摘 要

本论文从汕头港广澳港实际工程地质和程水文情况出发，拟为港区水域修建斜坡式防波堤，以此抵挡波浪对港区内的影响。本论文主要设计了防波堤的断面形式与尺寸，护面块体、垫层块石和护底块石的几何尺寸，并经过比较方案比选确定了较为合适经济的胸墙型式，最后对胸墙和地基稳定性进行了初步验算，并计算了地基的最终沉降。

关键字：斜坡式防波堤、胸墙、验算

Abstract

Based on the actual engineering geology and hydrological conditions of Shantou Port, Guang#39;ao Port, this paper intends to build a slope breakwater for the waters of the port area in order to resist the influence of waves on the port area. This paper mainly designs the sectional form and size of breakwater, the geometric dimensions of protective face block, cushion block stone and bottom block stone, and determines the more suitable and economical type of breast wall through comparison of schemes. Finally, the preliminary checking calculation of stability of breast wall and foundation and the final settlement calculation of foundation are carried out.

Key Words：Slope breakwater, breast wall, checking calculation

目录

第1章 绪论 1

1.1 广澳港建设的优势及其意义 1

1.2 广澳港的物流需求 2

1.3 国内外研究现状 4

1.4 研究的基本内容、目标 5

第2章 设计条件 7

2.1 风况 7

2.2 设计水位 8

2.3 设计波浪要素 9

2.4 地质 11

2.5 地震 12

第3章 防波堤断面设计 14

3.1 断面形式与尺寸 14

3.2 护面块体稳定重量和护面层厚度 18

3.3 垫层块石的重量和厚度 21

3.4 堤前护底块石的稳定重量和厚度 21

3.5 胸墙设计及计算 23

3.5.1 胸墙断面设计方案及比选 23

3.5.2 胸墙标准值计算 26

第4章 稳定性验算 38

4.1 胸墙稳定性验算 38

4.2 地基稳定性验算 41

第5章 地基沉降计算 46

第6章 总结 51

参考文献 52

绪论

广澳港建设的优势及其意义

汕头港广澳港区东靠马耳角海峡，西望企望湾，北接汕头经济特区，南临南海，陆域距市区约25公里，水路距汕头湾内港区约15海里，海上分别距广州276海里，厦门130海里，香港187海里，台湾高雄214海里，地理位置十分优越。

并且该地区还拥有十分优越的建港地理条件，其一，该地区水深条件良好，湾口内水深常年保持在9至10米的位置，且含有较少的泥沙量；其二，该地区天然岸线长，广澳湾为天然耳形海湾，上起马耳角岬角，下至进屿头岬角，岸线总长约3.5公里；其三，其拥有2.4平方公里的水域，具备建设5~10万吨超级大型深水泊位的自然条件；其四，其进港航道短，因湾区面向南海，只须通过2.3公里进港航道就可到达太平洋西海岸国际航线和我国南北航线之航运要冲，可在国际航运市场竞争中占据有利条件；其五，湾区毗邻的陆域面积大，港区内陆东西长约1.1公里，陆域面积约4.2平方公里，陆域纵深开阔，预留港区面积足够大。

因广澳湾区拥有足够优秀的地理位置和地理条件，汕头市政府早在上个世纪90年代就开始了对广澳港口的建设。并于1995年底就完成了起步工程，工程一经建成，就为当地居民的生活带来了巨大的改变。同时，针对广澳港的后续建设计划一直在紧密的设计推行中。2015年底，由广东省发改委、交通运输厅组织编制的《粤东港口群发展计划（2016~2030）》（以下简称《规划》）正式印发实施。《规划》中明确指出，要顺应国家一带一路形式，将汕头港打造成为国家沿海主要港口和公共物流枢纽港，继续发挥广东在海上丝绸之路上的重要地理位置作用，并将在接下来的全球化中发挥更重要的战略作用 。同时为进一步扩大港口建筑群，将潮州港和揭阳港打造为广东沿海地区性重要港口。将汕头港广澳港作为整个粤东地区的核心港区，负责整个地区的物流运输的核心功能，同时明确潮州港金狮港区和揭阳港大南海港区负责补充该地区外的其他功能。港区建设完成后，可以有效发展潮汕地区的临港工业，促进汕头保税区经济的发展，改善汕头和汕头港腹地的投资环境，大力吸引外资，促进贸易，发展经济，进一步巩固汕头市作为粤东中心城市的地位。

