码头初步设计1

南通港码头改造工程初步设计 1一、设计基本条件和依据1.1 工程概况南通港某港区是件杂货和客运站作业区，原有几座码头均为 60 年代修建的千吨级泊位。其 3#码头为固定式码头，其余均为浮码头；位于上游的 2#和 3#码头为货运码头，下游的 4#和 5#码头为客运码头。随着南通地区经济的迅速发展，该港内的外贸货运量急剧增长。根据总体规划，本港区除保留客运码头外，要求充分发挥该区深水岸线的作用，为此将 2#和 3#码头位置改造成为一个万吨级深水泊位，规划年吞吐量 35 万吨。1.2 设计依据南通港码头改造工程设计任务书港口工程荷载规范 JTJ25198高桩码头设计与施工规范 JTJ29198港口工程地基规范 JTJ25098港口工程桩基规范 JTJ25498港口工程混凝土设计规范 JTJ267981.3 设计任务现对该港区平面布置、装卸工艺和水工结构进行初步设计。二、营运资料2.1 货运任务改造后的万吨级泊位，规划年吞吐量为 35 万吨。近期进口货种主要为钢材、设备等，出口为水泥、化肥和轻工产品等，其中部分货物采用集装箱运输。远期拟发展为全部集装箱运输。2.2 船舶资料根据世界集装箱船队现状及发展趋势分析，结合本项目的实际，本工程远洋航线设计代表船型应为 10 万吨级集装箱船（60018200TEU ） ，远期兼顾到 15万吨级（12500TEU）集装箱船。本项目设计船型尺度根据交通部 2006 年第 47号“关于发布海港总平面设计规范 （JTJ211-99）中 集装箱船设计船型尺度修订内容的公告”进行选取，详见下表。表 2.2 设计代表船型表 单位：mDWT（t） 型长 (m) 型宽 (m) 型深 (m) 满载吃水 （m）10000 散货船（兼顾船型） 135 20.5 11.4 8.510000 杂货船（兼顾船型） 146 22.0 13.1 8.720000 散货船（兼顾船型） 164 25 13.5 9.850000 散货船（设计船型） 223 32.2 17.9 12.8三、港口自然条件3.1 水文条件3.1.1 设计水位（依据南通港潮位频率累计曲线图 2）南通港码头改造工程初步设计 2设计高水位（高潮 10%）：4.8m设计低水位（低潮 90%）：1.5m极端高水位（50 年一遇）：6m极端低水位（50 年一遇）：0.7m3.2 地形、地质条件根据钻孔报告，本工程地质主要土层如下：淤泥质亚粘土：-9.32.59m。粉砂：-18.8-2m。亚粘土：-19.8-14m。粉细砂：-34.2-18m。亚粘土：-37.6-26.6m。粉细砂：-40.75-28.8m。3.3 气象条件3.3.1 雨年最大降雨量 1518 毫米，年最小降雨量 361 毫米，年平均降雨量 965 毫米，10 毫米/小时以上的中雨和大雨天数，年平均 15 天。3.3.2 雾能见度大于 1000 米的雾日，年平均 8 天。一般都是晨雾，主要出现在12、1、2 月。四、材料供应及施工条件周边城区建设颇具规模，港口运营多年，本工程外部条件优良。先期建设的进港道路条件已十分完善，交通非常便捷。南通市境内已经基本形成“三横两纵”的公路网主骨架，东西向公路有宁启高速公路、苏336（通启线） 、苏335（通吕线） ，南北向公路有苏221、苏222 省道。水运方面：南通区域内河道纵横交错，水运便捷以纵贯南北的通扬线航道、焦港河、丁堡河、江海河、通栟线、江石线、汇吕河为经，以横穿东西的老通扬河、栟茶河、如泰运河、通吕运河、通启运河等主要等级航道，形成四通八达的内河航道网络。供水、供电、通信方面：本工程已达到“四通一平”要求，项目施工所需的水、电、通信等基础设施条件无需另行设置。材料供应方面：本工程位于长江下游的南通市，工程建设所需砂石料、钢材等建筑材料供应系统发达，可在当地就近采购，也可水运至施工现场，较为便利。钢材、水泥等建筑材料货源丰富、供应充足。施工力量方面：本工程为常规的高桩梁板式结构，工程所在的长江中下游地区聚集多家技术力量雄厚、具有大中型港口施工经验的大型专业施工队伍，可根据本项目特点，经过招标、投标来选择合适的施工队伍。五、总平面布置5.1 总平面布置原则根据水文、地质、地形、货种、装卸工艺及施工条件等因素综合分析,宜采南通港码头改造工程初步设计 3用高桩码头结构型式。为避免建港以后的冲淤失衡,尽量少占用航道,尽量顺从水流方向,选用顺岸式。货物堆场布置在江堤外面陆域区域。