南排河渔港码头工程设计梁板式高桩码头结构.doc

第1章 设计背景 南排河渔港码头工程设计梁板式高桩码头结构第1章 设计背景1.1 工程概述XX市南排河渔港位于河北省东部，渤海湾西岸，XX市以东30km处，北距天津100km，南临山东40km，西靠沧州70km。地理坐标为东经117度39分，北纬38度30分。XX市南排河镇是沧州海域海上渔业集中地，每年从这里上岸的海产品多达三四十种，总量高达七八万吨。现在的南排河中心渔港码头上仅可同时容纳200至300只渔船停泊，已不能满足渔业生产的需要。南排河中心渔港项目，包括长约500米的渔港码头，港池和航道清淤90万立方米，港区道路5512平方米，防波堤350米，挡土墙58米，航道疏浚58.82万立方米，深水井一眼，配套水电设施，通讯导航设备以及房屋等陆域配套设施等。预计总工期1年。中心渔港建成竣工后，码头上可同时容纳约700只渔船，周边的养殖业、服务业也将借势得到发展。建设码头450米，港区道路5512平方米，防波堤350米，挡土墙58米，航道疏浚58.82万立方米，港池疏浚15.60万立方米，深水井一眼，配套水电设施，通讯导航设备等。1.2 设计原则（一） 总体设计符合国家、地方经济发展规划和总体部署，遵循国家和行业有关工程建设法规、政策和规定。（二） 结合国情，采用成熟的技术、设备和材料，使工程设计安全可靠、使用方便、工程量少、总造价低、施工进度快，获得较好的经济效益和社会效益。（三） 注重工程区域生态环境保护，不占用土地，方便管理，节省投资。1.3 设计依据设计任务书，渔港工程，渔港总体设计规范实施指南1.4 设计任务本例拟对南排河中心渔港的卸渔码头进行设计计算。第2章 设计资料 第2章 设计资料2.1 地形条件南排河镇位于河北省XX市东部，由原歧口镇、南排河镇、赵家堡乡三个渔业乡镇合而为一。辖21个渔业村1个居委会，总人口5万人。镇域南北狭长，全镇总面105.7平方千米。海岸线长50公里，是河北省著名渔区。南排河镇位于环渤海经济圈的中心位置，东临渤海，北依京津，南接XX大港，海防公路贯穿全境，海陆交通发达，是环渤海区域的海洋资源大镇。独具魅力的淤泥质海滩孕育了三疣梭子蟹、中国对虾等美味海珍品。自古以“鱼盐之利雄天下”著称的南排河，凭借独特的区位，丰富的海洋资源，发展起海洋捕捞、海水养殖、盐业等支柱产业，海洋运输、渔家风情游、貂狐养殖、海洋工业等新兴产业。南排河渔港目前是河北省群众渔业的国家一级渔港，渔港码头岸线达923.20米。渔港附近建有冷藏量5000吨，速冻300吨，日治冰200吨，日加工渔货300吨的国营冷库5座，60吨水塔2座，对岸有油库2座，容量为1700吨，并建上油码头1座，港池后方已建成学校医院、邮电、旅馆、饭店、影剧院一系列生活公共等公有设施。渔汛旺季，各地渔商蜂拥而至，特别是京、津等地的车辆和人员更是络绎不绝，高峰期日达万人以上，参加水产品交易的客户近600多个单位。近年来，每年通过南排河渔港码头交易疏散出去的水产品达8万多吨，成交额达7亿元；每年出口经济鱼，虾4000余吨，创汇1700万美元，为发展渔业经济创造了条件。目前，南排河原有码头已不适应渔业发展的要求。由于地理优势，吸引了山东，辽宁，天津及本省唐山等地船只150-300艘来此售货、补给，每逢生产汛期，日前港船只达860艘，御港量也于2005年突破10万吨大关，泊位紧张，船只拥挤，相互碰撞，卸渔补给的渔船需排队等待几个小时才能靠上码头。南排河渔港码头的建设迫在眉急。随着滨海新区的成立、渤海新区的批准和XX大港的建成运营，南排河已成为世人瞩目的创业热土。发展潮生催人急。得天时之机、地利之先得南排河镇正以强烈得发展意识，“以工业立镇，以海强镇”，加快建设沿海特色经济长廊，环渤海经济强镇。2.2 气象条件本港采用XX市李家堡气象站资料。2.2.1气温年平均气温为12.2摄氏度，最高平均气温为25至26摄氏度。最平均气温为-4.7摄氏度。历年极端最高气温37.7摄氏度（1981年6月7号），历年极端最低气温为-19.5摄氏度。（1983年12月30日）。2.2.2降水年平均水量为505.1mm,夏季降水量占年平均降水量的73.4%，年最多降水日66天，年最多降水日49天。日最大降水量136.8mm(1981年7月4日)。