Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Расчет откосного берегоукрепления
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Г.И. Литвиненко
РАСЧЕТ ОТКОСНОГО БЕРЕГОУКРЕПЛЕНИЯ
Учебное пособие по выполнению курсового проекта для студентов очного отделения
специальности 270104 «Гидротехническое строительство» по дисциплине
«Гидротехнические сооружения водных путей, портов и континентального шельфа».
Альтаир – МГАВТ
Москва, 2012
УДК 627.21:656.615
Литвиненко Г.И
Расчет откосного берегоукрепления. М.: МГАВТ, 2012г., 2 изд. – 24с.
Учебное пособие.
Рассмотрено на заседании кафедры от «13» «сентября» 2011 г., протокол № 63
Рекомендовано к изданию УМС МГАВТ
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать
материалов несут авторы и кафедра академии, выпускающие учебно-методические
материалы.
© МГАВТ, 2012
© Г.И. Литвиненко, 2012
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие «Расчет откосного берегоукрепления» составлено в соответствии с
рабочей программой Московской государственной академии водного транспорта по
дисциплине «Порты и портовые сооружения (часть II)», на основе действующих
нормативных документов [2,3,4] и учебных пособий [1,5,6].
Цель учебного пособия - закрепить теоретические знания, полученные студентами на
лекциях, а также привить практические навыки при выполнении курсовой работы.
В результате изучения учебного пособия и выполнения курсовой работы студент
должен овладеть методикой расчета берегоукрепительных сооружений откосного типа с
покрытием в виде:
- сортированной каменной наброски;
- несортированной каменной наброски без планировки откосов;
- железобетонных плит.
Курсовая работа должна быть оформлена в виде пояснительной записки и
графического приложения.
Пояснительная записка включает:
1) исходные данные, соответствующие полученному варианту курсовой работы;
2) основные теоретические сведения, положения расчета и расчетные формулы по
каждому из разделов:
3) расчеты берегоукрепительных сооружений.
Пояснительная записка должна быть отпечатана либо написана разборчивым почерком
на стандартной бумаге (формат А4) и снабжена титульным листом.
Графическая часть курсовой работы должна быть выполнена в карандаше на листах
ватмана формата АЗ или графическом редакторе «АutоСаd» и включать чертежи трех
вариантов конструкций берегоукрепительных сооружений в масштабе 1:100.
Основные положения учебного пособия соответствуют действующим нормативным
документам и могут быть использованы при разработке соответствующего раздела
дипломного проекта, а также при проектировании портовых берегоукрепительных
сооружений в качестве справочного пособия.
1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Берегоукрепительные сооружения акваторий морских и речных портов,
судостроительных и судоремонтных предприятий предназначены для защиты
существующих или вновь образуемых территорий не занятых причалами от воздействий
ветровых и судовых волк, течений, льда и колебаний уровня. Проект
берегоукрепительного сооружения разрабатывают на основе исходных данных о
естественных условиях района строительства, с учетом перспективы развития порта и
условий производства работ. При проектировании берегоукрепительных сооружений
следует учитывать волновой режим на акватории, характер течений, величину
заносимости, а также возможность создания подпора грунтовых вод в прилегающих
оползневых склонах.
Тип конструкции берегоукрепительного сооружения выбирают в результате
сопоставления вариантов, исходя из технико-экономической целесообразности
применения данных типов в конкретных условиях строительства.
ТЕРМИНОЛОГИЯ
Элементы волны (основные) - высота, длина и период волны.
Поступательные (бегущие) волны - волны, видимая форма которых перемещается
в пространстве.
Стоячие волны - волны, видимый профиль которых в пространстве не
перемещается.
Система волн - ряд последовательных, волн, имеющих одно происхождение.
3
Профиль волны (главный) - линия пересечения взволнованной поверхности с
Th ,,
вертикальной плоскостью в направлении луча волны.
Средняя волновая линия - линия, пересекающая запись волновых колебаний так, что
суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы.
Гребень волны - часть волны, расположенная выше средней волновой линии.
Вершина волны - наивысшая точка гребня волны.
Ложбина волны - часть волны, расположенная ниже средней волновой линии.
Подошва волны - наинизшая точка ложбины волны.
Высота волны - превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом
профиле.
Длина волны - горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных
гребней на волновом профиле.
Период волны - интервал времени между прохождением двух вертикальных
вершин через фиксированную вертикаль.
Фронт волны - линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по
вершинам гребня данной волны.
