天津港防波堤延伸工程中箱筒型基础防波堤设计

毕业设计（论文）说明书题目：天津港防波堤延伸工程中箱筒型基础防波堤设计系名建筑工程系专业港口航道与海岸工程学号6009207344学生姓名杨天指导教师肖忠2013年6月7日毕业设计（论文）任务书题目：天津港防波堤延伸工程中箱筒型基础防波堤设计系名建筑工程系专业港口航道与海岸工程学号6009207344学生姓名杨天指导教师肖忠职称讲师2012年12月25日一、原始依据（包括设计或论文的工作基础、研究条件、应用环境、工作目的等。）1．工作基础：由中交第一航务工程勘察设计院主持的“天津港防波堤延伸工程”，欲根据天津港总体布局规划将现有防波堤延伸至航道里程15+000处。通过对大圆筒及箱筒型两个结构方案的对比设计计算，来决定北防波堤深水段和南防波堤的水工建筑物所采用的结构。2．研究条件：（1）潮位1）基准面关系天津港理论最低潮面与大沽零点及当地平均海平面的关系如下图：2.56m1.00m当地平均海面大沽零点天津港理论最低潮面图1基准面关系示意图2）潮位特征值（以天津港理论最低潮面起算，下同）根据塘沽海洋站1963年～1999年资料统计：历年最高高潮位5.81m（1992年9月1日）历年最低低潮位－1.03m（1968年11月10日）注：1957年12月18日出现最低低潮位-1.08m历年平均高潮位3.74m历年平均低潮位1.34m历年平均海平面2.56m历年最大潮差4.37m（1980年10月）历年平均潮差2.40m3）设计水位设计高水位4.30m设计低水位0.50m极端高水位5.88m极端低水位-1.29m（2）波浪1）波浪概况采用塘沽海洋站波浪实测资料统计，本区常浪向ENE和E，频率分别为9.68%和9.53%，强浪向ENE，该向H4%＞1.5m的波高频率为1.35%，T≥7.0s的频率仅为0.33%，各方向H4%≥1.6m的波高频率为5.06%，H4%≥2.0m的波高频率为2.24%。2）设计波浪要素选用1960～1979年实测波浪资料，按皮尔逊Ⅲ型曲线方法分析，得-7米水深处50、10、5年一遇设计波浪要素见下表。表1-7米水深处各年一遇设计波浪要素表50年一遇10年一遇5年一遇%4H（m）T（s）%4H（m）T（s）%4H（m）T（s）NE（ENE）5.18.14.07.13.66.5E（ESE）4.87.64.16.63.76.2SE（SSE）3.85.83.05.22.54.8（3）工程地质采用南疆防波堤延伸段（N）的地质资料，如下图所示。该段地质剖面由上往下分为五层，依次为淤泥层、淤泥质粘土层、粉质粘土层、粉土层和粉砂层。本论文中选用的断面为N36钻孔断面，该断面各层的分布为：地面至高程-11.2m。为淤泥层，高程-11.2m至高程-13.5m为淤泥质粘土层，高程-13.5m至高程-20.0m为粉质粘土层，高程-20.0m至高程-22.8m为粉土层，高程-22.8m以下为粉砂层。图2工程地质剖面图表2各土层主要土性参数表层号岩土名称天然含水率W密度ρ天然空隙比e朔性系数IP液性指数IL快剪力(快剪)内摩擦角φ凝聚力C%g/cm3---度kPa①淤泥平均值61.251.651.67126.41.330.134.71②淤泥质黏土平均值45.211.771.23721.41.072.939.79③粉质黏土平均值30.641.890.87814.10.796.7313.67④1粉土平均值26.391.940.7648.340.9823.7111.46④2粉沙平均值24.663．应用环境：本论文以天津港防波堤延伸工程为工程应用背景。4．工作目的：本课题应分析在设计波浪力及土压力作用下大圆筒及箱筒型结构的稳定性，通过相关计算，结合工程特点，参考经济标准，分析两种结构的适用程度，为相关工程设计提供依据。二、参考文献[1]祝业浩，倪国平，吴凤亮．防波堤箱筒型基础结构气浮拖运与负压下沉工艺[J]．中国港湾建设，2005，（5）：40-43．