铁山港5万吨级散货码头设计 港口航道与海岸工程专业 .doc 97页

CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE TECHNOLOGY 毕业设计（论文） 铁山港5万吨级散货码头设计 学生姓名： 学 号： 班 级: 专 业： 港口航道与海岸工程 指导教师： 2012 年 6 月 铁山港5万吨级散货码头设计 学生姓名： 学 号： 班 级： 所 在 院(系): 水利工程学院 指导教师： 2012年6月 铁山港50000吨级散货码头 摘要铁山港区距北海市近40公里，距合浦县城廉州镇40多公里，距自治区首府南宁市250公里，距广东省湛江市约150公里，距海南省首府海口市124海里。铁山港区是西南最便捷的出海通道之一，是广西以及大西南连接广东、福建陆路经济走廊的重要交通枢纽。 本设计主要根据铁山港自然条件、运营、船型等资料，设计若2个5万吨级散货泊位。主要设计内容包括：对码头环境进行分析，包括地理、水文、气候、风况等进行分析；对码头进行总平面布置，包括码头陆域、水域的平面布置及生产生活辅助区布置；对散货泊位进行装卸工艺流程的设计，确定码头的主要经济技术指标；对码头进行结构设计，包括方块、沉箱方案的拟定及比较，最终确定为沉箱方案，进行结构计算和配筋计算。 关键词：总平面布置；装卸工艺；结构设计；配筋计算 THE DESIGA OF TIESAN PORT’S 50000DWT BULK TERMINAL ABSTRACT Tieshan port is nearly 40 kilometers away from Beihai City, the distance between the city of Hepu County is about 40 kilometers, 250 km away from Nanning, capital of the autonomous and Zhanjiang City (Guangdong Province) about 250 km away.　From the capital of Hainan Province，Haikou City，the distance is 124 miles. Tieshan port is the most convenient access to the sea southwest of Guangxi and the Big Southwest, is connected to land in Fujian, Guangdong Economic Corridor of important traffic hub. According to the native condition opertion factor and transport means, this project will design four ten thousad ton class berths, one of them is used for the bulk cargo. Cheif design content: the analysis to mative tendition of harbour, which include geography hydrdogy, weather, wind etc; The overall plan design covers the surfowe design of the wharfs land and water. The living assistance arrangement etc: The design of cargo-handing technology tarft flow program of bunk cargo berth, which is used for determining key index sign of the economy technique; Construction design including the determination and comparion coutrete block and contrete caisson plan; The later choosed, along with structure caulation and steels arranging accout. Key word：verall plan arrangement; Cargo-handing technology; Construction design; Steels arranging account  目 录 第一章 总 论 1 第二章 工程设计自然条件 3 2.1 工程地理位置 3 2.2 气象 3 2.2.1 气温 3 2.2.2 降雨 3 2.2.3 雾 4 2.2.4 风况 4 2.2.5 湿度 5 2.3 水文 5 2.3.1 潮汐 5 2.3.2 波浪 7 2.3.3 潮流 8 2.4 地形、地貌与工程泥沙 8 2.4.1 地形、地貌 8 2.4.2 工程泥沙 8 2.5 工程地质 9 2.5.1 地质特征概述 9 2.5.2 岩土物理力学指标 11 2.5.3 基础适宜性及地基持力层选择 12 2.5.4 疏浚岩土工程特性评价 12 2.6 地震 13 第三章 船型资料与吞吐量 14 3.1 船型资料 14 3.2 吞吐量资料 14 3.3 北海港港区分布及泊位情况 14 第四章 装卸工艺 16 4.1 装卸工艺的设计原则及一般要求 16 4.1.1 设计原则 16 4.1.2 一般要求 16 4.2 机械设备选型 17 4.3 装卸工艺及流程 17 4.4 机械数量的确定 17 4.4.1 移动式装船机 18 4.4.2 桥式卸船机 18 4.4.3 斗轮式堆取料机 18 4.5 装卸工人数和司机人数的确定 19 4.5.1 港口装卸工 19 4.5.2 装卸机械司机人数 19 4.6 主要技术经济指标 20 4.6.1 散货码头泊位数 20 4.6.2 库场面积 21 4.6.2 设计堆场通过能力 22 4.6.3 装卸一艘船所需时间 23 4.6.5 库（场）面积 23 第五章 总平面布置 24 5.1 港区布置原则 24 5.2 高程及水深的确定 25 5.2.1 设计水位及水位差 25 5.2.2码头前沿设计高程 25 5.2.3码头前沿设计水深 25 5.2.4 码头前沿水底高程 26 5.3 总平面布置 26 5.3.1水域布置 26 5.3.2 陆域布置 27 第六章 结构方案的拟定 30 6.1结构比选 30 6.2沉箱结构 31 第七章 沉箱码头的验算 32 7.1 设计条件 32 7.1.1 设计船型 32 7.1.2 结构安全等级 32 7.1.3 建筑物尺度 32 7.1.4 自然条件 32 7.1.5 码头面荷载 32 7.2 作用分类与计算 33 7.2.1 结构自重力（永久作用） 33 7.2.2 土压力标准值计算 39 7.2.3 堆货荷载产生的土压力（可变作用） 42 7.2.4 码头前沿堆货引起的竖向作用（可变作用） 42 7.2.5 门机荷载产生的土压力作用（可变作用） 43 7.2.6 船舶系缆力（可变作用） 44 7.2.7 波浪力（可变作用） 46 7.2.8 贮仓压力（永久作用） 55 7.2.9 施工期沉箱沉放时面板所受水压力计算 57 7.2.10 码头荷载标准值汇总 58 7.3码头稳定性验算 58 7.3.1 作用效应组合 58 7.3.2 码头沿基床顶面抗滑稳定性验算 59 7.3.3 码头沿基床顶面的抗倾稳定性计算： 60 7.3.4 基床承载力验算 63 根据《重力式码头设计与施工规范》 63 7.3.5 地基承载力的验算 65 第八章 沉箱结构内力计算 70 8.1 承载力极限状态下的内力计算 70 8.1.1 沉箱前壁板... 