Луч волны - линия, перпендикулярная фронту волны в данной точке.
Скорость волны - скорость перемещения гребня волны в направлении ее
распространения.
Расчетный шторм - шторм, наблюдающийся один раз в течение заданного ряда
лет.
Расчетная скорость ветра (при определении элементов волн) - скорость ветра на
высоте 10 м над уровнем воды.
Расчетный уровень воды - уровень, назначаемый с учетом сезонных и годовых
колебаний, ветрового нагона, приливов и отливов.
Разгон волн - протяженность охваченной ветром акватории, измеренная по
направлению ветра до расчетной точки.
Волновое давление - составляющая гидростатического давления, обусловленная
волнением. Определяется как разность значений гидродинамического давления в данной
точке пространства, занятого жидкостью, при наличии волн и при их отсутствии.
Обеспеченность в режиме (обеспеченность шторма) - вероятность появления
расчетной высоты (длины, периода) волны в ряду лет (1 раз в год, 5, 10, 25 и т.д. лет).
Обеспеченность в системе волн - вероятность превышения расчетной высоты
(длины, периода) волны некоторого фиксированного значения в ряду последовательно
бегущих волн.
ОСНОВНЫЕ БУКВЕННЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Vw - расчетная скорость ветра;
hs - превышение вершины волны над расчетным уровнем;
h1 - понижение подошвы волны от расчетного уровня;
h, , T - соответственно высота, длина и период волны:
k - волновое число;
с - скорость распространения волны;
- круговая частота волны;
h/ - крутизна волны;
hi,
, Ti -соответственно высота, длина и период волн i %-ной обеспеченности в системе
I
волн;
- соответственно средние высота, длина и период волн;
d - глубина воды при расчетном уровне;
dcr - критическая глубина воды, при которой происходит первое обрушение волн;
d
- глубина воды, при которой происходит последнее обрушение;
cr,u
4
Q - сила от воздействия волн на сооружение, преграду;
Тип сооружения,
вид крепления
Основные условия
применения
Примечания
1. Откосный
а) крепление откоса
сортированным камнем,
массивами (рис.1-а);
Наличие территории.
Ограничения по высотам
волн. Отсутствие
архитектурных
требований.
б) из несортированного
камня без планировки
откосов (рис. 1-6);
Не рекомендуется в условиях
стесненных акваторий.
в) крепление откоса бетонными
(железобетонными) сплошными
и щелевыми плитами (ри.1-в,г);
Наличие архитектурных
требований
Допускается устройство
каменной отмостки в
надводной части при
hi%0,7м и ctg5.
Р - линейная нагрузка (линейная распределенная нагрузка на единицу длины сооружения,
преграды);
р - волновое давление;
- плотность воды;
g - ускорение свободного падения;
- угол наклона откоса (или дна) к горизонту;
i- уклон дна;
а
- угол подход волн к сооружению;
w
L - длина разгона волн.
II. ТИПЫ БЕРЕГОУКРЕПИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ И УСЛОВИЯ ИХ
ПРИМЕНЕНИЯ
Берегоукрепительные сооружения, возводимые на акваториях портов,
судостроительных и судоремонтных заводов классифицируют по назначению и принципу
работы. По назначению берегоукрепительные сооружения подразделяют на постоянные и
временные, по принципу работы - на волногасящие, (откосные, рис. 1,а-г) и
волноотражающие (полуоткосные и вертикальные стены, рис. 1 д-е). Тип конструкции
берегоукрепительного сооружения рекомендуется выбирать на основании таблицы 1 с
учетом следующих рекомендаций:
а) крепление откосов из камня целесообразно выполнять в условиях агрессивной
среды, неравномерной осадки грунта основания, при повышенных требованиях по
долговечности крепления, необходимости защиты откоса водопроницаемым креплением с
целью его дренирования,
б) конструкции с использованием крупноблочных элементов с наклонными
передними гранями рекомендуется применять при неблагоприятных ледовых условиях;
в) в условиях сильных придонных течений следует предусматривать мероприятия
по защите дна от размывов;
г) целесообразно отдавать предпочтение конструкциям, содержащим наименьший
объем подводно-технических работ.
Таблица 1
Условия применения берегоукрепительных сооружений
5
2. Полуоткосный из
обыкновенных или пустотелых
массивов, шпунта или
сплошного ряда свай с
креплением откосов камнем,
плитами;
Дефицит территории,
частичные ограничения
по высотам отраженных
волн
3. Вертикальный:
а) гравитационного типа (рис.1д);
б) из железобетонного или
стального шпунта (рис. 1-е)
Плотные грунты
основания.