（1）总平面布置与港区的自然条件相适应；（2）总平面布置满足码头的泊稳条件和作业要求；（3）码头尺度、港池水域及航道布置保证船舶的航行和靠、离泊作业安全，同时满足装卸作业要求；（4）充分利用现有的设施和依托条件，节省建设投资。（5）符合国家环保、安全、消防、卫生等有关规定。5.2 码头设计尺度5.2.1 码头泊位长度码头泊位长度应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。对开敞式码头，其泊位长度可根据海港总平面设计规范4.3.10 按下式估算：LLb)5.14(式中， - 设计船长(m)； =223m；L因此，取 =375m。b码头泊位宽度由于码头离岸较远，为提高装卸设备机械效率，缩短船舶待港时间，考虑在码头面上布置少量的临时堆货场地，由此计算的码头面宽度为：D=D1+D2+D3+D4+D5+D6=3.0+16+5.5+15+0.5=40m式中：D1为码头装卸设备海侧轨道中心至码头前沿的距离，取3.0m。D2为码头前沿装卸设备轨距，取16m。D3为后轨中心与后侧临时堆场间的距离，考虑一个车道和门机轨下的车道形成环路，取5.5m。D4码头面预留临时堆货场地宽度，取15m。D5临时堆场至码头平台后沿距离（含护轮坎宽度） ，取 0.5m。5.2.2 码头面高程根据海港总平面设计规范4.3.4,开敞式码头应满足码头面不被波浪淹没的要求,通常不考虑码头及连接桥上部结构直接承受波浪力的作用,码头面高程可按下式确定:hHWLE式中, - 码头面高程(m);E- 设计高水位(m);取 4.8m;HWL- 设计高水位时重现期为 50 年的 （波列累积频率为 1%的波%1高）静水面以上的波峰面高度（m） ；取 0.65* %1H=0.65*2.1=1.37m；- 码头上部结构的高度（m） ；（允许上部结构部分承受波浪力，取h南通港码头改造工程初步设计 4=1m） ；h- 波峰面以上至上部结构底面的富裕高度（m） ，取 0.2m；因此， =7.37m，取 =7.4mE5.2.3 码头前沿设计水深根据海港总平面设计规范4.3.5，码头前沿设计水深是指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深，其深度可按下式确定：4321ZZTD1%42HK式中， - 码头前沿设计水深(m)；D- 设计船型满载吃水(m)； max=12.8m;TT- 龙骨下最小富裕深度(m)，按表 4.3.5，海底底质属于含淤泥的砂，1Z含粘土的砂和松砂土， =0.3(m)；1Z- 系数，顺浪取 0.3，横浪取 0.5；K- 码头前允许停泊的波高(m)，波列累积频率为 4%的波高，%4H=1.7m（设计高水位） ；4- 波浪富裕深度(m)； =0.55m;2Z2Z- 船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值(m)，取 =0；3 3Z- 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4的性能确定，不小于 0.4m。取 =1m；4Z因此， =14.65m，设计低水位：1.5m，所以码头前沿设计底标高为-13.15 m，D取-13.2 m。 5.2.4码头前沿停泊水域宽度按 2 倍设计船型船宽计算，取值为 65m。5.2.5回转水域尺度回旋水域的设计底标高与航道取为一致。船舶回转水域在码头前方，呈椭圆形布置，长轴按3 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为498m，短轴按2 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为332m。南通港码头改造工程初步设计 55.3 码头前沿线的布置码头前沿停泊区可利用该天然深槽以减少港池和航道的疏浚量。兼顾考虑连接码头和后方陆域的栈桥不宜过长，因此码头平台前沿位置可选择在能保证2万吨级船舶停靠水深条件的等深线近岸侧位置即可。码头前沿沿-13m 等深线近岸侧布置。前沿线与原3#码头基本平行。5.4 平面布置5.4.1 码头作业地带前方桩台宽 40m，装卸桥轨距 16m，前轨距码头前沿 3m。