70 8.1.2 沉箱前底板计算 71 8.1.4 内力计算 72 8.2 正常使用极限状态下的内力计算 74 8.2.1 沉箱前壁板 74 8.2.2 沉箱底板计算(短暂状况) 75 8.2.3 内力计算 76 8.3 配筋的计算 77 8.4 构件裂缝宽度验算 80 8.4.1 矩形截面受弯构件最大裂缝宽度计算公式 80 8.4.2 对沉箱前壁板进行裂缝宽度验算 80 参考文献 85 结 束 语 86 北海市铁山港区东邻广东省湛江市，南临北部湾，西部为北海市区，北部为灵山县、浦北县。铁山港区距北海市近40公里，距合浦县城廉州镇40多公里，距自治区首府南宁市250公里，距广东省湛江市约150公里，距海南省首府海口市124海里。铁山港区西面有钦北铁路,北面有北海至湛江高速公路经过。国家“十一五”计划建设的合浦-河唇铁路、玉林至合浦十字路乡铁路、合浦十字路乡至铁山港铁路支线、玉林至铁山港高速公路贯穿该区。铁山港区是西南最便捷的出海通道之一，是广西以及大西南连接广东、福建陆路经济走廊的重要交通枢纽。 本设计的主要内容有码头总平面布置，装卸工艺的确定，结构方案选型及方案的比选，结构计算、配筋等。 码头的总平面布置包括码头水域布置和码头陆域布置两部分。码头水域布置中，根据有关规范规定，确定码头前沿设计水深为15.1m，高程7.9m，底高程-14.0m，航道通航设计水深为15.1 m，港内锚地系泊采用单浮筒系泊，其半径为256m。码头陆域布置包括码头前沿线的确定、泊位布置（包括不同货种的泊位相对位置的确定和岸线总长的确定）、库场布置、铁路和道路布置、辅助生产生活设施的布置等。泊位布置以不同货种的码头互不影响为原则，场总面积为14.8万㎡。码头生产生活辅助设施包括港区指挥合楼、侯工室、发电站、小型机械流动库、食堂、休息室、职工宿舍等。具体布置见“码头总平面布置图”。 装卸工艺的确定包括工艺流程的设计、机械设备选型、机械数量的确定、装卸工人数和司机人数的确定、主要技术经济指标的确定。装卸工艺采用两台装船机和5台卸船机，既满足了泊位利用率，也满足了吞吐的要求。装船机轨距为14.7m卸船机轨距为18m。码头主要技术经济指标有：年吞吐量为2000万吨、泊位数个、码头年通过能力为2139万吨、设计库场面积为14.8万平方米；驾驶员人，装卸工人人，装卸劳动生产率为4.9万吨/人。 结构方案选型中拟定了两个设计方案，重力式沉箱码头和空心方块码头。根据所给地质资料，拟建港区有较好的地基基础，根据重力式码头、高桩码头和板桩码头的工作特点和适用性，初步设计了重力式沉箱码头和空心方块码头。 结构计算包括沉箱码头的壁板和底板的内力计算。在各种荷载作用下对各构件进行承载能力极限状态和正常使用极限状态下的作用效应组合。并对壁板和底板进行配筋，具体布置见“结构配筋图”。 2.1 工程地理位置 北海市铁山港区位于广西壮族自治区南端、北海市东部，东临广东湛江市，南临北部湾，西部为北海市，北部为灵山县、浦北县和博白县。铁山港区距离北海市近40公里，距离合浦县城廉州镇40多公里，距离自治区首府南宁市250公里，距广东省湛江市约150公里，距海南省首府海口市120海里左右。北海铁山港区辖南康、营盘和兴港三镇，总面积394平方公里，是北海市对外开发以发展工业为主的行政区。北海铁山港各类码头作业区布置在东南沿海处。 本项目拟建地点位于规划的北海铁山港区4号路末端的沿海区域，东经,北纬。 2.2 气象 2.2.1 气温 根据1954-1983年观测资料统计： 多年平均气温： 22.06℃ 历年极端高温： 37.1℃（1963年9月6日） 历年极端低温： -0.8℃（1975年12月19日） 7月份平均气温： 28.7℃ 1月份平均气温：14.3℃ 2.2.2 降雨 根据1954-1983年观测资料统计： 多年平均降雨量：1682.7mm 历年最大降雨量：2211.2mm(1971年) 历年最小降雨量：849.1mm(1962年) 日降雨量=25mm，平均每年出现19d。 2.2.3 雾 北海地区雾主要出现在春季，尤其以三月份雾日最多，出现时间一般从02h开始，09h结束，水平能见度100-800m，根据1954年-1983年观测资料统计： 多年平均雾日数： 13.2d 历年年最多雾日数： 24d (1966年、1969年) 历年年最多雾日数： 4d （1977年） 2.2.4 风况 根据北海市气象站统计资料（见表2.2-1），北海地区风向季节性变化显著，冬季盛行偏北风，夏季盛行东南风。全年常风向为正北，次常风向为东南偏东，频率分别为22.1%和10.8%;频率加权年平均风速度为3.0米/每秒。强风向为东南，最大风速29米/每秒，次强风向为东南偏东，最大风速为21米/每秒根据统计资料统计，每年风力≥6级出现的天数：平均11.8天，最多25天，最少3天。本区风向季节性变化显著，冬季多为偏北风，夏季多为东南风。 项目 方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C 频率（%） 22.1 8.7 3.5 3.7 5.3 10.8 9.6 4.5 4.3 4.7 2.6 1.3 1.1 1.4 1.5 3.1 11.8 平均风速(m/s） 4.6 3.2 2.2 2.3 2.4 3.2 3.2 3.8 2.8 3.2 2.8 2.6 2.5 2.8 2.3 3.0 最大风速(m/s） 15 14 12 12 20 21 29 15 18 10 20 8 8 10 13 13 另据涠洲站1956—1975年实测资料统计（表2.22），常风向为NNE向，频率为14%，次常风向为ESE向和N向，频率分别为13%和12%。频率加权年平均风速为5.1米/每秒。强风向为东南风，最大风速为40米/每秒。 项目 方向 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW C 频率（%） 12 14 6 6 8 13 9 7 6 5 2 1 1 1 1 2 1 平均风速(m/s） 7.3 5.5 4.0 4.6 4.4 5.3 4.5 4.4 4.1 3.9 3.1 2.8 2.0 3.2 3.4 4.4 最大风速(m/s） 28 23 16 20 20 18 40 36 20 24 20 9 24 28 14 25 台风 北海夏、秋两季受台风影响，每年发生2~4次，台风友南海进入北部湾时，因受到海南与雷州半岛的阻挡，风力减弱，一般为5~6级，10级以上少见，其延时24小时左右。 2.2.5 湿度 据1954年~1983年资料统计： 累年年平均相对湿度： 81% 累年年最小相对湿度： 5% 累年最低平均相对湿度： 75% 累年年最高平均相对湿度： 84% 2.3 水文 2.3.1 潮汐 1、各基准面之间的关系铁山港区验潮站设在铁山港湾中部西部石头阜，歌水准点之间的关系如下： 2、潮型及潮位特征值铁山港内的长期验潮站有石头阜站，地理坐标21°37′N，109°06′E，由广西水文总站设立。铁山港湾口西侧的营盘和东侧的草潭及沙田有短期潮位观测资料。此外，距铁山湾口门外约60km的涠洲岛海洋站也有长期验潮资料。 北部湾是世界上典型的全日超海区之一，铁山港位于北部湾的东北部，从其潮汐特征数来看，K=（H1+H0）/H2=3.29，表明本港区的潮汐类型与北部湾其它海区略有不同，属不正规日潮。本区的潮汐作用较强，是华南沿海超差最大的海区之一。 潮波自湾外向铁山港内传播时，由于受地形影响，潮波发生变形，潮差沿程递增，而潮汐类型由湾外海区的正规日潮（每天一涨一落）向湾内的不正规日潮过渡（大潮汛时每天一涨一落，小潮汛时每天两涨两落）。