Слабые грунты основания
Рис.1. Типы откосных (а-г) и полуоткосных (д-е) берегоукрепительных сооружений:
1-наброска из сортированного камня; 2-обратный фильтр; 3-упор (каменный банкет);
4-засыпка (песок, грунт и др.); 5-наброска из несортированного камня; 6-профиль
переформирования; 7-бетонная или ж/б плита; 8-упор (массив); 9-выкладка камнем
массой 100кг; 10-упор (обыкновенный или пустотелый массив); 11-каменная постель; 12разгрузочная каменная призма; 13-шпунт; 14-оголовок; 15-анкерная тяга; 16-анкерная
плита
6
III. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Тип крепления откосов берегоукрепительных сооружений устанавливают исходя
из технико-экономического сравнения вариантов, агрессивности воды, долговечности
крепления в условиях эксплуатации, архитектурных требований.
Для уменьшения высоты наката волн рекомендуется откосным сооружениям
придавать ступенчатую форму, либо устраивать специальные противонакатные полосы из
крупных камней.
При устройстве по верху крепления парапета с волноотбойным козырьком верхняя
граница крепления может быть понижена.
Крепление откоса подразделяют на основное, расположенное в зоне максимальных
волновых и ледовых воздействий и облегченное, расположенное ниже основного
крепления.
Верхнюю границу основного крепления обычно совмещают с отметкой верхней
границы сооружения.
В зоне основного крепления рекомендуется применять бетонные и железобетонные
плиты, массивы, камень; в зоне облегченного - крупнообломочные фунты, наброску из
камня. При кратковременных значительных понижениях уровня облегченные крепления
допускается выполнять из железобетонных плит.
При сопряжении основного и облегченного крепления, на промежуточных и
нижних границах креплений различных видов, а также на разделительных бермах по
высоте откоса необходимо предусматривать упоры. Упоры предусматривают в виде
каменных банкетов, бетонных и железобетонных массивных конструкций, заглубленных в
грунт, конструкций из свай и др.
Упоры в виде банкетов из крупноблочных материалов и камня (рис.1,а)
допускается применять в основании защищаемых откосов. Упоры в виде массивных
бетонных и железобетонных конструкций применяют как на промежуточных бермах
откоса, так и у дна.
Упоры со свайно-шпунтовым основанием применяют у подошвы откоса, на
нижней границе облегченных креплений при значительных размывах дна (рис.1,д-е).
Анкерные устройства свайно-шпунтовых оснований следует размещать вне призмы
обрушения откоса. С тыловой стороны ограждений в виде сплошного ряда свай должна
быть отсыпана призма из каменных материалов (рис.1,е).
Защиту дна перед сооружением от размыва следует предусматривать, если
максимальные донные скорости V
неразмывающих донных скоростей V
назначать в пределах 0,15-0,25 , где -средняя длина волны.
Для крепления откосов из сортированного камня масса элементов наброски должна
увеличиваться послойно; каждый последующий слой должен надежно защищать
нижележащий слой от вымывания. Верхний слой наброски должен включать не менее
двух рядов камней. Пологость откосов крепления из сортированного камня в зоне наката
волн рекомендуется принимать в пределах 1,5 < ctg < 3,5 .
Конструкцию откосного типа в виде наброски из несортированного камня без
планировки откосов (рис. 1,6) рекомендуется применять:
а) для защиты территории портов, образуемых посредством намыва или отсыпки
грунта;
б) для сопряжении портовых сооружении с берегом.
При проектировании наброски из несортированного камня без планировки откосов
пологость подводного и надводного откосов следует принимать не менее 1.25, а средний
диаметр камня в пределах 0,65 < Dma < 3,5 м.
Крепление откосов из сборных бетонных и железобетонных плит (сплошных и
щелевых) рекомендуется применять при пологости откосов в пределах 2,0 < ctg < 3,5,
м/с, превышают допускаемые значения
b,max
,, м/с. Ширину защитной полосы рекомендуется
b,adm
7
отсутствии агрессивного действия воды, возможности возникновения неравномерных
осадок грунта основания.
Максимальный размер плит следует устанавливать с учетом возможностей
транспортирования и удобства укладки на откос. Для курсового проектирования
рекомендуется размер плиты 2,0x2,0 м.