5.4.2 引桥布置在保证完成预测吞吐量和货种的前提下，参考公路工程技术标准 （JTG B01-2003） ，引桥单向所需车道数计算如下：N =（ AADT *K*D） C D 式中：N单向车道数AADT预测年的年平均日交通量；D C 每车道设计通行能力；D方向分布系数；K设计小时交通量系数；根据码头吞吐量预测结果推算的预测年平均日交通量及码头栈桥车流特点计算得：N=0.492 时， K 取1.3，本工程计算采用1.3；n计算船舶同时受力的系船柱数目，按规范表10.4.2，当船舶总长L=200250 时，受力系船柱数目n=6；x y F 、 F 分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和（kN） ； 系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角（）取 = 30； 系船缆与水平面之间的夹角（） ，取 =15o项目 标准值 选用系船柱系缆力 1105KN 1500KN6.3.5.4 挤靠力南通港码头改造工程初步设计 12船舶挤靠力考虑风和水流对计算船舶作用产生的横向分力。本工程橡胶护舷间断布置，挤靠力标准值按下式计算： nFKxjj式中j F 橡胶护舷间断布置时，作用于一组或一个橡胶护舷上的挤靠力标准值（kN） ；x F 、可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和（kN） ；j K 挤靠力不均匀系数，取1.3；n与船舶接触的橡胶护舷的组数或个数，根据本工程护舷布置情况，取 n = 5。 =593KNFxjj6. 3.5.5 撞击力（1）船舶靠岸时的有效撞击能量Eo 20/VME式中 E0 船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ） ； 有效动能系数，取 =0.8；M 船舶质量(t)，按满载排水量计算，对于50000 吨级船舶M =60735(t)。V n船舶靠岸法向速度（m/s） ，取 n V =0.15m/s。（2）在横浪作用下，系泊船舶有效撞击能量 wo E)2()/(/)(5.20 dLtghDdBLHCEgmw 式中 wo E 横浪作用下系泊船舶有效撞击能量（kJ） ； 系数，采用橡胶护舷设施时， 值可取0.004；m C 船舶附加水体质量系数；M 船舶质量(t)，按与船舶计算装载度相应的排水量计算；g重力加速度（m/s2）H计算波高（m） ，按船舶不离开码头的最大波高计；本设计取H=1.5m 计算。L波长（m） ；d 系靠船结构前沿水深（m） ；B船舶型宽（m） ；D与船舶计算装载度相对应的平均吃水（m） 。Ew=(K/n)*EWO式中 Ew 分配在每个排架上的有效撞击能量（KJ）n船体横摇过程触碰的排架数目；对于50000 吨级船舶，取n=4。K排架之间有效撞击能量分配的不均匀系数，取K=1.5。南通港码头改造工程初步设计 13表7-5 撞击力计算结果表船型 船舶靠岸情况（ w E ） 泊稳横浪作用情况（ w E ）5 万吨级散货船 546.6 kJ 396.2 kJ（3）船舶撞击力取值根据以上船舶靠岸情况和横浪作用情况的计算结果，50000t 级散货船撞击能量按546.6kJ 考虑，选用1250H 鼓型橡胶护舷（两鼓一板）标准反力型橡胶护舷，吸能764kJ，反力936KN/榀。6.4码头结构方案6.4.1 结构选型水工结构型式根据工艺布置、地质情况及风、浪、流等自然条件而定。该工程位置处地质条件为：第三层土粉细砂土层较薄，下面为亚粘土夹层，而第6层土为粉细砂，该土层较厚，土层密实，承载力高，可作为水工结构的持力层因此该处地质适宜的结构为桩基础结构，参照南通地区的码头结构设计建设经验，为缩短工期、减少投资，码头结构采用桩基梁板式结构，对码头桩基采用1200mmPHC 预应力混凝土大管桩与1000mmPHC 预应力混凝土大管桩进行综合比较确定。引桥也采用PHC管桩，结构形式为高桩梁板式结构。6.4.2 码头结构型式码头平台布置在天然水深满足船舶停泊水深要求的位置，码头与陆域采用引桥连接。码头平台长375m，宽40m，码头面顶标高7.4m。根据当地水文、地质条件及地区码头建设经验等，码头结构考虑两个比较方案。6.5 结构计算内容及结果6.5.1 结构计算荷载组合作用于本工程码头的主要荷载有恒载（结构物自重） 、堆货荷载、装卸机械荷载、流动机械荷载及船舶荷载等。使用期持久状况下水工结构主要按承载能力极限状态和正常使用极限状态两种状态设计，并对短暂状况的施工期和偶然状况的地震荷载按承载能力极限状态进行了校核。