根据中国科学院南海海洋研究所1992年12月26~31日同步验潮资料分析，营盘K=4.53，草潭K=4.11，石头阜K=3.67。实测资料表明，最大流速发生在高潮位前后2~3小时，说明笨港区的潮波属于以驻波为主，略具前进波性质的合成潮波。 铁山港区为非正规全日潮，其从理论深度基准面起算的朝为特征值为： 历年最高潮位： 6.31m 历年最低潮位： -0.09m 多年平均高潮位： 4.28m 多年平均低潮位： 1.80m 多年潮位： 3.00m 多年平均潮差： 2.45m 历年最大潮差： 6.25m（1986年7月21日） 日潮平均涨潮历时：8小时5分钟 日潮平均落潮历时：6小时25分钟 设计高数位： 5.41（潮谷累积频率10%） 设计低水位： 1.13（潮谷累积频率90%） 极端高水位： 6.86（重现期为50年一遇） 极端低水位： -0.46（重现期为50年一遇） 保证率（%） 10 20 30 40 50 60 70 80 90 水位 1小时 5.41 5.16 4.98 4.74 4.49 4.12 3.68 3.28 2.91 2小时 5.26 5.06 4.87 4.63 4.39 4.01 3.56 3.21 2.85 3小时 5.07 4.85 4.69 4.48 4.22 3.85 3.44 3.09 2.78 4小时 4.83 4.63 4.48 4.29 4.02 3.63 3.29 2.97 2.67 2.3.2 波浪 铁山港区没有进行过波浪观测。本海区由于受雷州半岛掩护，波浪强度不大，对港区有影响的主要是SSW、SSE和S向的波浪。根据涠洲岛的长期海浪观测资料，港区波浪以风浪为主，较大的波浪都是由台风或强季风造成的。据涠洲岛的波浪推算表明，港区水域泊稳条件良好，湾口西侧大牛石区域H1/10≥2.0m的天数平均每年2天，H1/10≥1.5m的天数平均每年5天。 表2.3-2 铁山港区50年一遇波浪要素 波浪要素位置 H1% H4% H13% H· T L 波向 湾口东侧 3.5 3.1 2.6 1.8 7.8 56 SSW 湾口西侧 4.0 3.5 3.0 2.1 7.8 60 SSW 湾中部 2.9 2.5 2.0 1.3 7.9 70 S 湾顶 2.6 2.2 1.8 1.2 5.3 44 SSE 2.3.3 潮流 铁山港区受地形限制，形成往复型潮流，涨潮流向北，落潮流向南，港湾内的天然航槽有两条，即东航槽和西航槽，东槽实测最大落潮流速0.82m/s。港内实测余流很小，为1.7-9.4cm/s。最大流速出现在高潮平潮前后2-3h，东槽平均落潮流速略大于西槽，而西槽平均涨潮流略大于东槽，这说明东槽落潮流稍占优势。 根据天津大学1978年8月13-23日在石头埠南1250m处断面观测结果，其平均纳潮量109亿立方米，最大纳潮量为3.76亿立方米。 2.4 地形、地貌与工程泥沙 2.4.1 地形、地貌 工程所在地为滨海沉积地貌，海底地形开阔平坦，自然岸缓缓倾出大海，涨潮时，地面均被海水淹没，低潮时，西北面部分钻孔孔位露出水面。距离岸边约3.5km有一条西南-东北走向的天然深水带状航道，带约800m，航道地面高程一般为-11~-15m。 2.4.2 工程泥沙 铁山港内没有大河注入，因而径流影响甚小，据1983~1985年广西海岸带调查资料，其含沙量，洪季湾内为0.01千克每立方米。港口为0.05千克每立方米，涨落潮表底层相差甚微，枯季湾内为0.07~0.017千克每立方米，港口为0.01~0.05千克每立方米，涨潮表底层相差甚小，落潮期表底层相差较大。 铁山港为台地溺谷海湾，其周围有一些小溪注入，其中较大者流入丹兜港的白沙河，流域面积644.25平方千米，河长83.227km，其径流深长1150mm，据此算得年平均径流量7.4×1亿立方米；根据邻区（南流江）侵蚀模数，估计白沙河年输沙16~18万吨。此外还有公馆河、闸利河、白泥江，其流域面积分别为10平方千米、57.7和74.7平方千米，也能为海湾提供少量泥沙。估计整个海湾陆域集水范围每年能提供的泥沙约30万吨。 天津大学水港教研室利用北海南漫1977年1月~12月波浪观测资料计算出北海南漫渔业基地（或铁山港口）自西向东的沿岸输沙率为5.72~8.59万立方米/a。 由于铁山港陆域供沙及波浪沿岸输沙量甚少，因此，潮汐通道的地形历来比较稳定，根据1966~1982年平面图水深资料对比，通道平面形态没有大的变化。 根据中科院南海所的估算，铁山港区航道、港池开挖后的年回淤强度在0.2m/a以下，外航道需开挖部分的年回淤强度小于0.1m/a。 2.5 工程地质 2.5.1 地质特征概述 经钻探揭示，勘察场地内共分为两大地层，分别为第四系海相沉积层和上第三系泻湖相沉积层。区域地质资料显示，下伏地层为石炭系灰岩。 1、第四系海相沉积层（Qm） 该层主要的岩性有砂、砂混淤泥、淤泥质土及淤泥混砂等，以砂、砂混淤泥为主，泥质土及淤泥混砂分布不连续，仅在局部有揭示。 1）砂，砂混淤泥：灰白、灰黄色，局部灰色，以砾砂和粗砂为主，一般混有贝壳碎屑，局部混淤泥，松散状，局部中密状，抽取进尺快。分布于海底浅表，厚度一般2~5m。分布范围广，勘察场地普遍有揭示。 2）淤泥质土、淤泥混砂：灰、深灰色，软~流塑状，具腥臭味，分布不连续，分布范围小，通常以透镜体的形式出现，厚度一般1~3m。仅在少数钻孔有揭示。 2、上第三系泻湖相沉积层（N）该层主要的岩性有粘性土、粘性土混砂、砂、砂混粘性土等，以粘性土为主，各岩土层以互层、夹层或透镜体的形式交错分布。粘性土分为粘土和粉质粘土，因该两种土外观及性质相近，且分布无规律，无明显分界，在野外较难准确界定，本报告统一按粘性土进行描述，其分别统计其物理力学性质，进行综合评价。在本次勘察的钻探深度内未钻穿该层，厚度大于80m。按工程岩土特性，分别描述如下： 1）粘性土、粘性土混砂、褐煤：灰~灰白色，部分黄、褐黄、红等色，褐煤为黑褐色，一般呈硬塑~坚硬状。粘性土矿物成分 以高岭石、石英、绢云母为主，粘性强，韧性、干强度高，经岩矿鉴定，属固结粘土或含粉砂、含砂固结粘土，部分坚硬状粘性土略具半成岩特征；粘性土混砂因含沙量不同，粘性有所减弱，韧性有不同程度下降；褐煤的密度相对较小，污手，含炭量不均匀，占20~80%不等，韧性、干强度相对稍低。该岩层厚度较大，但不均匀，常被砂层分割为多层状，局部以透镜体形式分布于砂层中，其中褐煤为薄层状，厚度一般为0.1~0.5m。 2) 砂土、砂混粘性土：砂土按颗粒组成不同，分为粉砂、细砂、中砂、粗砂和砾砂，以细砂、中砂、粗砂为主，灰黄、浅黄、浅灰等色，成分以石英为主，棱角状，分选性较好，无胶结；砂混粘性土因粘性土含量不同，具有一定粘结力。该层厚度不均匀，一般厚0.5~5m，局部厚度达十余米，通常以层状或透镜体的形式分布于粘性土层中，而且在上第三系地层中反复多次出现。受沉积历史环境不同及孔隙水压力差异影响，砂层的密实程度差异较大，主要为密实和中密状。从工程性质出发，把中密状砂土及砂混粘性土编号为1，把密实状砂土及砂混粘性土编号为2. 3）粉砂混粘性土：灰绿色，局部间薄层粘性土，粘性差、无胶结，呈中密状。该层仅在个别孔有揭示，分布于高程-60m以下，为钻穿。 