第第9頁某港口防波堤的平面布置分析案例第一章：設(shè)計(jì)資料1.1工程位置該港地理位置優(yōu)越，位于我國東南沿海地區(qū)，是我國某省的“出入門戶，五邑咽喉。”該港是一個(gè)正在發(fā)展具有一定規(guī)模的地方性港口，但規(guī)模較小，港口企業(yè)繁多，岸線雜亂無章，功能有待整合。因?yàn)槠涮厥獾牡乩砦恢?，以及豐富的資源，故改港被視為重點(diǎn)發(fā)展修建的對(duì)象。為了進(jìn)一步發(fā)展建設(shè)，合理利用岸線資源，滿足旅游需要，擬結(jié)合《某港發(fā)展總體規(guī)劃》對(duì)三澳港進(jìn)行擴(kuò)建。因?yàn)榉啦ǖ趟幍牡乩砦恢幂^于海上相對(duì)惡劣的地方，故而要在消浪結(jié)構(gòu)上做到相對(duì)安全及穩(wěn)妥。該港有三大優(yōu)勢(shì)：1.水域?qū)掗?，水深良好?.水道優(yōu)良，避風(fēng)條件好。河床為泥質(zhì)，鋪著力強(qiáng)。無礙航暗礁。3.不凍不淤，地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。而該港口口外有許多地勢(shì)險(xiǎn)峻的島嶼、岬角作為天然的屏障，入港的水道相對(duì)狹長(zhǎng)，兩側(cè)山嶺眾多并且地勢(shì)險(xiǎn)峻。港灣內(nèi)也同樣擁有有許多小島嶼，與沿岸山嶺、岬角犬牙呲錯(cuò)，對(duì)于港口的保護(hù)來說可謂是天然的保護(hù)傘。港內(nèi)水域廣闊，水深多在10米以上，雖該港口兩側(cè)有幾條溪流的注入，但沙量相對(duì)較為稀少，對(duì)港口不存在安全隱患，是良好的深水港。三澳灣水產(chǎn)豐富，盛產(chǎn)多種豐富的海水產(chǎn)品，水產(chǎn)資源極其豐富，有著極大的開發(fā)潛能。既是一個(gè)天然的漁港，旅游港，同時(shí)也是一個(gè)天然的軍港。故而防波堤的建設(shè)對(duì)其來說可謂十分重要。1.2自然條件主要包括氣溫、風(fēng)、降水、霧、濕度等資料。主要作用于港口的工作天數(shù)計(jì)算，便于合理規(guī)劃安排港口防波堤的結(jié)構(gòu)建造工程。1.2.1.風(fēng)況風(fēng)向指來風(fēng)向，用16個(gè)方位來表示。根據(jù)多次測(cè)試結(jié)果可確定風(fēng)向?yàn)閃向，頻率23%，次常風(fēng)向?yàn)镹W，SW向，頻率分別為18.5%以及19.3%，具體見風(fēng)頻率統(tǒng)計(jì)表。表1.1風(fēng)頻率統(tǒng)計(jì)表風(fēng)速頻率風(fēng)向<7.9

（m/s）8.0-10.7

（m/s）10.8-13.8

（m/s）13.9-17

（m/s）>17

(m/s）合計(jì)N2.50.30.13.1NNE3.62.50.70.30.27.3ENE3.30.50.20.14.1E1.60.60.40.30.33.2ESE1.30.60.30.20.12.5SE0.80.50.20.31.8SSE1.81.10.30.20.13.5S0.80.51.3SSW2.10.70.30.43.5SW8.53.52.42.21.918.3WSW0.90.70.50.50.53.1W13.34.22.51.50.522WNW3.30.60.20.14.2NW10.83.52.40.50.217.5NNW1.820.50.34.6C合計(jì)56.421.8116.93.81001.2.2.降水（因地處南方東南沿海一帶，故只有純降水量，并不存在降雪量轉(zhuǎn)化降水量。）年平均降水量：1616-2143ml月平均降水量：35-1180ml年最大降水量：3000ml年最小降水量：988ml日最大降水量：400ml年降水日數(shù)：170-210日月降水日數(shù)：10-20日1.2.3水文經(jīng)過觀測(cè)可得三澳港的最高潮潮位：2.99m；最低低潮位：-1.3m；平均高潮位2.0m；平均低潮位0.3m；平均潮差1,7m；平均潮面1.2m在某些年份因?yàn)閺?qiáng)冷空氣影響從而導(dǎo)致三澳港在某些特殊的年份出現(xiàn)特高的潮位，高度為3.1m.