6.5.1.1 进行码头排架计算时，可能出现的荷载组合有：（1）持久组合 恒载+装卸机械荷载（非工作状态）+100堆货荷载+系缆力（或撞击力或挤靠力） 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+挤靠力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+挤靠力（2）短暂组合 恒载+施工荷载（3）偶然组合 恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%系缆力+地震荷载南通港码头改造工程初步设计 14 恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%挤靠力+地震荷载6.5.2 结构计算方法和内容码头排架和引桥排架分别采用横向排架程序 HXPJ 及高桩墩台程序GZDT 进行计算。排架内力计算主要包括横梁弯矩、剪力和桩力等。6.5.3 主要结构计算结果码头排架计算结果表（持久组合）承载能力极限状态 正常使用极限状态最大桩力（KN）横梁最大弯距（KN.m）横梁最大剪力（KN）最大桩力（KN）横梁最大弯距（KN.m）横梁最大剪力（KN）方案一 6003 +9998-8426 +4616-4707 3380 +4249-2978 +1991-2550方案二 5002 +8216-9057 +4142-3867 3788 +3118-4295 +2307-2227注：桩力中“+表示压桩力-表示拉桩力” ，弯距中“+表示梁底弯距-表示梁顶弯距” 。6.6 拟定码头结构方案一码头平台长度375.0m，宽40m，采用标准高桩梁板结构，码头共分6个结构段，标准结构段长62.5m。码头桩基采用1200mmPHC管桩。排架间距为8.5m，每榀排架布置8 根桩，5 根直桩和1 对5：1 叉桩及一根6：1 斜桩。上部结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混凝土接头将码头一个结构段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形式，预制板厚400mm，现浇板厚150mm，码头面磨耗层厚50100mm。码头前沿按双层系缆考虑，上层系船柱采用1500kN 铸钢系船柱，下层采用550kN 铸钢系船柱，码头上下层在每个平台分段两边设置楼梯连接，护舷采用1250H 两鼓一板鼓形橡胶护舷。码头结构防腐措施为：除对混凝土结构提高混凝土强度等级，增加钢筋保护层厚度外，还采用了在上部结构混凝土内掺添加剂，使之成为耐久性混凝土，对预制梁侧面涂刷防腐涂料；PHC 桩水位变动区及水上区刷防腐涂料；栏杆防腐采用不锈钢材质并进行热镀锌处理，外露铁件采用刷涂料定期维护。6.6.1 面板尺寸拟定及验算6.6.1.1 基本尺寸面板采用叠合板，厚为 50 cm，其中现浇层 20 cm，预制层 30 cm，净跨Ln=4.2m，板长 Lb=4.6m。6.6.1.2 施工期面板尺寸验算计算跨度根据高桩码头设计与施工规范4.1.3，施工期面板按简支板计算，弯矩计算时，计算跨度 =4.4 m。式中，h 为板的厚度（施工),min(0eLhLn期）=30cm，e 为搁置长度=20 cm。荷载南通港码头改造工程初步设计 15面板自重：q1=25kN/ *0.5m=12.5kN/;3m人群荷载：q2=3 kN/总的均布荷载：q=q1+q2=15.5 kN/跨中弯矩单位宽度跨中弯矩 =37.51kN.m2081qLM截面抗弯模量=0.015261bhW3m抗裂验算预制面板采用 C30 混凝土， =2*e3kPa, =1.55，其中 为混凝土轴心抗tkftkf拉标准值； 为塑性影响系数。则 =1.240.70.8（圆钢）MfKtkf所以满足施工期抗裂度验算要求。6.6.1.3 使用期面板尺寸验算计算跨度根据高桩码头设计与施工规范4.1.3，使用期面板按连续板计算。弯矩计算时，因为 （梁的上翼缘宽度）=0.8m0.1 （梁的中心距离）=0.5 m，1Bl所以 =1.1 =4.62 m。0Ln荷载、跨中弯矩永久荷载：板自重：q1=25kN/ *0.5m=12.5kN/；3混凝土垫层：q2=24 kN/ *0.15m=3.6 kN/；m所以 q=q1+q2=16.1 kN/单位宽度跨中弯矩 =42.961kN.m2081qLM可变荷载：包括堆货荷载、流动机械荷载和集装箱箱角荷载。由计算可知堆货荷载引起的跨中弯矩最大，即 =80.04 kN.m。