[2]天津港总体布局规划[R]．北京：交通部规划研究院，1987．[3]孟昭瑛，冯小军，杨树耕．浅海单立柱桶形基础平台整体结构分析[J]．中国港湾建设，1999，（1）：34-38．[4]孙百顺，张勇，王笑难等．钢箱筒基础结构应用优势及前景[J]．水道港口，2006，27（6）：384-389．[5]李伟，别社安．箱型基础防波堤结构试验研究[R]．天津：天津港务局、天津大学港口工程系，2002．[6]天津港防波堤延伸工程初步设计[R]．天津：中交第一航务工程勘察设计院，2005．[7]GB50011-2001，建筑抗震设计规范[S]．2001．[8]王元战，肖忠，及春宁等．筒型基础防波堤稳定性有限元数值分析[R]．天津大学建筑工程学院，天津市港口与海洋工程重点实验室，中交第一航务工程勘察设计院有限公司，2007．[9]王元战，肖忠．筒型基础防波堤土压力及稳定性简化分析方法[R]．天津大学港口工程系，2008．[10]APIRecommendedPractice2A-LRFDFirstEdition[S]．1993．[11]JTJ213-98，海港水文规范[S]．1998．[12]郄禄文，谢世楞．削角直立式防波堤可靠度分析[J]．海洋工程，2005，23（2）：1-10．[13]李天配．大直径圆筒结构码头工程的设计[J]．港工技术，1995，（1）：15-18．[14]王元战，张鑫．不同受力状态下沉入式大圆筒结构入土深度计算方法[A]．天津大学建筑工程学院，天津市港口与海洋工程重点实验室，2007．[15]王元战，董少伟，王玉红．沉入式大圆筒结构入土深度计算方法研究[J]．水利学报，2004，（4）：96-100．[16]周福田，张贤明．水运工程施工[M]．北京：人民交通出版社，2004．45—97．[17]JTS154-1．防波堤设计与施工规范[S]．2011．[18]李元音，谢世楞，王元战等．箱筒型基础防波堤断面稳定计算方法[J]．中国港湾建设，2010，（169）：96-99．[19]JTJ211-99，海港总平面设计规范[S].北京：人民交通出版社，1999.[20]JTJ206-96，港口工程制图标准[S].北京：人民交通出版社，1996.三、设计（研究）内容和要求（包括设计或研究内容、主要指标与技术参数，并根据课题性质对学生提出具体要求。）本课题主要完成以下内容：（一）设计大圆筒和箱筒型防波堤结构。（二）提出箱筒形防波堤的稳定性算法。（三）通过对大圆筒和箱筒形防波堤的结构比选，确定实际工程选用方案。具体研究内容为：1．大圆筒及箱筒型防波堤的结构形式。2．在设计波浪力及土压力作用下两种结构的稳定性分析方法及计算。3．大圆筒在满足结构稳定性条件下的入土深度。4．结合工程特点，参考经济标准，分析两种结构的适用程度。5．实际工程选用结构方案的工艺。具体要求如下：1．熟悉课题，完成开题报告，制定合理的研究进度。2．论文要结构合理，条理清晰，论据充分，内容充实，力求创新。3．结构断面设计要有设计说明，图纸至少4张。4．论文字数不少于10000字，英文摘要字数不少于400字，英文翻译字数不少于5000字。5．灵活运用所学专业知识，对问题进行处理。指导教师（签字）年月日审题小组组长（签字）年月日天津大学仁爱学院本科生毕业设计（论文）开题报告课题名称天津港防波堤延伸工程中箱筒型基础防波堤设计系名建筑工程系专业港口航道与海岸工程学生姓名杨天指导教师肖忠一、课题来源及意义本课题以天津港北防波堤延伸工程为背景，旨在通过相关计算确定该工程中所选用的防波堤结构类型。天津港位我国渤海湾的西端，处于海河下游的入海口处，天然地质条件并不优越，属于淤泥质海滩。特别是在天津港东突堤建设完成后，老港区的岸线使用已经达到极限，使得新港区的建设被提上日程。由于北港池的修建，完全有赖于北围埝和北防波堤，且当时现有的防波堤结构形式并不能完全适应当地的软土地基，于是在天津港的委托下，天津大学对大圆筒结构进行多次研究、实验，并逐渐开始投入使用。