广澳港的物流需求

为了响应广东省发改委、交通运输厅的发布的《规划》的要求， 广澳港规划作为汕头附近的核心港区，其建设规模应与当地的货物吞吐量，实际地质情况等联系，制定一个严谨周密的设计规划，这样才能保证建成的港口能够真正满足当地实际需求。

《规划》中计划从2015年展开，截至到2020年完成初步目标，2030年完成最终目标。对粤东地区产业布局、产业结构特征和发展趋势及水运需要进行了科学分析，预测2020、2030年粤东港口群货物吞吐总量分别达到1.8亿吨、3.0亿吨，其中集装箱吞吐量分别达到290万标箱、560万标箱。预计到2020年、2030年粤东港口群泊位通过能力达到1.6亿吨、2.6亿吨，其中集装箱泊位通过能力分别达到280万标箱、560万标箱。

另外，由《规划》查得，其预计规划的船舶类型及其承载能力如表1.1至表1.4所示:

表 1.1规划的集装箱船主力船型

表 1.2 规划的干散货船主力船型

表 1.3 规划的液体散货船主力船型

表 1.4 规划的杂货主力船型

（注：预测港区杂货主要为钢材和水泥）

国内外研究现状

防波堤是港口工程的重要组成部分，位于港口水域的外围，能够同时抵挡漂沙和冰凌的入侵，使得船舶在港内停泊、进行装卸作业和出入航行时，能够满足其要求的水深和水面情况。防波堤的结构型式主要有三种：直墙式、斜坡式和特殊类型^[1]。前两种为传统的重力式防波堤，第三种为新型防波堤。因本论文主要讨论广澳港的斜坡式防波堤建设，故在此主要讨论斜坡式防波堤的一些最近研究现况。

在海港工程中，斜坡式防波堤得到普遍应用，其具有消浪性能好、对地基沉降适应性强以及施工简便等优点。斜坡式防波堤中最重要的部分就是护面，它平铺在堤心材料的外层，用于抵抗波浪和水流的直接冲击，以保护堤身其它部位不受侵蚀和破坏，常用的护面块材料有块石、混凝土人工块体和混凝土板等。截至目前，国内外研制的各种人工护体已有几十种之多。除法国的四脚锥体以外，还有日本的四脚空心方块、美国的三柱体、荷兰的铁砧体、英国的空心六面体和南非的杜洛斯块体等^[16]。由于杜洛斯块体具有孔隙率大，稳定性高的显著优点，因此，近十多年来它是在国内—外应用最多的异型块体^[17]。

我国早在上个世纪就曾颁布过与防波堤建设有关的施工规范，如在1998年颁布的JTJ 298-1998《防波堤设计与施工规范》。这些规范使得港口建设度量得到统一,极大的促进了我国的港口建设技术进步和保证了工程安全。随着与水运工程有关的新材料、新技术的相继问世，有了更好的技术和材料来使防波堤更好的发挥其功能，旧规范中的部分内容在新时代的需求下得到适当的更新。我国交通运输部整理了近些年来的水工工程施工的最新劳动成果，将其整合在JTS 154-1-2011《防波堤与施工规范》^[2]这部新规范中。

而本论文中的广澳港的建设也应当以最新的设计要求为准，这样才能建设一座符合实际工作要求的现代化港口。通过通读新旧设计规范，我找出了一些新规范中新增的或旧规范中业已删去的内容，而这些内容正是最近这些年来一线水运施工人员总结的宝贵经验和最新成果。同样，在此只讨论有关斜坡式防波堤的相关变动内容。