max可 变荷载组合： =98.99 kN.m可 变永 久 7.0截面抗弯模量=0.0417261bhW3抗裂验算预制面板采用 C30 混凝土， =2*e3kPa, =1.55tkf南通港码头改造工程初步设计 16则 =1.310.70.8MfWKtkf所以满足使用期抗裂度验算要求。6.6.3 纵梁尺寸拟定及验算6.6.3.1 边纵梁尺寸验算基本尺寸及计算跨度高度为 1.8 m，其中预制高度为 1.3 m截面面积 s=0.585为简化计算，不考虑牛腿部分，则=0.162261bhW3计算跨度 =7 m0L搁置长度 e=20cm荷载、跨中弯矩永久荷载：面板自重：q1=25kN/ *1.25 m *0.5m=15.625kN/ m；3纵梁自重：q2=25kN/ *0.585=14.625 kN/ m所以 q=q1+q2=30.25 kN/则 =185.28 kN.m2081qLM永 久可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*1.25m=37.5 kN/ m则 =229.69 kN.m20可 变荷载组合： =346.06 kN.m可 变永 久 M7.边纵梁高度验算边纵梁采用混凝土 C30， =2*e3kPa, =1.55tkf则 =1.451.15fWKtkf故边纵梁尺寸满足抗裂要求。6.6.3.2 中纵梁尺寸验算基本尺寸高度为 1.8m，其中预制高度为 1.3 m，截面面积 s=0.81 ,计算跨度 =7 m,为简化计0L南通港码头改造工程初步设计 17算，不考虑牛腿部分, 则 =0.216261bhW3m荷载、跨中弯矩永久荷载：面板自重：q1=25kN/ *（2.5+2.5）m *0.5m=62.5kN/ m；3纵梁自重：q2=25kN/ *0.81=20.25 kN/ m所以 q=q1+q2=82.75 kN/则 =506.84 kN.m2081qLM永 久可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（2.5+2.5）m=150 kN/ m 则 =918.75 kN.m20可 变荷载组合： =1149.97 kN.m可 变永 久 M7.中纵梁高度验算中纵梁采用混凝土 C30， =2*e3kPa, =1.55，预应力tkf=5000kPa则 =1.521.15MfWKtkf )(故中纵梁尺寸满足抗裂要求。6.6.3.3 轨道梁尺寸验算基本尺寸及计算跨度高度为 1.8 m，其中预制高度为 1.3 m截面面积 s=1.17为简化计算，不考虑牛腿部分，则 =0.324 ,计算跨度 =7 m 261bhW30L荷载、跨中弯矩永久荷载：面板自重：q1=25kN/ *（1.25+2.5）m *0.5m=46.875kN/ m；3纵梁自重：q2=25kN/ *1.17=29.25 kN/ m所以 q=q1+q2=76.125 kN/则 =466.27 kN.m2081qLM永 久可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（1.25+2.5）m=112.5 kN/ m南通港码头改造工程初步设计 18则 =689.06 kN.m2081qLM堆 货装卸桥荷载:考虑两种荷载布置情况:(各轮压为 634.7 kN)第一种情况: =3427.38 kN;跨 中第一种情况: =3490.85 kN跨 中荷载组合： =2909.87 kN.mmax7.0可 变永 久 M轨道纵梁高度验算轨道纵梁采用混凝土 C30， =2*e3kPa, =1.55，预应力 =8000kPatkf则 =1.241.15fWKtkf )(故轨道纵梁尺寸满足抗裂要求。6.6.4 横梁尺寸拟定 下横梁高 1.4 m,上横梁 高 1.8 m. 截面面积 s=3.08;截面抗弯模量 =0.711 ;261bhW3m由于横梁断面尺寸较大,可满足一般承载要求,故不再进行验算.6.6.4 靠船构件6.6.4.1 基本尺寸6.6.4.2 自重=97.82 kN,重力作用线距码头前沿的距离 =0.41 m.WL6.6.4.3 橡胶护舷由撞击力计算可知，撞击长度取 3 m(橡胶护舷设置到设计低水位附近),则橡胶护舷单位长度有效撞击能量为 169.4 kJ.查表选用 DA-A800HR4 低反力型 55%，单位长度 =170 kJ，反力 R=640 kN，则三米橡胶护舷 =510 kJ，反力0E 0E南通港码头改造工程初步设计 19R=1920kN，满足要求。