2.2.3风况港区常风向为SSW,频率是11.7%，次常风向SW.频率10.5%，强风向ENE,最大风速31ms,其次ESE向，最大风向26ms.各月平均风速以4 5月份最大。2.2.4雾况年平均雾日13天，最多20天（1980.82年），最少为8天（1981年）。雾日多发生在秋冬两季，尤以一月份最多，平均为3.5天。最多达七天（1982年3月）。2.2.5冰况冰期主要发生在12月上旬至翌年三月中旬，冰期为三个月。1和 2月份为盛冰期。港池内一般年份冰厚7cm左右。2.2.6湿度多年平均相对湿度64%。7月份相对湿度大，月平均相对湿度达76%，5月份干燥，相对湿度50%。2.3 水文条件2.3.1潮汐本港属规则半日期。据岐口验潮站1960年实测资料（距本港15km）特征潮位（国家黄海85基准）最高潮位；2.28m 最大潮差 3.10m最低潮位；-1.19m 最小潮差 0.08m平均潮差；1.51m 设计水位 设计高水位 2.13m 设计低水位 -0.97m2.3.2乘潮水位乘潮情况是每24小时内各有2个高潮，每个潮位涨潮前，潮落后保证4小时、3.5小时、3个小时，每个潮位情况下的乘潮水位见表2-1。表2-1 乘潮水位乘潮时间（小时）保证率（%）乘潮水位（m）490-0.313.590-0.25390-0.19注：上表中选取每潮4小时的乘潮水位。2.3.2乘潮水位根据波浪折射、绕射计算结果，可得码头前沿不同重现期设计波浪要素，见表2-2表2-2 南排河中心渔港不同重现期设计波浪要素波向重现期H1/10(M)H1% (M)H5% (M)H13% (M)H (M)T (S)L (M)E50年0.570.670.550.460.297.249.7225年0.550.650.530.440.286.9473410年0.520.620.500.420.266.644.915年0.490.580.470.390.256.140.822年0.430.510.420.340.225.636.68ENE50年1.441.681.401.180.766.544.1025年1.411.651.371.160.756.443.2810年1.391.631.351.140.746.342465年1.351.581.311.110.726.140.822年1.261.471.221.030.675.939.18NE50年1.151.361.110.940.607.249.7525年1.121.321.090.910.596.9473410年1.041.231.010.850.546.544.105年0.971.140.940.790.506.140.822年0.851.000.820.690.445.636.682.4 地质条件2.4.1地貌地形拟建场地位于冀中平原东部，为滨海平原，该场地地层均以海相沉积为主。2.4.2地基土构成依据勘探揭示、室内鉴定和工程地质特性以及埋藏分布规律，将该场地勘探深度内地层共划分为六层，地层层序自上而下为；（1）层粉质粘土；（2）层粉土；（3）层淤泥质粉质粘土；（4）层粉土；（5）层粉质粘土；（6）层粉土。（1）层粉土-灰褐色，稍密中密，湿，含贝壳碎片，腐值质，局部沙质较高，具有薄理层。该层厚度2.56.9m，平均值为4.55m，层底标高-8.0到-5.3m。（2）层淤泥质粉质粘土-灰褐色，可塑软塑，含腐殖质，和上层为渐变关系，局部可见贝壳碎片薄层。该层厚度4.87.9m，平均值为6.36m，层底埋深-14.2到-12.0m。（3）层粉上粘土灰褐色，稍密，很湿，含腐殖质，云母碎片。在标高 -13.0m左右可见黑色泥炭层。该层厚度为1.13.4m，平均值为2.20m，层底埋深-17.60到-14.15m。（5）层粉质粘土-浅灰色灰黄色，可塑，含腐殖质。局部粘粒含量高，可谓粘土，棕褐色，含氧化铁，可见姜石。该层厚度为1.74.9m，平均值3.62m，层底埋深-20.2到-17.6m。（6）层粉上黄褐色，和上层为渐变关系，湿，中密密室，含大氧化铁，云母碎片。该层至孔底20.50m未揭穿。2.4.3地基上的物理力学性质指标指标的统计与评价根据前述所划分的工程地质层作为统计单元，对地基上物理力学性质指标进行统计。