2.5.2 岩土物理力学指标 土层名称 容许承载力[s](KPa) 抗剪强度（固快） 基床摩擦系数 桩侧极限摩阻力qf（KPa） 桩端极限阻力qr（Kpa） c(Kpa) 摩擦角（°） ① 粗、砾砂砂混淤泥 120 0 20 - 40 - ② 淤泥质土淤泥混砂 60 5 5 - 0 - ③ 粘性土混砂 400 60 15 0.42 95 6000 粘性土 420 65 28 0.40 95 6000 褐煤 300 40 10 0.30 80 4500 ④1 砂混粘性土 20 30 20 0.43 55 3500 粉砂 140 0 16 0.35 45 1800 细砂 180 0 27 0.45 55 3500 中砂 220 0 40 0.50 65 5200 粗砂 250 0 50 0.55 85 6500 ④2 砂混粘性土 300 30 25 0.45 80 4500 粉砂 260 0 20 0.40 70 2500 细砂 300 0 30 0.50 80 4500 中砂 360 0 45 0.55 90 6000 粗砂 420 0 55 0.60 100 7500 ⑤ 粉砂混粘性土 160 5 15 0.40 50 2500 推荐的岩土力学参数系根据原味测试、室内岩土实验成果以及经验数据并结合钻探情况综合确定。 桩侧极限摩阻力及桩端极限阻力适用于预制混凝土挤土桩。 2.5.3 基础适宜性及地基持力层选择 第四系海象沉积层(Qm)以松散砂土、砂混淤泥为主，局部为淤泥质土及淤泥混砂，厚度小，强度低，稳定性差，不能作为基础持力层。 上第三系泻湖相沉积层（N）厚度很大，在勘察深度内未能揭穿，主要的岩性有粘性土、粘性土混沙、砂土、砂混粘性土等，以粘性土为主，各岩土层在以互层、夹层或透镜体的形式交错分布。该层的物理力学性质差异较大，其中占主导地位的粘性土、密实状砂土及其混合土具有较高的承载力及良好的物理力学性质，可以作为码头基础的持力层，而性质稍差的中密状砂土及混合土由于厚度及分布范围邮箱，可通过调整基础尺寸或抛石厚度等措施来满足承载力及稳定性要求。目前广西沿海港口码头常用的基础类型为大圆筒重力式基础，该类型码头对地基承载力要求较高，而本场地的上第三系泻湖相沉积层属于土岩过渡层，其承载力较岩层底，且不均匀，较难满足大圆筒重力式基础的承载力要求。从可行性及经济性出发，建议拟建码头采用对承载力要求相对较低的岸壁式沉箱基础形式，以上第三系地层为基础持力层，尽可能以粘性土及密实状中、粗砂为基床，抛石厚度根据承载力及稳定性要求确定。除此之外，也可考虑采用桩基础，该类型举出的优点是可以通过调整桩长适应不同的承载力要求，缺点是造价高、耐用性相对较差。 2.5.4 疏浚岩土工程特性评价 1、疏浚岩土的可挖性疏浚岩土的可挖性与开挖设备的实用性及工艺的先进程度有很大关系，随着开挖设备的不断升级和工艺的不断改进，近些年来疏浚岩土的可挖性有了新的突破，建议在开挖中尝试多种开挖方式和工艺，根据开挖效果选择做理想的开挖设备及工艺。 疏浚岩土用于管道输送和填土的适宜性 根据场地岩土层的物性质特征，参照《疏浚岩土分类标准》表5.2.3，对疏浚岩土用于管道输送和填土的适宜性综合评价如下表： 地层若能与地层进行掺合，起用作填土的性能将得到较大改良，可以用作填土。地层具有弱膨胀性，碎化后不易固结，不适宜作填土，若因码头后方堆场缺乏填料或因疏浚废土处理的需要确需对地层进行利用时，可考虑砂土掺合改良后用作填土，但需进行改良实验来确定掺合比。 2.6 地震 根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306—2001）划分，本区地震烈度为Ⅵ度，特征周期分区为第一区，地震动峰值加速度值为0.05g，地震反应谱特征周期为0.35s。 3.1 船型资料 表 船型 吨级 DWT 船长 (米) 船宽 (米) 型深 (米) 满载吃水 (米) 散货 50000 230 32 17.5 12.7 3.2 吞吐量资料 本港区为进出口港口，年设计吞吐量为2000万吨 3.3 北海港港区分布及泊位情况 北海港目前按统计范围来分，全港包含北海市区内的商用和专业货主码头。按管辖来说，北海港管辖北海老港区，石步岭港区，铁山港港区和大风江港区。北海老港区、石步岭港区是在营运港区，铁山港港区在建设中，大风江港区是规划建设港区。北海老港区、石步岭港区和铁山港港区的状况如下: 北海港老港区（第一作业区）： 现有生产用泊位5个，非生产用泊位2个。生产用泊位：200吨级2个，700吨级2个，1000吨级1个。核定年吞吐能力35万吨。另外在200吨级和700吨级泊位之间改造成1000吨级客滚泊位1个，年旅客吞吐能力30万人次。 北海港石步岭港区（第二作业区）： 现有泊位4个：10000吨级2个，20000吨级1个，35000吨级1个。年吞吐能力180万吨（其中集装箱4.8万TEU）。 　　 铁山港港区： 在建2个20000吨级杂泊位，年吞吐能力95万吨。因后续资金海未到位，而在陆域形成方面做了大量工作，其他工程项目现还未开工。 另外： 北海港货主码头有7个，年吞吐能力90万吨。其中海运公司码头1个，年吞吐能力10万吨；航海公司码头1个，年吞吐能力2万吨；外贸公司码头1个，年吞吐能力10万吨；广西中油水产码头1个，年吞吐能力10万吨；石油公司冠头岭码头一个，年吞吐能力5万吨；二级站码头1个，年吞吐能力3万吨；化工厂油码头1个，年吞吐能力50万吨。 4.1 装卸工艺的设计原则及一般要求 4.1.1 设计原则 （1）遵循和贯彻港口发展规划。工程设计时，根据发展规划的指导思想，遵从长远全面规划，搞好工程近期实施与远近结合； （2）贯彻执行国家职业安全卫生、环境保护等有关政策、法规。注意保护作业人员的劳动条件、人身安全，尽可能避免和减轻工程对环境的影响； （3）装卸工艺设计，应从全局出发。结合考虑港口及水、陆路运输，工艺流程简捷，作业环节协调，车船周转迅速； （4）装卸作业系统和机械选型符合国家有关技术政策，并在兼顾当前现代化建设发展的基础上，结合工程需要，力求技术先进、实用； （5）装卸工艺系统的经济性，应既考虑其投资成本，又考虑营运成本。评价其经济效益时，应兼顾港口自身和社会的全面效益。 4.1.2 一般要求 （1）装卸系统各环节的能力应基本平衡，并以保证船舶装卸为主； （2）装卸机械的类型应在可能的条件下统一，规格简化，以便于维修管理； （3）优先选用技术可靠的国产装卸机械； （4）工艺流程设计应减少环节。各流程之间可灵活转换，以提高系统作业的可靠度。 4.2 机械设备选型机械设备名称 型 号 主要技术参数 移动式装船机 额定效率6000t/h，轨距14.7m，最大外伸29.2m，伸缩行程13m，带式输送机的带宽为2200mm，带速为250m/min； 桥式卸船机 UTR-20 能力2000t/h,抓取量12t，轨距18m 带式输送机 DT11型 带宽2200mm,带速6.5m/s 斗轮式堆取料机 DQL 630/1000·25 能力6300t/h,轨距10m,臂架回旋半径55m 链斗式卸车机 300t/h 自动装车站 该系统3min完成一辆车的装车作业 4.3 装卸工艺及流程 此港区为进出口港区，采用移动式装船机和桥式卸船机，堆场采用悬臂式堆料机、取料机堆场工艺，沿着轨道两侧布置堆料，因此通常采用一机负责两条料堆的堆料或取料作业，堆、取合一机型的主要特点是一机多能，既堆又取，可以减少堆场设备台数，其适用于物料货物较少的和不经常出现进出堆场同时作业的地方。装卸工艺流程如下： 4.4 机械数量的确定 根据《港口工程技术规范》（1987）上卷中的第3.8.20条确定各种机械数量，按下式计算： （4-1） 式中 N— 机械数量（台）； —某种装卸机械分货种的年起重运输吨（t），此设计为散货码头，年起运吨为4000万吨； — 机械利用率，采用三班制，取值为0.4～0.5，此处取0.5； — 各类机械按不同的操作过程装卸或搬运不同货种的台时效率 [t/（台·h）]； 4.4.1 移动式装船机 台时效率为6000t/h； 则取N=2，即需2台移动式装船机 4.4.2 桥式卸船机 台时效率为2000t/h; 则取N=5，即需要5台移动式卸船机 4.4.3 斗轮式堆取料机 取料的台时效率为630t/h。 取料： 则取N=9，即需9台斗轮式堆取料机。 