6.6.5 基桩桩力估算及桩长的确定6.6.5.1 估算桩力的目的及简化方法估算桩力的目的是估算最大桩力,确定桩长;估算各种不利情况的桩力,判断各桩最大桩力是否均匀,便于调整桩基布置.简化方法是将横向排架简化为刚性支撑上的多跨简支梁,用静力平衡条件估算各桩桩力。6.6.5.2 荷载计算永久荷载横梁自重: q=77 kN/ m;面板及面层自重通过纵梁传至横向排架,则各纵梁传递的荷载:边纵梁: =211.75 kN;轨道纵梁: =532.88 kN;中纵梁: =579.25 kN.1P2P3P系船墩及护轮坎重量忽略不计;靠船构件自重 =97.82 kN ,作用线距码头前沿 0.41 m;W可变荷载面板堆荷通过纵梁传至横向排架:边纵梁: =262.5 kN;轨道纵梁: =787.5 kN;中纵梁: =1050 kN.1P2;P3P装卸桥荷载:所选用装卸桥轮距 30 m,基距 17.5 m,每支腿 10 个轮子,轮压:海侧轨 600 kN/轮, 陆侧轨 600 kN/轮.两台装卸桥最外侧间距 2 m.船舶荷载并将力的作用点移至横梁中和轴上。查高桩码头设计与施工规范附录 A,九跨码头横向分力分配系数为 0.345,则=372.807kN； =579.09kN; =741.89 kN.m.并将力的作用点移至横梁中xNzNM和轴上。撞击力同样乘以横向分力分配系数 0.345,则 =662.4 kN , =1457.28 RMkN.m6.6.6.3 桩力计算汇总桩力计算汇总表桩力(kN)作用1N23N45N67N8横梁自重216.56216.56336.88 385.00 385.00 385.00 336.88 228.28纵量面板自重494.61494.61432.49 579.25 579.25 579.25 473.37 448.26永久荷载合计711.17711.17769.37 964.25 964.25 964.25 810.25 676.54南通港码头改造工程初步设计 20堆货荷载590.63590.6318.75 1050 1050 1050 918.75 622.581701.41701.40 0 0 0 0 1195.6装械桥荷载 992.50992.500 0 0 0 0 1643.9系缆力-316.7-316.75430 0 0 0 0 589.5可变荷载撞击力145.73145.73-291.5 0 0 0 0 -1047+3466.83466.82262.7 2186.1 2186.1 2186.1 2258.6 3516.6+2722.42722.42262.7 2186.1 2186.1 2186.1 2258.6 3987.2+1833.31833.32209.5 2186.1 2186.1 2186.1 2258.6 1683.5荷载组合+max3466.83466.82209.5 2186.1 2186.1 2186.1 2258.6 3409.5最大桩力3987.2最小桩力1683.56.6.6.4 桩长计算根据港口工程桩基规范4.1，桩基宜选择中密或密实砂层、硬粘性土层、碎石类土或风化岩层等良好土层作为桩端持力层。根据地质资料，第六层通过计算可将该层确定为持力层。且要求桩端进入持力层深度不小于两倍桩径（粘性土和粉土） 。桩与桩的中心距为 36 倍桩径，且桩端进入良好持力层，可按单桩设计，单桩垂直极限承载力设计值为：)(1AqlUrQRifRd式中， - 单桩垂直极限承载力设dQ计值（kN） ；南通港码头改造工程初步设计 21- 单桩垂直承载力分项系数，取 1.45；Rr- 桩身截面周长（m） ；U- 单桩第 i 层土的极限侧摩阻力标准值（kPa） ，无当地经验值时，fiq对预制混凝 土挤土桩可按表 4.2.4-1 采用；- 桩身穿过第 i 层土的长度（m） ；il- 单桩极限桩端阻力标准值（kPa） ，可按表 4.2.4-2 采用；Rq- 桩身截面面积（） 。A比较各桩桩力及入土深度，取代表性的桩基进行计算。6.7 拟定码头结构方案二码头平台尺度及结构分段同方案一。码头桩基采用1000mmPHC 管桩。排架间距为8.5m，每榀排架布置10 根桩，2 对5：1 叉桩，6 根直桩。