统计前首先对全部指标逐一检查，剔除个别明显不合理的指标后输入计算机进行统计，然后，由计算机采用Grubbs准则对指标进一步取舍。常规指标；提供去掉10%后最小值、最大值、平均值、变异系数、样本数以及标准差。常规抗剪强度指标；按各级垂直荷载下抗剪强度T值的算数平均值求得C、指标，该值标为峰值。三轴剪切指标；删除个别偏值后，提供算术平均值、最小值、最大值及样本数。岩土指标标准值及抗剪强度计算建议值按有关规范要求，岩土指标标准值应按指标变异系数、统计样本数进行修正岩土指标标准值及抗剪强度计算建议值如下表2-3；表2-3 抗剪强度计算建议值层号场地地基土抗剪强度（固结快剪）按工程地质手册修正本次建议按工程地质手册修正本次建议C（kPa）(度)C（kPa）(度)113.0035.1013.0035.1021632.501632.5032318.702318.7040.014.700.014.70513.0035.1013.0035.1061632.501632.502.4.4天然地基设计参数根据各工程地质层的物理力学性质指标以及埋藏分布条件等，按照港口工程技术规范，并结合地区性经验，提出地基土容许承载力，以及水下钻孔灌注桩的极限侧摩阻力建议值。勘察结果表明，第一层物理力学性质较差；第二层埋深较深，并有较厚的软弱下卧层；第三层承载力低，压缩性高。以上三层均不宜作为桩基端持力层。第四、五层物理力学性质较好，压缩性低，可作为端持力层。但建议桩端进入持力层。但建议桩端进入持力层一定深度，一般不小于4D。拟建场地各层上的地基承载力标准值及压缩模型量标准值可取值如下，表2-4表2-4 地基承载力标准及压缩模量标准值地层代号（1）（2）（3）（4）（5）（6）承载力（kPa）8012065125120170压缩模量（MPa）2.3410.713.277.213.968.15表2-5 方桩桩基设计参数地层代号(1)(2)(3)(4)(5)(6)桩的极限侧摩阻力标准值（kPa）203519486460桩的极限端阻力标准值(kPa)60055018002.5 地震条件该场地位于地震烈度六区，不考虑砂土液化。2.6 渔港卸渔量与渔船发展水平2.6.1渔船数量统计本港现有渔船总数1300条，其中80HP以下的木质船230条；80-150HP的木质船450条；200HP的钢质船200条。总功率19.8万HP。本港现有渔政船总数3条；其中钢条2条，木质1条。2.6.2渔船发展水平测试下面是渔船的统计及发展水平测试表2-6。船型马力船体材料型长（m）型宽（m）干舷高（m）船艉吃水（m）数量（艘）目前预测80马力以下木质230200817150木质27530.41.5450450HC876220钢制31.265.40.61.9420440HC821275钢制31.545.70.61.9200200SCT801300钢制346.20.82.115VHY8759350钢制30.95.80.81.915总数13021300鉴于国家实行“双控”捕捞政策，鼓励发展中、深及远洋渔业，预测表中以发展200-300HP以上渔船为主。到2010年预测总船数接近1300条左右。2.6.3渔港卸港量根据渔业资源的有限性和渔业生产发展的必然性，今后在人们越来越注重渔业资源的有效保护和合理利用的情况下，拟建中心根据2005年的卸港量水平，计算出2010年卸港量为12万吨。2.6.4设计代表船型渔港规划设计中，设计代表船型一般选取来港尺度较大的船型，同时又兼顾渔船船型今后的发展趋势。作为中等规模的一级渔港本港选用275HP渔船。设计船型见表2-7。表2-7设计船型船型马力船长（m）船宽（m）艉吃水（m）干舷高度（m）HC821275HP31.545.701.900.60渔政船300HP34.006.202.100.80第3章 设计成果 第3章 设计成果3.1 总体设计成果南排河渔港卸渔码头长212m，前方桩台宽为18.5m，由于作用在码头面的荷载较小，且根据卸渔码头的实际情况，不设后方桩台，而是在后方设置水产平交易市场、冷藏区、鱼货加工区等。3.2 结构方案成果本码头设计为高桩码头结构形式，横向排架间距7m，前方桩台宽18.5m，分为3跨，每跨5.25m，两边悬臂各2m。3.3 施工图设计成果设计图纸包括横向排架断面图，码头立面图，总平面布置图，桩位图，面板配筋图，横梁配筋图，桩配筋图。