4.5 装卸工人数和司机人数的确定 4.5.1 港口装卸工 根据《港口码头劳动定员标准》，散矿装卸主要作业线定员： （1）清舱装卸每舱口每班6~8人，取7人； （2）平舱装卸每舱口每班1~2人，取2人； （3）平台料斗装卸每料斗每班1~2人，取2人； （4）固定式带式输送机每班转接点每班2人； 全部定员=∑［每条作业线每班定员×作业线数×工作班次×（1＋轮休后备系数）］/出勤率 （） 式中，每条作业线每班定员按上述配备； 工作班次—三班制取3； 轮休后备系数—指年制度休息工时/年制度工作工时，其中每周实行40h工作制的四班三运转岗位，轮休后备系数取0.05； 出勤率—取0.95； 由上述数据可得： 全部定员=［13×3×3×（1+0.05）］/0.95=129人 装卸工人总数应包括装卸工人和辅助工人数。辅助工人数一般按装卸工人5%~10%计算，故辅助工人数为所以，装卸工人总数为129+13=142人 4.5.2 装卸机械司机人数 根据《港口工程技术规范》（1987）上卷和《港口码头劳动定员标准》，装卸机械司机单机定员： 散货装船机 1~2人，取2人； 1~2人，取1人； 车机 三班制取7人； 全部定员=∑［单机每班定员×机械使用台数×工作班次×（1＋轮休后备系数）］/出勤率 由以上数据可得： 全部定员=［10×8×3×（1+0.05）］/0.95=265人 4.6 主要技术经济指标 4.6.1 散货码头泊位数 根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）有： 泊位数目应根据年吞吐量、泊位货种和船型等因素按下式计算: N= 式中：Qn——根据货物类别确定的年吞吐量（t），散货码头年吞吐量为2000万吨; N——泊位数目； Pt——泊位的年通过能力（t），根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）有其值应按下式计算: （4-5） 式中：T—年日历天数，取330天； G—设计船型的实际载货量，G=50000×90％=45000； —装卸一艘设计船型所需要的时间（h）； =h P—设计船时效（t/h），按年运量、货舱、船舶性能、设备能力、作业线数和管理等综合因数综合考虑,散货取6000； —昼夜小时数，取24小时； —昼夜非生产时间之和（h），包括工间休息、吃饭及交接班时间，应根据各港实际情况来确定，一般取2~4h；根据本港情况，取3h。 —泊位利用率；根据本港情况，取0.33； —船舶的装卸辅助作业、技术作业时间以及船舶靠离泊时间之和（h）。船舶装卸辅助作业、技术作业是指在泊位上不能同装卸作业同时进行的各项作业时间。当无统计资料时，部分单项作业时间可 采用表5.8.2中的数值。船舶靠离时间与航道、锚地、泊位前水域及港作方式等条件有关，可取1~3h；根据本港情况，取3h。 综上 Pt= (t) N== 取N=2个泊位 4.6.2 库场面积 根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）第 5.8.9.1条，仓库、堆场的总面积，应按下式计算： （4-6） （4-7） 式中：E—仓库或堆场所需容量（t）； —年货运量（t）； —仓库或堆场不平衡系数，散货取1.5； —月最大货物堆存吨/天（t/d）； —月平均货物堆存吨/天（t/d）； —货物最大入库或堆场百分比（%）； —仓库或堆场年运营天数（d），取350~360d； —货物在仓库或堆场平均堆存期（d）； —堆场容积利用系数，对件杂货取1.0；对散货取0.7~0.9。 （4-8） A—仓库或堆场的总面积（）； q—单位或有效面积的货物堆存量（t/）；根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99），散货可取 6t/m2； —仓库或堆场总面积利用率，为有效面积占总面积的百分比（%）。根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）散货可取 0.7-0.8，拟取 0.80； 综上 E=t A=m2 4.6.2 设计堆场通过能力 （4-9） 式中——堆场所需容量（t） ——堆场不平衡系数 ——堆场年营运天（d） ——货物在库（场）的平均堆存期 PK =吨/年 4.6.3 装卸一艘船所需时间 50000吨级散货移动式装船机船时效率为6000t/h， 则装一艘船所需时间为：t===7.5h； 卸船所需时间：t===22.5h （操作吨/人年） 式中 —— 年操作吨（操作吨/人年） ∴（操作吨） —— 机械司机人数，265人； —— 装卸工人数，142人。 则装卸劳动生产率 （操作吨/人年） 4.6.5 库（场）面积 由前计算可知堆场总面积为14.86万m2。 综上所述，散货码头各主要技术经济指标汇总如下： 表主要技术经济指标汇总表 序 号 项 目 单 位 数 量 1 年吞吐量 万吨 2000 2 泊位数 个 2 3 堆场容量 设计需要容量 m2 80.247×104 实际布置容量 m2 80.5×104 4 设计堆场通过能力 t/年 2139×104 5 直接生产人员 司机 人 265 装卸工人 人 142 6 装卸一艘船所需时间 h 7.5 7 装卸劳动生产率 吨/人 49140 第五章 总平面布置 5.1 港区布置原则 （1）港口应按客运量、吞吐量、货种、流向、集疏运方式、自然条件、安全和环保等因素，合理地划分港区。 （2）在布置港区时，应考虑风向及水流流向的影响。对大气环境有较大污染的港区宜布置在港口全年强风向的下风侧；对水环境有严重污染的港区或危险品港区宜布置在港口的下游，并与其它码头或港区保持一定的安全距离。 （3）港区总平面布置，应根据港口总体布局规划，结合装卸工艺要求，充 分利用自然条件，远近结合、合理布置港区的水域、陆域，并应符合下列要求。 ①装卸作业对大气环境产生较大污染的货种的泊位，应布置在港区常风向的下风侧；装卸作业对水环境产生严重污染的货种的泊位，应布置在港区的下游岸段，并应注意水流流向的影响。 ②顺岸式码头的前沿线位置，宜利用天然水深沿水流方向及自然地形等高线布置。并应考虑码头建成后对防洪、水流改变、河床冲淤变化及岸坡稳定的影响。 码头前应有可供船舶运转的水域。 ③港区陆域平面布置和竖向设计，应根据装卸工艺方案，港区自然条件，安全、卫生、环保、防洪、拆迁、土石方工程量和节约用地等因素合理确定，并应与城市规划和建港的外部条件相协调。 （4）港口水域包括码头前停泊水域、回旋水域、进港航道和锚地等，可根据具体情况组合设置或单独设置。 （5）改建、扩建港区的总平面布置，应与原有港区相协调，充分、合理地利用原有设施，并应考虑减少建设过程中对原有港区生产的影响。 5.2 高程及水深的确定 5.2.1 设计水位及水位差 5.2.1.1 设计高水位 由资料得设计高水位取 5.41.m。 5.2.1.2 设计低水位 设计低水位取 1.13m。 5.2.1.设计水位差 设计水位差 ΔH为设计高水位减去设计低水位，即： ΔH=5.41-1.13=4.28(m) 5.2.2码头前沿设计高程 码头前沿设计高程Hs应考虑码头的重要性、淹没影响、河流特性、地形、地质、装卸工艺等因素，并结合码头布置及型式、前后方高程的衔接、工程投资及防洪措施等条件，综合分析确定。码头前沿设计高程应为设计高水位加超高。在有掩护的港口的码头前沿高程，规范规定按下表两种标准中取高值。基本标准 复核标准 计算水位 超高值（m） 设计水位 超高值(m) 设计高水位 1.0-1.5 校核高水位 （50年一遇的高潮位） 0.0-1.0 基本标准=5.41+1.5=6.91m 复核标准=6.86+1=7.86m则取7.86m,为计算方便取整7.9m. 5.2.3码头前沿设计水深 根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）第 4.3.5条，码头前沿设计水深应保证营运期内设计船型在满载吃水情况下安全停靠和装卸作业。