Обратные фильтры под креплением откосов, выполненные в виде каменной
наброски, плит с открытыми швами или сквозными отверстиями, могут состоять из
одного слоя разнозернистого материала или двух и более слоев материалов с различными
по крупности частицами.
IV. ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА
Расчеты берегоукрепительных сооружений выполняют в соответствии с
указаниями СНиП 2.06.01-86[2] по предельным состояниям.
4.1. Расчетные значения уровней и высот волн
При определении нагрузок и воздействий на берегоукрепительные сооружения
значения расчетных уровней определяют по наивысшим годовым уровням в безледный
период с обеспеченностью 5% (1 раз в 20 лет).
Обеспеченности высот волн для берегоукрепительных сооружений в соответствии
их классом (III-IV) составляют:
- в режиме - 1 раз в 25 лет;
- в системе волн - 5%.
Высоту волны i %-ной обеспеченности в системе волн следует определять
умножением средней высоты волн на коэффициент k., принимаемый по графикам на рис.2
для безразмерной величины gd/V
2
.
w
Рис. 2. Графики для определения значения коэффициента k
8
4.2. Возвышение верха сооружения откосного профиля над расчетным
setruns
hhh
%1,
%1,run
h
set
h
%1
2hd
%1%1,
hkkkkh
runspprrun
r
k
p
k
sp
k
run
k
%1,d
d
h
Конструкция крепления откоса
Относительная
шероховатость
%1
h
r
kr k
p
Бетонные или железобетонные плиты
-
1,00
0,90
Гравий, галька, камень, бетонные блоки
<0,02
0,005-0,01
0,02
0,05
0,1
0,2
1,00
0,95
0,90
0,80
0,75
0,70
0,90
0,85
0,80
0,70
0,60
0,50
%1
2hd
run
k
%1
2hd
ctg
1-2
3-5
5
Значения коэффициента
sp
k
при скорости ветра, м/с: >20
1,4
1,5
1,6
5-20
1,1
1,1
1,2
5
1,0
0,8
0,6
уровнем
Возвышение верха сооружения, м, над расчетным уровнем определяют по
формуле:
(1)
где:
- высота наката волн на откос, м:
- высота ветрового нагона, м.
Значение высоты наката волн на откос при их фронтальном подходе к сооружению
и глубине перед сооружением
где
и
соответственно коэффициенты шероховатости и проницаемости
откоса, принимаемые по табл.3;
- коэффициент, принимаемый по табл.4;
- коэффициент, принимаемый по графикам на рис. 3 в зависимости от
пологости волны
на глубокой воде.
рассчитывают по формуле.
(2)
Таблица 3
При глубине перед сооружением
принимать для значений пологости волны, указанной на рис.3 в скобках и определяемой
при глубине
.
Характерный размер шероховатости r, м, следует принимать равным среднему
диаметру зерен материала крепления откоса или среднему размеру бетонных блоков. Для
курсового проектирования значение относительной шероховатости рекомендуется
принимать равным 0,2.
коэффициент
необходимо
Таблица 4
9
При подходе фронта волны к сооружению под углом m, град., величину наката
m, град
0
10
20
30
40
50
60
k
1,0
0,98
0,96
0,92
0,87
0,82
0,76
w
w
wset
gd
LV
kh
cos
2
Vw ,м/с
20
30
40
50
kw 10-6
2,1
3,0
3,9
4,8
run
k
max,b
V
admbV,
волн на откос следует умножить на коэффициент k, принимаемый по табл.5.
Значение высоты ветрового нагона принимают по данным натурных наблюдений,
либо рассчитывают по формуле:
(3)
где: m - угол между продольной осью водоема и направлением ветра, град.;
Vw - расчетная скорость ветра, м/с;
L - длина разгона, м;
kw - коэффициент, принимаемый по табл.6.
Таблица 5
Таблица 6
.
Рис.3. Графики для определения значений коэффициента
4.3. Допускаемые значения неразмывающих донных скоростей
Назначение границ крепления откосов, а также разработка мероприятий по
обеспечению неразмываемости как крепления, так и грунтов основания перед
сооружением, предусматривает определение донных скоростей. Устойчивость дна перед
сооружением обеспечивается в том случае, если максимальные донные скорости
превышают соответствующие допустимые значения
. В противном случае следует
предусмотреть защиту дна перед сооружением на полосе шириной (0,15-0,25).
Крепление дна от размыва осуществляется путем отсыпки гравелистого или щебеночного
10
не
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]