3.4 设计成果评价本次毕业设计从最初搜集设计资料，到毕业答辩整整一个学期，整个设计过程既漫长又枯燥，由于初次独立完成设计，从设计之初到最后定稿反反复复算了好几回，尽管如此，也有很多地方不尽如人意。在最初设计确定前方桩台构造尺寸时，没有实际经验，只能根据课本及规范中的要求预先进行确定，因此设计的纵横梁尺寸难免会偏大，造成浪费。 这次的毕业设计我是这样做的：首先根据渔港相关规范计算码头泊位数，码头长度，码头面高程，码头前沿水深，码头前水域宽度等，基本确定码头平面布置。然后根据设计资料，结合当地地质、水文及工程情况选择码头结构形式进行设计。初步确定码头分段，横向排架间距，桩基布置，装卸工艺等。接下来具体确定面板、纵梁、横梁、桩、桩帽的结构尺寸。然后进行船舶荷载计算，包括作用在船舶上的风荷载，水流对船舶的作用，船舶系缆力，船舶撞击力等，根据船舶撞击力产生的撞击能选择橡胶护舷型号。接着进行内力计算。首先计算面板，本例中只计算了与纵横梁四边相连的面板，按双向板计算，应对施工期和使用期荷载分别计算，进行作用效应组合，按最大弯矩进行配筋计算，并画出面板配筋图。对于纵梁，由于时间有限，我只计算了施工期荷载，本例中纵梁搭在桩帽上，使用期应按五跨弹性连续梁计算。重点计算了横向排架部分，分别用五弯矩方程计算了施工期和使用期的每种荷载作用下的支座、跨中弯矩，支座反力等，按承载能力极限状况进行了作用效应组合，根据最大弯矩进行配筋计算，画出配筋图。然后计算桩的极限承载力，吊运内力等，由于本例中荷载，弯矩较小，根据海港工程设计手册中册选用桩的配筋，画出配筋图。整个计算过程基本手算，为尽量避免出现大的错误，很多地方不只算了一次，但由于人工计算导致所有计算结果不见得百分百正确，望指正。第4章 平面设计第4章 平面设计渔港应根据级别、自然条件、城镇规划、市场因素、工艺流程及未来发展等进行平面布置，按照统筹安排，合理布局，远近结合，分期建设的原则，做好规划和相应的平面布局。渔港作业包括水上航行，装卸，锚泊，又包括陆域生产，加工，运输等，因此水域和陆域各项设施的规划和平面布置应统一考虑，减少矛盾，使渔港各部分成为紧密结合的一个整体。另外，设计是应考虑到渔港的特殊性，比如渔业生产的季节性，渔船进出港的集中性，鱼货的易腐性等。我国渔港陆域纵深一般为100-350m，面积大小主要决定于渔船数和年渔货卸港量，据统计，每艘渔轮所占有的陆域面积约为2400-10000。渔港陆域全部建筑及设施的位置及功能，可分为下面几个部分：（1）水产品交易中心、冷冻厂、鱼品厂等，即鱼货上岸后在交易中心销售，其中部分鱼货进行冷冻、冷藏和加工成各种鱼制品。这是渔港中最重要的部分，应占用最优良的水域和岸线。（2）物资公司、渔具厂、网具厂、渔捞后勤仓库及港务公司等，其功能一是为渔捞服务的物资供应，二是货运。考虑到功能范围扩充，这部分称为综合物资区。（3）综合管理区，包括行政管理和服务方面。4.1 工程规模建设码头450米，港区道路5512平方米，防波堤350米，挡土墙58米，航道疏浚58.82万立方米，港池疏浚15.60万立方米，深水井一眼，配套水电设施，通讯导航设备等。项目总投资3766万元。4.2 布置原则（一） 水域布置：港区水域面积除保证船舶操纵和停泊需要外，尚需满足渔船对水域的静稳要求，渔船避风时，渔港水域及码头停止作业，由此可校核港内水域的静稳程度。对于河口渔港，一般在港内不设锚地，船舶靠码头停泊。航道轴线的布置必须不妨碍船舶操纵，从分考虑风、浪、流的影响。（二） 陆域布置：节约用地，不占或少占农田，合理利用岸线资源，留有发展余地，使近期建设与远期发展密切结合（三） 充分利用已有的设施和依托条件，尽量减少工程数量，节省建设投资。（四） 码头及航道布置合理，满足码头、船舶安全作业要求。（五） 符合国家环保、安全、卫生等有关规定。4.3 设计船型设计船型为HC821型渔船。4.4 总体尺度码头基地纵深和陆域面积我国渔业码头基地陆域纵深一般为200-350m，平均为300m，基地面积大小不一，主要决定于渔船数和产量的分配，平均为4000-5000平方米。4.4.1码头水域面积我国600马力渔轮船长约为40m，所需水域面积约为1200-1800平方米/艘，在确定渔业基地港区水域面积是，还需留有一定富余，可参考1500-2000平方米/艘计算。