H1+γ2H1=1.3mH2=0.2mKa3=0.26Pa4=(10+18×1.3+18×0.2)×0.26=9.620.5Pa=（q+γ1H1+γ2H2+γ3H3）Ka3H3=0.8m3=10KN/m3 Ka3=0.26Pa4=(10+18×1.3+18×0.2+10×0.8)×0.26=11.703)考慮總土壓力及力矩①5②679③1073⑤④ 7每米墻寬總土壓力及力矩計算表編號土壓力Pai(KN)對前趾點的力臂hi(m)對前趾點的力矩Paihi(KN．M)①0.5×3.45×0.47=0.811/3×0.47+1.0=1.160.81×1.16=0.94②6.79×0.2=1.361/2×0.2+0.8=0.91.36×0.9=1.22③0.5×(10.73-6.79)×0.2=0.391/3×0.2+0.8=0.870.39×0.87=0.34④9.62×0.8=7.701/2×0.8=0.47.70×0.4=3.08⑤0.5×(11.70-9.62)×0.8=0.831/3×0.8=0.270.83×0.27=0.22合計5.804)計算防護墻的自重和穩(wěn)定力矩(水位以下按照浮重度計算)每米墻寬自重及力矩計算表(不規(guī)則圖形估算面積及力矩)編號重量Gi(KN)對前趾點的力臂li(m)對前趾點的力矩Gili(KN．M)①0.25×0.55×25=3.441.40-0.25/2=1.283.44×1.28=4.40②0.55×0.25×25=3.441.40+0.55/2=1.683.44×1.68=5.76③0.61×0.25×25=3.813.81×1.09=4.15④1.05×0.24×22=5.545.54×1.33=7.37⑤(1.04+1.89)×0.58/2×22=18.6918.69×1.82=34.02⑥0.2×1.48×14=4.140.94.14×0.9=3.73⑦0.47×12=5.590.7+0.7/3=0.935.59×0.93=5.22⑧(0.21+1.06)×0.6/2×12=4.571.4+0.6/3=1.64.57×1.6=7.32⑨(2.15+2.50)×0.5/2×14=16.2716.27×1.20=19.53⑩0.34×0.5/2×14=1.192.50-0.34/3=2.341.19×2.34=2.78合計66.6894.285）計算剩余水壓力由于墻后水位與擋墻計算墻底平齊，所以作用在擋墻上的水壓力僅為墻前水壓力Mpw=PwLw=26×2.6/3=22.53KN.m6)驗算抗傾和抗滑穩(wěn)定性抗傾穩(wěn)定：查JTJ300-2000《港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》直立式護岸，對計算面前趾的抗傾穩(wěn)定性可按下式驗算：0式中：Mpw——剩余水壓力標(biāo)準(zhǔn)值對計算面前趾的傾覆力矩（KN/m）MG——結(jié)構(gòu)自重力標(biāo)準(zhǔn)值對計算面前趾的穩(wěn)定力矩（KN/m）MPBu——波浪浮托力標(biāo)準(zhǔn)值對計算面前趾的穩(wěn)定力矩（KN/m）d——結(jié)構(gòu)系數(shù)，本工程中取為1.35由于墻后回填土水平且墻背豎直，所以MEV=0，本工程不考慮波浪浮托力。代入ME=5.80、MG=137.12、Mpw=PwLw=26×2.6/3=22.53KN.m驗算，本工程滿足抗傾穩(wěn)定?？够€(wěn)定：查JTJ300-2000《港口及航道護岸工程設(shè)計與施工規(guī)范》直立式護岸，沿墻底面和基層底面的抗滑穩(wěn)定性可按下式驗算：0式中：Pw——作用在計算面以上的剩余水壓力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）pw——剩余水壓力分項系數(shù)，取1.05u——波浪浮托力分項系數(shù)，持久組合取1.30,短暫組合取1.20d——結(jié)構(gòu)系數(shù)，本工程中取為1.0(無波浪作用)由于墻后回填土水平且墻背豎直，所以EV=0，本工程不考慮波浪浮托力和剩余水壓力。取抗力分項系數(shù)γ0=1.0,γG=代入EH=11.09、G=106.36、Pw=ρgh=10×2.6=26KN驗算，本工程滿足抗滑穩(wěn)定。7)地基穩(wěn)定性驗算：①承載能力極限狀態(tài)根據(jù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，土坡和地基的穩(wěn)定性驗算，其危險滑弧應(yīng)滿足以下承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達式：式中：Msd、MRk為分別作用在危險滑弧面上滑動力矩和抗滑力矩的標(biāo)準(zhǔn)值；γR為抗力分項系數(shù)。②采用簡單條分法驗算邊坡和地基穩(wěn)定，其抗滑力矩標(biāo)準(zhǔn)值和滑動力矩設(shè)計值按下式計算：s式中：R為滑弧半徑(m);γR為綜合分項系數(shù)，取1.0;Wki為永久作用第i土條的重力標(biāo)準(zhǔn)值(KN/m),取均值，零壓線以下用浮重度計算；qki為第i土條頂面作用的標(biāo)準(zhǔn)值(Kpa);bi為第i土條寬度(m);αi為第i土條滑弧中點切線與水平線的夾角；φki、Cki分別為第i土條滑動面上的內(nèi)摩擦角和粘聚力(Kpa)標(biāo)準(zhǔn)值，取均值；Li為第i土條對應(yīng)弧長(m)。③地基穩(wěn)定性計算：短暫狀況按照有關(guān)規(guī)范規(guī)定，對未成型的堤進行施工復(fù)核時，水位采用設(shè)計低水位。由于圓弧滑動計算復(fù)雜，目前計算多采用電算，又因為本工程擋墻為置放在明基床上，地基滑動穩(wěn)定顯然可以得到滿足，所以本設(shè)計中簡要利用一個算例僅來說明其計算原理，假定R=400cm防洪通道汽車荷載q=10KN/m2(按汽10考慮)素填土：γ1=18KN/m3,C1=8Kpa,φ1=20.3°回填砂：γ2=18KN/m3,C2=0Kpa,φ2=33°碎石倒濾層：γ3=10KN/m3,C3=0Kpa,φ3=36°拋石基床：水下γ4=11KN/m3,C3=0Kpa,φ3=40°素混凝土：γ=24KN/m3；水下γ=14KN/m3鋼筋混凝土：γ=25KN/m3；水下γ=15KN/m3漿砌塊石：γ=22KN/m3；水下γ=12KN/m3與墊層之間的摩擦系數(shù)為：f=0.6計算圖形設(shè)定最危險滑動詳細(xì)計算結(jié)果表（重力計算具體過程省略）（q=10KN/m2；b=0.2m）土條編號iiiiLiCkikikiWkikibi+Wki)1-290.87-0.480.150400.840.0770.0772-250.91-0.420.220400.840.2530.2533-220.93-0.370.210400.840.4400.4404-190.95-0.330.210400.840.6710.6715-160.96-0.280.210400.840.7480.7486-130.97-0.220.210400.840.8580.8587-100.98-0.170.210400.840.9460.94680.990.200400.842.4122.4129-0.070.200400.842.4562.456-0.020.200400.842.4782.4782-0.030.200400.844.0234.02340.070.200400.845.6585.65870.990.200400.847.0457.0450.980.170.200400.840.970.220.210400.8410.67810.6780.960.280.210400.840.950.330.210400.84220.930.370.210400.847.8297.829250.910.420.220400.847.6429.64220290.870.480.2300.