設(shè)計(jì)水位的確定：設(shè)計(jì)高水位2.30m。設(shè)計(jì)低水位0.10m。極端高水位1.88m。極端低水位-1.65m。1.2.4波浪三澳港的波浪主要為短周期重力波，波的周期經(jīng)檢驗(yàn)主要在9.0s，且經(jīng)過檢驗(yàn)浪的方向常浪向?yàn)镹，次常浪向?yàn)镾N，強(qiáng)浪向?yàn)镹W，次強(qiáng)浪向?yàn)镹NW，具體的出現(xiàn)頻率見下表。表1.2浪向頻率表浪向常浪向N次常浪向SN強(qiáng)浪向NW次強(qiáng)浪向NNW頻率%1812.117.413.2因?yàn)槌＠讼驗(yàn)镹，所以設(shè)計(jì)中的浪向?yàn)镹，以及不同水位下的波高如下表所述表1.3不同水位下的波高位置波向極端高水位下（m）設(shè)計(jì)高水位下（m）設(shè)計(jì)低水位下（m）H1%H5%H13%H1%H5%H13%H1%H5%H13%防波堤N(yùn)5.534.954.404.253.663.223.523.092.751.2.5土地地質(zhì)及水工建筑物級(jí)別本次設(shè)計(jì)中水工建筑物的級(jí)別選取2級(jí)水工建筑物，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別選取為二級(jí)，地震強(qiáng)度也選取為二級(jí)。地質(zhì)為泥沙地質(zhì)適合建造防波堤等大型水工建筑物。第二章：港口平面布置2.1碼頭泊位尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算碼頭布置應(yīng)綜合考慮水深，地址，地形以及風(fēng)況，波浪潮汐，泥沙，水流，冰等多種自然條件，滿足船舶離泊，系泊裝卸作業(yè)等，方便水運(yùn)與陸運(yùn)相結(jié)合即保證防波堤的合理建設(shè)，滿足港口的安全需求。泊位長(zhǎng)度及系泊、靠泊設(shè)施布置應(yīng)考慮船舶靠泊、系泊、裝卸作業(yè)、設(shè)備檢修和自然條件等因素綜合確定，必要時(shí)可進(jìn)行一些泊位物理實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬計(jì)算。相鄰泊位的船舶間距應(yīng)滿足安全距離的要求。泊位長(zhǎng)度計(jì)算泊位長(zhǎng)度應(yīng)滿足船舶安全進(jìn)出港口距離以及系纜的安全要求。碼頭布置成折線時(shí):Lb=泊位長(zhǎng)度（m）=船長(zhǎng)系數(shù)L=設(shè)計(jì)船長(zhǎng)（m）d=富裕長(zhǎng)度（m）其中船長(zhǎng)系數(shù)符合以下表格2.1表2.1船型系數(shù)兩直立式岸壁間夾角60°70°90°120°150°雙側(cè)停船DWT>50001.451.351.251.151.10DWT<=50001.551.401.301.201.15單側(cè)停船DWT>50001.301.251.201.131.10DWT<=50001.401.301.251.181.15其中泊位富裕長(zhǎng)度d符合下表2.2表2.2泊位富裕長(zhǎng)度dL(m）<4041-8586-150151-200201-230231-280281-320>320d（m）58-1012-1518-2022-2526-2830-3335-40（2）船型尺度設(shè)計(jì)船型尺度設(shè)計(jì)見下表表2.3表2.3船型尺度代表船型船型噸級(jí)DWT(t)總長(zhǎng)（m）型寬（m）型深（m）滿載吃水（T）15000散貨船15023.012.59.115000雜貨船15723.313.69.620000集裝箱船18327.614.410.520000客船18025.416.26.7（3）綜合計(jì)算綜上所訴本工程設(shè)計(jì)規(guī)模為建設(shè)2個(gè)15000DWT雜貨船泊位，同時(shí)兼顧2個(gè)15000DWT散貨船泊位和1個(gè)20000DWT集裝箱船泊位以及一個(gè)20000DWT客船泊位。