其值可按下式计算： D=T+ Z1+Z2+Z3+Z4 式中： D——码头前沿设计水深（m）； T——设计船型满载吃水（m），载重量为 50000DWT的船型满载吃水为12.7m； Z1 ——龙骨下最小富裕深度（m），可按《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）表4.3.5表 3.4.4确定：则由表中查得0.3m； Z2——波浪富裕深度，=0.5×3.5-0.3=1.45 —船舶应配载不均匀而增加的船尾吃水值（m），杂货船可不计散货和油轮取0.15m； —备淤富裕深度（m），根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能确定，不小于0.40m，取0.5m； 则 D=12.7+0.3+1.45+0.15+0.5=15.1 即码头前沿设计水深为15.1m。 5.2.4 码头前沿水底高程 码头前沿水底高程HD为码头设计低水位减去码头前沿设计水深，即为： HD = 1.13-15.1=-13.97 为计算方便取-14.0m. 5.3 总平面布置 5.3.1水域布置 5.3.1.1码头前停泊水域尺度 码头前供船舶靠离和进行装卸作业的水域。码头前水域内要求风浪小，水流稳定，具有一定的水深和宽度，能满足船舶靠离装卸作业的要求。按码头布置形式可分为顺岸码头前的水域和突堤码头间的水域。其大小按船舶尺度、靠离码头的方式、水流和强风的影响、转头区布置等因素确定。码头前停泊水域为码头前 2倍设计船宽水域范围得：2B=2×32=64m 5.3.1.2回旋水域尺度 单船回旋水域沿水流方向的长度，不宜小于单船长度的 2.5倍，当流速大于 1.5m/s时，水域长度可适当加大，但不应大于单船长度的 4倍。考虑到汛期时码头前沿流速可能大于 1.5m/s，所以拟取回旋水域沿水流方向的长度为2.5L，即取：2.5L=2.5×230=575(m） 回旋水域沿垂直水流方向的宽度不宜小于单船长度的1.5倍；当船舶为单舵时，水域宽度不应小于其长度的 2.5倍。本次设计船型按单舵设计，则回旋水域沿垂直水流方向的宽度拟取 1.5L，即取: 1.5L=1.5×230=345（m） 5.3.1.3锚地 （1）锚地位置选择锚地按功能和位置可分为港外锚地和港内锚地，港内锚地主要供船舶待泊，锚地位置应选在靠近港口、天然水深适宜、海底平坦、水域开阔、便于船舶进出航道并远离礁石、浅滩以及具有良好定位条件的水域。锚地的边缘距航道边线的安全距离，港内锚地采用单锚或单浮筒系泊时不应小于 1倍设计船长，即L=230+25=255m。 （2）水深 港内锚地水深应与码头前沿设计水深相同，即H=15.1m 5.3.2 陆域布置 5.3.2.1泊位布置 （1）根据铜井港的实际情况，在港区布置时，采用顺岸式直立码头。 （2）码头前沿线的布置应根据码头前沿水底高程确定，码头前沿水底高程已求得为-13.97m，但为了考虑远景规划，增加在设计低水位下码头前沿的水深，以满足停靠更大型船舶的要求，经综合分析后将码头前沿线布置在-14m等高线左右。 5.3.2.2泊位长度及码头岸线长度 直立式码头的泊位长度和码头岸线长度，应满足船舶安全靠离、系缆和装卸作业要求。 Lb=2L+3d 式中:Lb——泊位长度， L——设计船型长度， d——泊位富裕长度，拟取 24m。 综上得 Lb=230×2+24×3=532m 则码头平台的长度可确定为60m。考虑到装卸桥的轨距14.9m，因此初拟码头平台的宽度为50m。 5.3.2.3堆场 堆场堆场堆场堆场根据以上所算出库场面积、码头的泊位及岸线长度，并结合北海港拟建港区的实际情况，现拟定堆场的实际尺寸及面积。堆场面积为14.68万m2 ，考虑到码头线长度，堆场分 10个堆场，其中8堆场尺寸为413m×40m和2个413×20，总堆场面积16.68万m2＞14.8万m2，符合要求 。 5.3.2.4进港道路、港内道路的布置 港口道路可分为主干道、次干道和支道，应满足港口疏运高峰时的车辆运输要求。 （2）港口道路应结合地形条件，做到平面顺适、纵坡均衡、路面平整、排水畅通。 （3）港口道路的布置应与港区铁路、管道及其他建筑物设计相协调。 （4）港口道路应按环形系统布置，尽头式道路应具备回车条件。 （5）港口的主要道路应避免与运输繁忙的铁路线路平面交叉。 （6）港内道路边缘至相邻建筑物的净距不应小于下表中的数值： 相邻建筑物名称 最小净距 建筑物边缘 面向道路一侧有流动机械出入 4.5 面向道路一侧的出入口经常有汽车出入 6.0 货堆边缘 1.5 6.1结构比选 结构的选型从四个主要因素来考虑：自然条件、使用要求、施工条件、经济性。从结构型式来分，码头分为重力式码头、板桩码头、高桩码头和混合式码头。 重力式码头，其优点是结构坚固耐久，能承受较大的地面荷载和船舶荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性较强。根据拟建港区的地基条件，综合各方面的因素，结构方案初步拟定为沉箱码头和空心方块码头两种方案。 对上述两种方案进行技术经济比较,选择一个较好的方案作为推荐方案。两个方案的优缺点比较见表6-1。 表6-1 结构比选 优点 缺点 沉箱 码头 水下工作量小，结构整体性好。 抗震能力强，施工速度快。 制作简单，浮游稳定性好，施工经验成熟 便于预制浮运和安装 （1）所需要的钢材较多 （2）需要专门的施工设备与施工条件 空心方 块码头 节省钢筋用量 结构整体性较好 抗倾能力差 在施工和使用中容易产生断裂 目前广西沿海港口码头常用的基础类型为大圆筒重力式基础，该类型的码头 地基承载力要求较高，而本场地的上第三系泻湖相沉积层属于土岩过度底层，其承载力较于岩层较低，且不均匀，较难满足大圆筒重力式基础承载力的要求。 通过对上述两种设计方案优缺点的比较,从经济、技术各方面综合考虑，采用沉箱码头更适合，因此，把沉箱结构码头作为推荐方案。 6.2沉箱结构 ①沉箱外形尺寸 沉箱长度由施工设备能力，施工要求和码头变形缝间距确定，该码头施工条件较好，没有特殊的要求与限制，重力式码头变形缝间距一般采用10到30米，取沉箱长度20米，码头总长620米，共31个沉箱。沉箱高度取决于基床顶面高程与沉箱顶面高程，箱顶高程要高于胸墙混凝土浇筑的施工水位，取4.27米，基床顶高程取港池底高程-14.0米，沉箱高度 18.9米。沉箱宽度主要由码头的水平滑动及倾覆的稳定性和基床及地基的承载力确定，根据工程经验一般为码头墙高的0.6倍，初步取11.06米，包括前趾和后踵各1米的悬臂。 ② 箱内隔墙设置 设置一道纵隔墙，四道横隔墙。 ③ 胸墙尺寸 采用阶梯式的胸墙底高程取4.9米，顶宽1.5米。 ④ 基床尺寸 采用暗基床，基床厚度取2米，宽度不宜小于码头墙底宽度加2倍基床厚度，取米，前肩宽米，后肩宽米。 ⑤ 沉箱构件尺寸 根据规范对沉箱构件要求与本码头受荷载情况及工程经验，初步拟定沉箱各构件尺寸为：箱壁厚度35厘米，底板厚度50厘米，隔墙厚度20厘米，各构件连接处设置20×20厘米的加强角。以减少应力集中。 ⑥ 沉箱的接头形式 当墙后设置抛石棱体或全部用块石回填时，沉箱之间采用平接；当墙后不设置抛石棱体而全部采用沙石回填时，应该采用空腔对接，空腔内设置倒滤层，空腔宽度一般取30-50cm,本设计取空腔宽度50cm,平均解封宽度一般采用5cm. 7.1 设计条件 7.1.1 设计船型 长×宽×型深×满载吃水=230×32×17.5×12.7（米） 7.1.2 结构安全等级 结构安全等级为二级 7.1.3 建筑物尺度 码头总长620米，码头前沿设计水深20.3米，码头前沿高程取7.米，码头底高程为-14.0米。 