在此基础上，1997年天津港出现了一条长530米的半圆型防波堤，这项从日本引进的技术也在我国的港口建设中取得了突破性的成果。但是随着船型的不断扩大和港口的发展，逐渐对防波堤向更深的水域延伸提出了要求，而已经取得成果的防波堤结构类型均不能满足软基深水的条件，大大阻碍了天津港的发展。为了实现在淤泥质海滩上建设深水大港的目标，天津港和天津大学共同研究开发的箱筒型基础防波堤结构问世。本文将以箱筒型防波堤作为天津港防波堤延伸工程中的防波堤结构，通过现有的文献资料及计算方式，将其与已经取得成果的圆筒型防波堤结构进行比较，进行其稳定性计算，最终确定天津港防波堤延伸工程的设计方案，并对其施工工艺进行详细的阐述。二、国内外发展现状随着全球气候的变化，南北极冰盖融化，全球的海平面上升。最直接的结果就是风浪和水深增大，而箱筒型防波堤的问世无疑是软基港口的福音。2006年，天津港（集团）公司和天津大学联合研制开发的箱筒型防波堤投入使用，初次亮相于天津港南、北防波堤的延伸工程中。主要采用海上浮运，负压下沉的施工方式。在风浪较大，水深较大的软基水域，相较于其他结构类型的防波堤更为经济，也更为稳定。但由于，其与其本身与水下的软土接触较多，所以力学性质也较为复杂，其稳定性计算和极限承载力计算的方法还需要继续研究，所以并未得到广泛的应用，仍旧处于试验的阶段。本文将主要参照文献[8]和文献[14]中介绍的筒型防波堤的相关计算方法以及文献[18]中现有的箱筒型防波堤稳定性断面稳定计算方法进行计算。三、研究目标本课题将通过对大圆筒型防波堤和箱筒型防波堤在设计波压力和土压力的条件下，采用现有的计算方法分别进行稳定性计算，结合天津港防波堤延伸工程软基、大浪、水深的特点，参照它们各自的经济标准，对其实用性进行对比，并借鉴文献[3]及文献[9]的分析方法，设计合理的防波堤结构，以更好的满足工程需要。四、研究内容本文研究内容将大体分为以下五个部分；1、设计大圆筒及箱筒型防波堤的结构形式；2、在设计波浪力及土压力的下对大圆筒防波堤和箱筒型防波堤的稳定性进行分析和计算；3、计算在满足稳定性要求的条件下大圆筒的入土深度；4、结合天津港防波堤延伸工程的特点，参考二者的经济标准，分析二者对于该工程的适用程度；5、根据上述的分析计算选定方案，并阐述其施工工艺。五、研究方法与手段基于以上研究内容，碍于没有具体的规范可以指导具体计算，将采用最新的分析方法和研究手段，借鉴参考文献中的成果进行研究。采用比选的方式确定天津港防波堤延伸工程中所应当采用的防波堤结构形式，并具体阐释其施工工艺。六、进度安排2012.12.10——2013.03.15查找资料，确定选题，了解本课题要求，完成开题报告。2013.03.26——2013.04.09完成总体平面布置。2013.04.09——2013.04.29完成两种防波堤的稳定性分析和计算。2013.04.30——2013.05.09完成论文的撰写和编辑。2013.05.10——2013.05.24完成最后的课程设计工作（图纸部分）。2013.05.25——2013.06.01扫尾工作，准备答辩。七、方案可行性分析本课题的内容较新，大圆筒防波堤和箱筒型防波堤这两种防波堤结构形式并没有具体相关计算的规范，但现有的相关文献资料较多，可作为参考。且作者具备该课题所涉及的港口工程的基本知识。虽然这两种类型防波堤的相关计算方法有待进一步完善，但作者一定会在满足工程需要的情况下依照现有的计算方式进行稳定性及沉降量等计算，借鉴相关的工程实例，完成毕业设计。八、主要参考文献[1]祝业浩，倪国平，吴凤亮．防波堤箱筒型基础结构气浮拖运与负压下沉工艺[J]．中国港湾建设，2005，（5）：40-43．[2]天津港总体布局规划[R]．北京：交通部规划研究院，1987．[3]JTS167-2-2009．重力式码头设计与施工规范[S]．2009．[4]孙百顺，张勇，王笑难等．钢箱筒基础结构应用优势及前景[J]．水道港口，2006，27（6）：3