長(zhǎng)度按《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013）的公式進(jìn)行計(jì)算。泊位布置按順靠碼頭布置，且采取同一碼頭前沿線連續(xù)布置多個(gè)泊位，則泊位長(zhǎng)度公式如下：端部泊位：Lb=L+1.5d中間泊位：Lb=L+d因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)為單側(cè)停船,，且DWT均大于5000，兩直立岸壁間夾角為60°，所以根據(jù)表2.1.1，船長(zhǎng)系數(shù)取1.30。單個(gè)泊位長(zhǎng)度為設(shè)計(jì)船型計(jì)算：=1.30*150+15+15/2=217.5m兼顧船型計(jì)算：=1.30*183+20+20/2=267.9m，故單個(gè)泊位長(zhǎng)度取268m。碼頭總長(zhǎng)：1.30*183+20+150=407.9m.為安全距離著想，設(shè)置碼頭總長(zhǎng)為420m。2.2港口水域設(shè)計(jì)2.2.1航道通航水深計(jì)算在水域的計(jì)算時(shí)，一般要求計(jì)算航道的水深。其中水深又分為通航水深和設(shè)計(jì)水深。這些都應(yīng)該根據(jù)設(shè)計(jì)的船型吃水量，航行過程中的下沉量以及包括波浪的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，和水體本身的特質(zhì)以及航道的泥土的土壤性質(zhì)等多方面的因素確定。符合公式：式中——航道通航水深（m）——設(shè)計(jì)船型滿載吃水（m）——航行時(shí)船體下沉量——航行時(shí)龍骨最小富裕深度——波浪富裕深度——船舶裝載時(shí)縱傾的富裕深度，雜貨船以及集裝箱忽略不計(jì)，散貨船取0.15米表2.4設(shè)計(jì)船型滿載吃水設(shè)計(jì)船型船型噸級(jí)DWT（t）15000散貨船15000雜貨船20000集裝箱船20000客船滿載吃水（m）9.19.610.56.7所以根據(jù)表2.4可得=10.5圖2.2.1船舶航行時(shí)船體下沉值根據(jù)圖2.2.1可得表2.5航行時(shí)龍骨最小富裕深度土質(zhì)特性船舶噸級(jí)（t）DWT<50005000<DWT<1000010000<DWT<5000050000<DWT<100000100000<DWT<300000淤泥土、可塑性土0.20.20.30.40.5硬塑粘性土等0.30.30.40.50.6所以根據(jù)表2.5可得=0.3表2.6船浪夾角的變化系數(shù)值角度0（180）10（170）20（160）30（150）40（140）50（130）60（120）70（110）Z/h（T<8s）0.240.320.380.420.440.460.480.49Z/h（T=10s）0.550.650.750.830.900.971.021.08所以根據(jù)表2.6可得=0.48*3.66=1.76故綜上所述=10.5+1.0+0.3+1.76+0.15=13.71m所以通航水深為13.71m。2.2.2航道有效寬度計(jì)算航道有效寬度包括航跡帶寬度、船舶間富裕寬度、船舶與航道底邊間的富裕寬度等3項(xiàng)寬度。同時(shí)航道還分為單線航道與雙線航道。一般港口平面布置選取為雙線航道。雙線航道公式為：式中：——航道通航寬度（m）——航跡帶寬度（m）c——船舶與航道底邊線間的富裕寬度（m）b——船舶間富裕寬度，取船寬n——船舶漂移倍數(shù)L——設(shè)計(jì)船長(zhǎng)183m——風(fēng)、流壓偏角B——設(shè)計(jì)船寬表2.7船舶與航道底邊線間的富裕寬度c項(xiàng)目雜貨船或集裝箱船散貨船油船或其他危險(xiǎn)品船航速（kn）≤6＞6≤6＞6≤6＞6c（m）0.50B0.75B0.75BBB1.50B因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)中船型寬最大的是集裝箱船為27.6m。