7.1.4 自然条件 1）、 设计水位 设计高水位：5.41米； 设计低水位：1.13米 极端高水位：6.86米； 极端低水位：-046米 工水位： 4.27米 2）、 波浪要素 重现期50年一遇，设计高水位：H1%=3.5米； 极端高水位：H1%=4米； 设计低水位：H1%=2.6米； 周期： T=7.2秒。 3）、地震设计烈度：Ⅵ度 7.1.5 码头面荷载 对于5万吨的散货码头，移动式装船机的轨距是14.7米，桥式抓斗卸船机是18米，前轨道距码头前沿线 5米，后轨安全距离为1.5米。根据《港口工程荷载规范》，取堆货荷载。 门机荷载：工作状态：前轮最大轮压200KN 后轮最大轮压375KN 非工作状态：前轮最大轮压77KN 后轮最大轮压240KN 见下表7-1 材料名称 重度 内摩擦角（度） 水上 水下 混凝土胸墙 24 14 钢筋混凝土沉箱 25 15 块石 18 10 45 7.2 作用分类与计算 7.2.1 结构自重力（永久作用） 计算图式见7-2-1，计算见7.2-1。 2) 设计高水位 计算图式见7-2-2，计算见7.2-2。 3) 设计低水位 计算图式见7-2-3，计算见7.2-3 图7-2-1 极端高水位图作用分布图（标高单位：米） 图7-2-2 设计高水位作用分布图（标高单位：米） 图7-2-3 设计低水位作用分布图（标高单位：米） 表7-1 极端高水位自重计算 项目 计算式 计算结果（） 力臂（） 稳定力矩 沉箱前后面板，纵隔墙 0.9×20×18.4×15 4968 5.53 27473.04 沉箱侧板，横隔墙 （0.35×2+0.2×4）×18.4×4.08×2×15 2284.43 5.53 18681.67 沉箱底板 9.06×0.5×20×15 1359 5.53 7515.27 沉箱前后趾 0.5×（0.5+0.8）×1.0×20×15×2 390 5.53 2156.7 沉箱竖抹角 0.5×0.22×18.4×40×15 219 5.53 1214.39 沉箱底抹角 0.5×0.22×（3.88+3.5）×2×10×15 44.28 5.53 244.87 沉箱内填石1 〔（4.08×3.7×18.4-0.5×0.22×18.3×4-0.5×0.22×（3.7+3.88）×2〕×5×11 7004.18 3.39 27346.34 沉箱内填石2 〔（3.7×4.08×18.4-0.5×0.22×18.3×4-0.5×0.22×（3.5+3.88）×2〕×5×11 15180.4 7.67 16433.64 胸墙1 （1.04×24+0.46×14）×3×20 18840 2.5 4710 胸墙2 1×4.63×14×20 1296.4 3.315 4297.57 胸墙3 0.5×9.06×14×20 1268.4 5.53 7014.25 沉箱上填石1 （1.04×18+0.46×11）×7.06×20 3357.74 7.53 25283.75 沉箱上填石2 5.41×1×11×20 1194.6 8.345 9968.94 沉箱后趾填石 0.5×（18.9+18.6）×1×11×20 4125 10.56 43560 45926.66 294232.14 每延米自重 2296.33 14711.6 表7-2 设计高水位自重计算 项目 计算式 计算结果力臂（） 稳定力矩 沉箱前后面板，纵隔墙 0.9×20×18.4×15 4968 5.53 27473.04 沉箱侧板，横隔墙 1.5×18.4×4.08×2×15 3378.24 5.53 18681.67 沉箱底板 9.06×0.5×20×15 1359 5.53 7515.27 沉箱前后趾 0.5×（0.5+0.8）×1.0×20×15×2 390 5.53 2156.7 沉箱竖抹角 0.5×0.22×18.3×40×15 219.6 5.53 1214.39 沉箱底抹角 0.5×0.22×（3.88+3.5）×2×10×15 44.28 5.53 244.87 沉箱内填石1 〔（4.08×3.7×8.5-0.5×0.22×8.4×4-0.5×0.22×（3.7+3.88）×2〕×5×11 7004.18 3.39 23744.18 沉箱内填石2 〔（3.7×4.08×18.4-0.5×0.22×18.3×4-0.5×0.22×（3.5+3.88）×2〕×5×11 15180.4 7.67 116433.64 胸墙1 1.5×24×3×20 2160 2.5 5400 胸墙2 (0.99×24+0.01×14)×4.63×20 2213.4 3.315 7336.56 胸墙3 0.5×9.06×14×20 1268.4 5.53 7014.25 沉箱上填石1 1.5×18×7.06×20 3812.4 7.53 28707.37 沉箱上填石2 5.41×(0.99×18+0.01×11)×20 1947.2 8.345 16249.37 沉箱后趾填石 0.5×（18.9+18.6）×1×11×20 4125 10.56 43560 48069.8 305731.3 每延米自重 2296.33 15286.56 项目 计算式 计算结果力臂（） 稳定力矩 沉箱前后面板，纵隔墙 0.9×20×(3.77×25+14.63×15) 5646.6 5.53 31225.7 沉箱侧板，横隔墙 1.5×4.08×(3.77×25+14.63×15) 3839.69 5.53 21233.47 沉箱底板 9.06×0.5×20×15 1359 5.53 7515.27 沉箱前后趾 0.5×（0.5+0.8）×1.0×20×15×2 390 5.53 2156.7 沉箱竖抹角 0.5×0.22×（3.77×25+14.53×15）×40 249.76 5.53 1381.17 沉箱底抹角 0.5×0.22×（3.88+3.5）×2×10×15 44.28 5.53 244.87 沉箱内填石1 〔（4.08×3.7×8.5-0.5×0.22×8.4×4-0.5×0.22×（3.7+3.88）×2〕×5×11 7004.18 3.39 23744.18 沉箱内填石2 〔（3.7×4.08×18.4-0.5×0.22×18.3×4-0.5×0.22×（3.5+3.88）×2〕×5×11 17161.91 7.67 131631.8 胸墙1 1.5×24×3×20 2160 2.5 5400 胸墙2 1×4.63×24×20 2222.4 3.315 7336.56 胸墙3 0.5×9.06×24×20 2174.4 5.53 12024.43 沉箱上填石1 1.5×18×7.06×20 3812.4 7.53 28707.37 沉箱上填石2 5.41×(4.27×18+1.63×11)×20 4722.8 8.345 16312.81 沉箱后趾填石 0.5×（18.9+18.6）×1×11×20 4125 10.56 49872.77 52742.2 338817.813 每延米自重 2296.33 16940.89 设计低水位自重计算 4) 施工期计算 施工期自重力由沉箱和沉箱内填石组成，按设计高水位计算，根据上表中沉箱自重和沉箱内填石自重的计算结果得 沉箱自重力矩+前仓填石重×7.67+后仓填石×3.39 =57285.9+7004.18×7.67+15180.4×3.39 =162469.56（） 7.2.2 土压力标准值计算 码头后填料为块石，水上重度为18，水下重度为10，内摩擦角=450，沉箱顶面以下考虑墙背外摩擦角δ=。 作用与码头墙背的土压力按《重力式码头设计与施工规范》有关规定进行计算。主动土压力系数，则。 沉箱顶面以下查规范表B.0.3-1得 土压力标准值按(JTJ290-98)3.5条计算 （7-1） （7-2） 式中 码头后填料土压力计算如下： ①极端高水位情况： 土压力强度分布图见7--1。 