上部结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混凝土接头将码头一个结构段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形式，预制板厚400mm，现浇板厚150mm，码头面磨耗层厚50100mm。码头系靠船设施及结构防腐同方案一。6.7.1 码头宽度同方案一。6.7.2 构件尺寸拟定及验算6.7.2.1 面板尺寸拟定及验算基本尺寸面板尺寸取与方案一相同，垫层厚拟为 15cm，面板厚为 50 cm，其中现浇层 20 cm，预制层 20 cm。因为面板长宽比 =0.702，所以面板按双向板设计，计算跨度yxL/= =4.62m。0Lx荷载计算永久作用：由方案一计算可知：q0=16.1kPa；可变作用：堆货荷载 q1=30 kPa荷载组合可得 q=q0+0.7q1=37.1 kPa跨中弯矩计算查水工钢筋混凝土结构均匀荷载作用下矩形双向板的弯矩系数表，因为 =0.70 得 ， 的系数分别 0.0732，0.0410，则 =57.97kN.m，yxL/xMy xM=32.47 kN.m南通港码头改造工程初步设计 22截面抗弯模量同方案一， =0.0417W3m抗裂验算采用混凝土 C30， =2*e3kPa, =1.55tkf则 =2.230.70.8 故MWfKtkf面板截面尺寸满足抗裂度要求。6.3.2.2 纵梁尺寸拟定及验算由于采用四边支承面板，纵梁承受面板荷载较小，故纵梁尺寸可满足承载要求，可不必验算。6.3.2.3 横梁尺寸拟定横梁断面尺寸如图所示， 截面面积 s=1.89;（纵梁与横梁交接处，将横梁截面两边的牛腿截去以防相碰）由于横梁断面尺寸较大,可满足一般承载要求,故不再进行验算。6.8 结构方案比选码头平台采用1200mmPHC 管桩加现浇横梁以及1000mmPHC 管桩加现浇横梁的两种结构方案。水工结构两个方案均采用预制混凝土桩，具有实施方便、造价省的特点，两个方案均是可行的。鉴于1200mmPHC 管桩相比1000mmPHC 管桩具有更强的抗锤击性能，而且水工结构方案一较方案二略经济，选用方案一的结构形式。七、码头结构技术设计7.1 面板技术设计 7.1.1 面板内力计算7.1.1.1 短暂状况（施工期）计算说明设计中面板采用装配整体式叠合板。在施工期间，由于现浇板未达到强度设计值，只考虑预制板承载，预制面板简支在纵梁上。基本尺寸如图所示，取最大跨计算,中-中跨度 L=5m，净跨 Ln=4.2m；计算跨度 =min(Ln+h,ln+e)=440cm0L（式中，h 为预制板的厚度，e 为搁置长度） 荷载作用南通港码头改造工程初步设计 23永久荷载板自重：q1=25kN/ *0.5m=12.5kN/；3m=30.25kN.m； =26.25kN2081qLM跨 中 nqLV21支 座2.可变荷载 施工荷载（人群荷载）：q=3kN/;=7.26 kN.m; =6.3kN20跨 中 n支 座 预制板吊运内力计算预制板的分块宽度，在施工条件允许且不因吊运而增加配筋时，应尽量加大。b=3m(横向排架间距 7m，上横梁宽 1m，分为 2 块，则每块预制板宽为 3m)。预制板分块长度为 4.6m；计算跨度：预制板采用四点吊，吊点距离边缘为0.3m， =2.4m， =4.0m。xLy吊运动荷载系数 =1.3，略去吊点至半边缘的自重，考虑预制板凹凸平均厚度为 0.01m，面板自重 =10.075kPa;hq因为 =0.6，计算跨度取较大边 =4.0m。由建筑结构静力学计yxL/ yL算手册查得 =0.031， =0.1203， =0.0744， =0.1337。cycxoyo则 =5.00 kN.m ; =19.39 kN.m ;同理2yxcqM 2ycqM=11.99kN.m ; =21.55 kN.m.(其中， 为平行于 方向板中心点的弯xoo xxl矩； 为平行于 方向板中心点的弯矩； 为平行于 方向板自由边中点ycyl o的弯矩; 为平行于 方向板自由边中点的弯矩).o7.1.1.2 持久状况（使用期）计算说明使用期现浇面板达到设计值，与预制面板连成整体，垫层与现浇板一起浇筑，为连续结构。按经验系数法求面板内力。基本尺寸中-中跨度 L=5m，净跨 Ln=4.2m；连续板：因为 B1（梁的上翼缘宽度）=0.8m0.1 =0.5m( 为梁的中心距离） ，则 =4.62 m。