故設(shè)計(jì)船寬取27.6m。所以根據(jù)表2.2.1可推出c=0.75*27.6=20.7m.表2.8船舶漂移倍數(shù)風(fēng)力橫風(fēng)≤7級(jí)橫流V（m/s）V≤1.00.10＜V≤0.250.25＜V≤0.500.50＜V≤0.750.75＜V≤1.00n1.811.751.691.591.45γ（°）3571014根據(jù)表2.2.2，取=10°，求得n=1.59.所以根據(jù)公式可得A=1.59*（183*sin10+27.6）=94.41m根據(jù)公式可得W=2*94.41+27.6+2*20.7=257.82m故綜上所述航道的有效寬度為257.82m。2.2.3錨地錨地按照地理位置的劃分一般可以分為港內(nèi)錨地和港外錨地兩種。按照功能劃分有應(yīng)急、待泊、軍用等多種。故地理位置應(yīng)選擇在靠近港口，水域位置良好，天然地理位置優(yōu)越的地方。以及符合以下規(guī)定：水域位置足夠廣闊，在起錨拋錨等工作的同時(shí)不影響周圍的船只。水流穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生回流等現(xiàn)象。泥質(zhì)及泥沙質(zhì)的水域選擇優(yōu)先級(jí)相對(duì)較前，避免在多礁石硬質(zhì)沙土的水域設(shè)立，從而對(duì)在錨地工作的船只造成影響。禁止在海底工程管線區(qū)域設(shè)置錨地。在采用單錨時(shí)，錨位的水域面積為圓形，半徑的計(jì)算公式如下：風(fēng)力<7級(jí)時(shí)：風(fēng)力>7級(jí)時(shí)：式中：——單錨水域系泊半徑——設(shè)計(jì)船長(zhǎng)——錨地水深，不應(yīng)小于設(shè)計(jì)船型的滿載吃水深的1.2倍，即10.5*1.2=12.6。故取13m。所以帶入公式計(jì)算，當(dāng)風(fēng)力<7級(jí)時(shí)，,=183+3*13+90=312m。當(dāng)風(fēng)力>7級(jí)時(shí)，，=183+4*13+145=380m。2.2.4回旋水域計(jì)算回旋水域是指船只在進(jìn)入港口或調(diào)離港口時(shí)所需要掉頭或者改變航向時(shí)所需要的空間，故而回旋水域在港口得平面布置中是必不可少的。所以該水域的設(shè)立應(yīng)當(dāng)方便船只的進(jìn)出。在港口掩護(hù)條件較好，水流正常的港口選擇一個(gè)常規(guī)系數(shù)，即。式中——回旋水域半徑——設(shè)計(jì)船長(zhǎng)根據(jù)公式求得m所以，綜上所述回旋水域半徑為366m。2.3防波堤布置防波堤的作用對(duì)港口本身來說是可以大大減少了波浪對(duì)岸線的沖擊力，從而起到了保護(hù)港池的作用，保護(hù)港口免受惡劣天氣影響。對(duì)于港口內(nèi)的建筑物及船只來說，防波堤在一定程度上可以減少惡劣的環(huán)境對(duì)船舶安全停泊和作業(yè)造成的影響?？偟膩碚f是一個(gè)起著保護(hù)作用的水中建筑物。同時(shí)防波堤在防止港池淤積和波浪沖蝕岸線的方面也發(fā)揮著極大地作用。所以說防波堤是人工掩護(hù)的沿海港口必不可少的組成成分。

2.3.1防波堤的設(shè)置要求防波堤的布置是根據(jù)港口的使用要求以及船型的需求，航運(yùn)的規(guī)模以及當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境所建設(shè)的。在建設(shè)過程中應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，例如風(fēng)、浪、水流泥沙等。在建設(shè)的同時(shí)也應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)馗劭诘淖匀粭l件及規(guī)模采用單堤、雙堤或多堤的防護(hù)系統(tǒng)。