课程设计 | 斜坡式护岸地基设计

山东省日照港石臼港区南四突堤一期陆域形成工程——斜坡式护岸地基设计

一、项目背景

本实训项目依托山东省日照港石臼港区南四突堤一期陆域形成工程，以该工程中的斜坡式护岸段为对象，开展地基设计工作。护岸全长226.15米，堤顶高程10.0米，前沿底高程-8.0米，属港口工程中典型的斜坡式防护结构。项目所在区域设计水位变化幅度较大（极端高水位5.80m至极端低水位-0.63m），50年一遇设计波高达3.5米，地质条件以粉质黏土与强风化花岗岩双层结构为主，工程条件较为复杂。

二、项目目标

依据《水运工程地基设计规范》（JTS 147—2017）等现行规范，完成斜坡式护岸地基的以下三项核心设计任务：

1. 地基稳定性验算——确保护岸在施工期及运营期具备足够的抗滑稳定安全储备；

2. 地基沉降计算——预测地基在堤坝荷载作用下的沉降量及沉降过程，评估工后沉降对结构的影响；

3. 地基承载力计算——验证各计算断面下卧层承载力是否满足上部荷载要求。

三、主要工作内容与技术方法

3.1 地基稳定性验算

采用瑞典条分法（总应力法），分别针对持久状况（竣工后注水至工作水位）和短暂状况（分级加载施工期）进行最不利滑动面搜索。通过理正软土地基堤坝设计软件建立计算模型，将护岸横断面划分为32个（持久状况）和21个（短暂状况）土条，逐条计算下滑力与抗滑力，求得最小安全系数。计算结果显示：持久状况滑动圆心(18.00, 21.00)、半径22.14m，安全系数1.931；短暂状况滑动圆心(15.00, 18.00)、半径19.14m，安全系数2.273，均满足规范承载能力极限状态设计要求。

3.2 地基沉降计算

以e-p曲线法计算主固结沉降，采用经验系数法（修正系数1.200）进行总沉降修正。按0.5m分层厚度计算各层压缩量，压缩层厚度判定采用15%应力比准则。通过微分方程数值解法求解固结度随时间的变化过程，得到完整的"填土—时间—沉降"和"填土—时间—固结度"曲线。计算结果表明：地基最终总沉降为0.655m，工后基准期残余沉降0.066m，沉降量及不均匀沉降差均在可控范围内。堤坝填筑面积增量为5.553m²（梯形积分法），坝顶单侧加宽建议值为0.416~0.499m。

3.3 地基承载力计算

沿护岸横断面布置多个计算点，分别验算各点在不同深度处的下卧层承载力。地基土层为双层结构——上层粉质黏土（承载力特征值200kPa）、下层强风化花岗岩（承载力特征值800kPa），经深度修正后各计算点pz+pcz均小于修正后的承载力faz，全部满足设计要求。

四、成果展示

本项目完成了从资料整理、参数确定、软件建模、数值计算到成果输出的完整设计流程，提交成果体系完整、层次清晰：

• 计算书成果：《土力学与地基基础实训报告》完整版（含设计任务、设计资料、稳定性验算、沉降计算、承载力计算、结论与参考文献等全部章节），附属备份文件齐全；

• 计算图形：计算简图、堤坝注水到工作水位稳定计算图、沉降曲线图、固结度曲线图、最终沉降量盆形曲线图（含DWG/PNG/PDF多格式），直观展示计算结果的空间分布与时间演化规律；

• 工程图纸：护岸结构图纸、断面设计图（DXF/DWG格式），完整呈现护岸几何尺寸与材料分区；

• 设计规范与参考资料：《水运工程地基设计规范》（JTS 147—2017）、《土力学与地基基础》（李广信，第3版）、《铁路路基手册》等权威文献。

五、结论

经系统计算与分析，该斜坡式护岸地基在稳定性、沉降及承载力三方面均满足现行规范要求，设计方案合理可行，工程性能良好。实训过程有效巩固了土力学与地基基础课程的核心理论知识，锻炼了运用专业软件进行实际工程计算与分析的能力。