新规范较之于旧规范，整体的体系和框架并未作出根本性改动，只是在原有规范中许多未涉及的方面做了一些规定，消除了原有设计中的许多盲区，使整体设计更加规范、全面和细致。如新的规范中规定了设计水位和设计波浪标准，分开规定了地震状况和偶然状况，新增了模型试验规定、深水斜坡堤断面形式、设计波浪要素规定，对软基处理、堤心材料的选择上增加了更多详细的要求。而按蒋凯军等人的文章来看，虽然新规范是在总结大量实践经验的基础之上得来的，但是由于海洋环境的复杂多变性，在实际施工，中我们不能招搬规范上的所有内容，而是应当基于规范，再进行波浪模型分析才能验证结构是否真的稳定。

研究的基本内容、目标

本设计研究的基本内容包括：搜集与广澳港相关的资料，如当地港口实际需求，工程地质和工程水文条件等；查阅与设计有关的规范与书籍，如《防波堤设计与施工规范》、《海港水文规范》、《港口水工建筑物》等，严格按照规范的相关要求来设计防波堤断面图和平面布置；熟悉相关制图软件的操作，如AutoCAD等。

本设计的目标是能够根据当地的实际情况，结合一系列规范的要求，合理经济的设计出广澳港防波堤的断面尺寸、胸墙型式、口门布置等，并完成对设计防波堤的整体稳定性验算和地基沉降计算，最后利用制图软件完成防波堤的平面设计图。

设计条件

风况

谷歌地图查到广澳湾附近的卫星地图如下：

图 2.1 广澳港卫星地图

由当地海洋水文观测站资料可知，湾区内的常、强浪方向为E~S，次常、强浪方向为S~SW。并且查阅资料可知，港区内已建成一个5万吨级的航道，其址位于前江与马耳角的最北部交界处，其航向为南北朝向。因此，考虑到风向和原有航道上船只进出港口方便而言^[4]，现暂定将口门位于东侧防波堤接近原有航道附近处，东侧防波堤纵轴线自马耳角处起始，方向为北偏东50°，最大限度的减少E~S方向的强浪对港区内的影响。西侧防波堤自东屿起始，由于该岬角周围1~1.5公里的海水深度较浅，在此处建立码头的水位不一定能够满足大吨位的船舶吃水要求，同时亦为保证建成后的防波堤内面积足够，西侧防波堤前段纵轴线方向暂定为北偏东10°。西侧防波堤中段纵轴线布置应考虑来自S~SW方向的次常、强浪的影响，暂定方向为南偏东60°。尾段应延伸至东侧防波堤附近，同时其中轴线方向布置应与东侧相同，以便抵御E~S方向的强浪对湾区内的影响^[6]。根据其方向，预留出口门位置后，现得各段防波堤设计长度如下，东侧防波堤1.8公里，西侧防波堤前段长3.7公里，中段长2.3公里，尾段长0.9公里。现绘制防波堤的纵轴线的布置图如下：

图 2.2广澳港平面布置

设计水位

因广澳湾区地处南海附近，附近海域波浪大，夏季多受台风影响，近岸处多受强波浪影响。因此需要着重考虑波浪的侵袭对防波堤可能造成的影响。由当地水文资料查得，湾区附近长年水位保持在9到10米，按照王美茹的说法，此水深低于20米，广澳港防波堤按照浅水防波堤的要求设计即可。

广澳港为海岸港，受上游濠江水系和潮汐作用明显，因此按照我国《海港水文规范》^[1]的有关要求，设计高水位应采用高潮累计频率10%的潮位，；设计低水位应采用低潮累计频率90%的潮位。由搜集的资料知，取设计高水位8.21m；设计低水位4.83m；极端高水位9.76m；极端低水位2.51m。

设计波浪要素

根据多年来我国建港的实践经验及国内外的设计标准^[8]，规范针对各种不同型号的建筑物规定了相应的设计波浪重现期标准，见下表：

表 2.1建筑物设计波浪重现期

工程的建筑物等级采用二级，故设计波浪的重现期应取50年。对未成型的斜坡堤进行施工期复核时，波浪的重现期可取5年进行校核。搜集到广澳湾区周围相关水位资料信息如下表：

表 2.2波浪设计要素