以及要注意防波堤的建設(shè)對(duì)周圍海岸泥沙運(yùn)動(dòng)的影響。從而采用必要的工程措施。防波堤的位置應(yīng)當(dāng)選擇在自然條件好、水深較淺的地方。如果能利用礁石、淺灘及島嶼那就更加合適。2.3.2防波堤軸線設(shè)置要求防波堤的軸線應(yīng)當(dāng)采用直線、向海方向的凸曲線，若采取了凹曲線應(yīng)當(dāng)做論證。其縱軸線一般由一段或幾段直線組成，各段軸線之間應(yīng)以折線或圓弧的方式相連為避免防波堤承受的波能過于集中，縱軸線應(yīng)向港內(nèi)拐折，避免向外拐折。如有特殊情況，防波堤軸線必須向外拐折時(shí)，兩段堤軸線的外夾角不宜小于150°。2.3.3口門的設(shè)置要求口門的數(shù)量：按照水動(dòng)力條件來設(shè)置，該設(shè)計(jì)選擇設(shè)計(jì)兩個(gè)口門?？陂T的有效寬度：根據(jù)圖2.3.1可得，口門的有效寬度應(yīng)大于設(shè)計(jì)船寬，本設(shè)計(jì)取1.5B。即1.5*183=274.5。圖2.1口門的位置：根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件以及港區(qū)的總體規(guī)劃按標(biāo)準(zhǔn)布置?？陂T的方向：應(yīng)與航道的位置相協(xié)調(diào)，航道中心線與海浪的夾角應(yīng)取30-45°本設(shè)計(jì)取45°?？陂T平面布置的形式：正向口門。2.4防波堤結(jié)構(gòu)方案確定直立堤：堤體對(duì)材料的消耗量較小，但混凝土等水工建筑材料消耗量過大，適用于砂石來源缺乏的地區(qū)。且波浪在堤前會(huì)產(chǎn)生反射，從而導(dǎo)致消能效果較差。在水深和波浪相對(duì)較大的地方比較適用。斜坡堤：堤體的消耗材料量相對(duì)較大，但對(duì)混凝土的需求量相對(duì)較小，所以適合就地取材，在產(chǎn)地原材料較豐富的地區(qū)比較適宜。且因?yàn)槠淦履_大于1:1，所以波能易被吸收消化。但其內(nèi)側(cè)卻不可兼做碼頭?；旌鲜剑合虏繛樾逼率酵坏蹋喜繛橹眽κ街绷⒌?，所以一方面可以減少直立墻的高度節(jié)省材料，另一方面又能減少地基的承載力，從而確保該建筑物的安全性能。相對(duì)施工建設(shè)方來說也比較經(jīng)濟(jì)。且兼具了直立堤與斜坡堤的優(yōu)點(diǎn)，故防波堤最終選擇為混合式的。透空式：經(jīng)濟(jì)條件合理，材料使用相對(duì)節(jié)省，但難以阻止泥沙入港，也不能減小水流對(duì)港口的沖擊以及對(duì)港內(nèi)水域的影響。因?yàn)槿母蹖儆谀噘|(zhì)多沙港口，故而不能選用透空式防波堤。不透空式：一般適用于水深較大波浪也較大的條件，作用能阻止泥沙入港，以及減小水流對(duì)港內(nèi)水域的干擾。綜上所述，該港口設(shè)計(jì)選用混合式不透空防波堤。2.5防波堤尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.5.1防波堤堤頂高程計(jì)算因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)為混合式防波堤，故上層設(shè)計(jì)為直立式沉箱加胸墻的組合，所以堤頂高程計(jì)算為基床的高度加上沉箱的高程以及胸墻的高度。因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)為不透水式，所以設(shè)計(jì)按照基本不越浪計(jì)算。因?yàn)榈躺眄敻叱桃蟊阌谑┕?，故而要高出施工水位，設(shè)計(jì)中因?yàn)樗顬?3m。極端高水位時(shí)的水深為15.88m。設(shè)計(jì)時(shí)，取整個(gè)建筑物高程大于15.88m即挑選18m。2.5.2防波堤上部胸墻結(jié)構(gòu)選型胸墻的作用為減少堤頂?shù)脑嚼肆?，所以一般是用漿砌石、混凝土等