土压力引起的水平作用： =1.67+9.47+422.595=434.13（） 土压力引起的竖向作用： 土压力引起的倾覆力矩： 土压力引起的稳定力矩： ②设计高水位情况： 土压力分布图见7--2 土压力引起的水平作用： =9.6+4.18+452.27=466.05（） 土压力引起的竖向作用： 土压力引起的倾覆力矩： 土压力引起的稳定力矩： ③设计低水位情况： 土压力分布图见7--3 土压力引起的水平作用： =13.94+51.36+480.83=546.13（） 土压力引起的竖向作用： 土压力引起的倾覆力矩： 土压力引起的稳定力矩： 7.2.3 堆货荷载产生的土压力（可变作用） 各种水位时，堆货荷载产生的土压力标准值相同， 堆货荷载引起的水平作用： =10.32+58.59=68.91 堆货荷载引起的竖向作用： 堆货荷载引起的倾覆力矩： =764.2（） 堆货荷载引起的稳定力矩： （） 7.2.4 码头前沿堆货引起的竖向作用（可变作用） 码头前沿堆货范围按7m计算。 G=7×20=140(kN/m) 码头前沿堆货产生的稳定力矩： =140××7=490 （kN·m/m） 7.2.5 门机荷载产生的土压力作用（可变作用） 装卸机械荷载按两台同时作用产生的土压力计算，每段沉箱上共作用16 个轮子。考虑三种情况各种水位中，集装箱装卸桥产生的土压力分布范围相同。 （1）第一种情况：前轮200kN/轮，后轮375kN/轮 门机后轮产生的附加土压力强度： 式中： 取0.155;h′取10.6m； P=375×16/20=300kN/m =2×300/10.6×0.155=8.77(kN/m) 后轮产生附加土压力引起的倾覆力矩： =8.77×5.3=46.48(kNm/m) 后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩分别为： =8.77×tan15°=2.35(kN/m) 2.35×11.06=25.99(kNm/m) 前轮产生竖向作用和稳定力矩分别为： G=200×16/20=160(kN/m) =160×3.5=560(km/m) （2）第二种情况：前轮375kN/轮，后轮200kN/轮 后轮产生的附加土压力强度： P=200×16/20=160kN/m =2×160/10.6×0.155=4.68(kN/m) 后轮产生附加土压力引起的倾覆力矩： MqH=4.68×5.3=24.8(km/m) 后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩分别为： Eqv=4.68×tan15°=1.25(kN/m) Mqv=1.25×11.06=13.83(km/m) 前轮产生竖向作用和稳定力矩分别为： G=375×16/20=300(kN/m) =300×3.5=1050(km/m) （3）第三种情况：前轮77kN/轮，后轮240kN/轮 后轮产生的附加土压力强度： P=240×16/20=192kN/m =2×192/10.6×0.155=5.62(kN/m) 后轮产生附加土压力引起的倾覆力矩： =5.62×5.3=29.79(kNm/m) 后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩分别为： Eqv=5.62×tan15°=1.51(kN/m) Mqv=1.51×11.06=16.7(kN.m/m) 前轮产生竖向作用和稳定力矩分别为： G=77×16/20=61.6(kN/m) =61.6×3.5=215.6(kN.m/m) 7.2.6 船舶系缆力（可变作用） 船舶荷载主要有系缆力，撞击力和挤靠力。 船舶系缆力按《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）第10.4条计算. 在计算船舶系缆力中，只计算垂直于码头前沿线的系船力，风速Vx =29m/s。 7.2.6.1 船舶水面以上受风面积计算（按货船计算） 满载时： Axw =2822.512m2 半载或压载时： （7-5） 算出：2822.512（满载）5002.086（半载） 7.2.6.2 作用与船舶上计算风压力的垂直与码头前沿线的横向风力和平衡于平行于码头前沿线的纵向风力计算： 式中 —— 作用在船舶上的计算风压力的横向与纵向分力； —— 船体水面以上横向和纵向受风面积； —— 设计风速的横向和纵向分量，取=29； —— 风压不均匀折减系数，内插法求得为0.64。 算出：=1981.5KN（满载） 7.2.6.3系缆力 其标准值N按下列公式计算 （7-8） （7-9） 式中：—— 系缆力标准值及横向，纵向和竖向分力； —— 对船舶作用的横向分力的总和； K—— 桩受力分布不平均系数； N—— 计算船舶同时受力的系船柱数目； а—— 系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角； β—— 系船缆与水平面之间的夹角。 由于是海船码头，按规范а=300，β=150 ，船舶总长230米，取N=4，K=1.3 算得： N=888.9KN 根据《荷载规范》海船系缆力标准值取890KN NX=890sin300cos150=429.8KN Ny=550cos300sin150=744.5KN Nz=550sin150=230.3KN 由系缆力引起的垂直，水平作用的倾覆力矩分别为： 7.2.6.4 撞击力与挤靠力： 系船柱块体与码头胸墙浇筑在一起，船舶系缆力通过系船柱与胸墙传递给码头墙身，船舶撞击力与挤靠力对码头起稳定作用，不需考虑。 7.2.7 波浪力（可变作用） 波浪力标准值按《海港水文规范》(JTJ213-98)有关规定进行计算 7.2.7.1 极端高水位 T=7.2 d=6.86+14.0=20.86 波长计算： (7-11) 式中： ， ， 查（JTJ213-98）附录G，用内插法求得，算得： 波压力强度计算 根据规范判定波态。 ＜8 又 d=20.86＞2=2×4=8（m） 墙前产生立波。＞ ＞0.2 ①波峰作用时： 静水面以上高度H=4米处的波浪压力=0 静水面处波压力强度： 静水面以下Z处的波压力强度 (7-12) 　　计算Z=5、10、15、19.41米时的波压力强度： 墙底浮托力： 波峰压力强度分布图间图7--1 ②波谷作用 按（JTJ213-98）第8.1.3条计算 静水面处波压力强度=0 波浪超高： 静水面以下 处的波压力强度 水底处波压力强度： 墙底浮托力： ③波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩： =0.5×2.6×26.65+0.5（26.65+14.18）×16.81 =34.645+342.972=377.6 =34.645×（×2.6+16.81）+342.972× =612.4+3176.1=3788.5（） （） 波峰及波谷强度分布图见图7--1 7.2.7.2 设计高水位 T=7.2 d=5.41+14=19.41 波长计算： (7-13) 式中， ， 查（JTJ213-98）附录Ｇ，用内插法求得，算得： （2）波压力计算 根据规范判定波态。 ＜8 　 又d=19.412H=78墙前产生立波。 ＞ ＞0.2 按（JTJ213-98）第8.1.4条计算。 ①波峰作用时： 静水面以上高度H=3.5米处的波浪压力=0 静水面处波压力强度： 静水面以下Z处的波压力强度 (7-14) 计算Z=5、10、15、19.41米时的波压力强度： 墙底浮托力： 波峰压强分布图见图7--3. ②波谷作用 静水面处波压力强度=0 波浪超高： 静水面以下 处的波压力强度 水底处波压力强度： 墙底浮托力： ③波谷压力引起的水平作用