ll 0L荷载作用永久荷载：同短暂状况（施工期）可变荷载： 堆货荷载：简支弯矩： =80.04kN.m，由板厚与肋高之比查得弯矩系0M南通港码头改造工程初步设计 24数：m=0.65(跨中)，m=-0.60（支座） ，则连续板跨中弯矩=52.03kN.m;连续板支座弯矩 =-48.02kN.m;剪力0mMd 0mMd支=63kN.nqlV21 流动机械荷载由计算可知，由流动机械荷载产生的最大跨中弯矩弯矩为 58.05kN.m,最大剪力为 39.00kN.与梁整体连接的单向板，按高桩码头设计与施工规范4.1.8，连续板跨中弯矩 =37.73kN.m,连续板支座弯矩0mMd=-34.83kN.m;0mMd支 集装箱箱角荷载分析两种不利的集装箱箱角荷载布置型式，得出集装箱箱角荷载因不同的布置方式出现的最大跨中弯矩 =71.18kN.m,出现的最大支座剪力跨 中=222.95kN。与梁整体连接的单向板，按高桩码头设计与施工规范Q4.1.8，连续板跨中弯矩 =46.27kN.m,连续板支座弯矩0mMd=-42.71kN.m。0mMd支以上三种可变作用效应不可组合，取较大值进行配筋计算。7.1.2 面板配筋计算7.1.2.1 一般说明预制板砼强度等级 C30，砼轴心抗压强度设计值 =15kPa,现浇板及面层砼cf强度等级 C25， =12.5kPa；级钢筋抗拉强度设计值 =210MPa；级钢筋cf y抗拉强度设计值 =310MPa；该码头为一般港口，主要建筑物安全级别级，y结构重要性系数 =1.0；根据港口工程混凝土设计规范表 7.1.2，海水港0r浪溅区板的受力钢筋混凝土保护层最小厚度 50mm；荷载分项系数由高桩码头设计与施工规范3.2.9 查得如内力计算表所示；级钢筋相对界限受压区高度 =0.544；板的纵向钢筋最小配筋率 =0.15%。b min9.1.2.2 面板内力计算表表 9.1 面板内力表作用 （k跨 中MN.m）（k支 座N.m）Q（kN）分项系数永久作用 自重 30.25 0 26.25 1.2南通港码头改造工程初步设计 25施工荷载 7.26 0 6.3 1.4短暂状况（施工期） 吊运荷载 21.55 0 0 1.5堆货荷载 52.03 -48.02 63.0 1.4流动机械荷载37.73 -34.83 39.0 1.4可变作用持久状况（使用期）箱角荷载 46.27 -42.71 222.95 1.47.1.2.3 短暂状况（施工期）配筋计算=36.30kN.m)(0GdM预制板采用钢筋混凝土结构，砼 C30, =15kPa，热轧二级钢筋cf=310MPa，保护层厚度 C=50mm，估计纵向受力钢筋直径为 16mm,则yf=58mm; =242mm; =0.0413; =0.02dcaah0 cdsfbhM20s21422 =363bycsfbA01min2m7.1.2.4 持久状况配筋计算跨中强度配筋=72.84kN.m，则)(0GdM=58mm; =442mm; =0.0249; =0.02caah0 cdsfbhM20s21252173.57 ，所以预制板正弯矩横向分布钢筋由吊运荷载决定，取热轧m2一级钢筋 8130mm，实配钢筋面积 =387 。sA2m7.1.2.6 吊环设计按港工混凝土结构设计规范7.4.2 规定采用南通港码头改造工程初步设计 27图 9.2 吊环示意图预制构件的吊环应采用级钢筋，预制板重量设计值 F=103.5kN 单个吊环钢筋截面面积 =246.43 ，选配 18 (实配 =254.5 )（式中，ynfFA232msA2mF 为构件的总重力； 为一级钢筋的抗拉强度设计值；n 为吊环数，当一个构件设有四个吊环时，按三个受力计算） 。9.1.3 裂缝开展宽度验算根据港口工程混凝土设计规范4.5.6 规定，按表 3.3.2，海水港面板位于浪溅区，最大容许裂缝开展宽度为 =0.20mm。裂缝开展宽度验算公式采maxW用，)4.130(321max tesldcEwtestA式中， - 最大裂缝开展宽度（mm）;ax- 构件受力特征系数，面板为受弯构件，取 =1.0；1 1- 考虑钢筋表面形状的影响系数，码头采用变形钢筋，取2=1.0；2- 考虑荷载长期效应组合或重复荷载影响的系数， 取 1.5；3 3- 最外排纵向受拉钢筋的保护层厚度， =50mm；CC- 纵向受拉钢筋的有效配筋率，当 0.1 时， te取=0.1；南通港码头改造工程初步设计 28- 有效受拉砼截面面积（ ） ；取 ， 为受拉钢筋teA2mbaAsss重心至受拉区边缘的距离；- 受拉区纵向钢筋截面面积（ ） ；s 2- 按荷载长期效应组合计算的钢筋砼构件纵向受拉钢筋的应