码头泊位数。卸渔码头泊位数；N1卸鱼码头泊位数；Q水产品年卸港量，t；Z年平均作业天数，d，为年日历天数减去因恶劣天气、码头维修及休渔期影响渔港作业天数。K1卸鱼码头泊位利用率，为船舶年平均占用泊位作业时间与年平均作业时间之比，按表4-1确定；C1泊位日卸鱼能力，t/d；t1泊位日有效卸鱼时间，h, 按表4-2确定；P泊位有效卸鱼能力，t/h,如无实测资料，人工卸鱼取24t/h，船用吊机取59t/h，卸鱼机械取1015t/h。表4-1 泊位利用率泊位数作业海业卸鱼码头供冰码头15黄、渤海0.500.46东、南海0.540.52610黄、渤海0.550.53东、南海0.600.5810黄、渤海0.570.56东、南海0.610.60表4-2 泊位日有效作业时间效率，t/h有物资码头，h无物资码头，h卸鱼码头2419161814591512139101511986供冰码头20408574注：效率低取大值，效率高取小值。计算过程：Q=12万吨；K1取0.55Z=年日历天数恶劣天气休渔期及码头维修=3656070=235（天）=1015=150 （t/d）卸鱼码头泊位数=120000（2351500.55）=6.2 （个） 即取=6供冰码头泊位数 ；供冰码头泊位数；W每吨水产品加冰量,取1.01.3，t/t；C2泊位日加冰能力，t/d；，K2供冰码头泊位利用率，按表4-1确定；t2泊位日加冰能力，h，按表4-2确定；破冰机有效破冰能力，t/h，如无实测资料，取2040t/h。计算过程：W取1.2；=640=240 （t/d）=1200001.2（2352400.46）=5.5 即取=5；物资码头泊位数 =(0.5+0.39120000)8根据规范，一级渔港可设12个修船泊位，本港设一个修船泊位。4.4.2码头长度端部泊位： （4-2）中间泊位： （4-3）L：设计船长，为31.25m; d：泊位间富裕宽度图4-1码头泊位长度表4-3 泊位长度与泊位占用的码头长度泊位类型泊位长度泊位占用的码头长度端部泊位中间泊位注：1 为设计代表船型全长。2 d为泊位富裕长度，宜取0.10.15。3码头长度系指设计代表船型在码头前沿停靠所需的水工建筑物的长度。根据上表计算卸鱼码头长度 取d=0.15泊位类型泊位长度泊位占用的码头长度端部泊位=31.54+1.50.1531.54=38.6365=0.831.54+0.50.1531.54=27.5975中间泊位=31.54+0.1531.54=36.271=36.271卸鱼码头长度 取端部泊位占用的码头长度为33m36.2714+332=211（m） 即取卸鱼码头长度为212m4.4.3码头前沿高程码头前沿高程可根据潮位、波浪、船型、装卸工艺及原地面高程等因素综合确定，根据规范：表4-4 码头面超高值表码头类型潮差在3.0m以上潮差小于3.0m大型码头0.51.5 m1.02.0 m小型码头0.31.0 m1.01.5 m码头前沿高程码头前沿高程，m；设计高水位，m；超高，取0.51.5m。特一级和一级渔港取大值，二三级渔港取小值。本港取1.3m；即=2.13+1.3=3.43 m。现行行业标准规定：港口陆域地面坡度应根据地形条件、装卸工艺要求并结合高程设计确定，地面坡度不应小于5，港口仓库，堆场地面坡度宜采用510。经综合考虑，渔港码头前沿排水坡取5。4.4.4码头前沿停泊水域尺度供渔船停靠及装卸所需水域宽度，参照海港总平面设计规范规定，当泊位采用多条渔船并排停靠时，按下式计算，一般情况下并排渔船数为4。图4-2停泊水域B1=2Bc+(m1-1) Bc =25.7+35.7=28.5m码头前停靠水域面积 ；A1顺岸停靠时所需面积；B1水域宽度，为船宽+富裕宽；Lb泊位长度，为船长+富裕长（0.15Lc ）表4-5 富裕宽度设计船型载货量，t富裕宽度，m0.1 =0.525mLo=1.1Ln=1.14.65=5.12m长边方向：B=1.02m0.1 =0.7mLo=1.1Ln =1.15.98=6.58mL板的中心间距（m）；L0板的计算跨度（m）；Ln板的净跨（m）；h板的厚度（m），取500mm；e板的搁置长度（m），取0.2m；B梁的上缘宽度（m）。6.1.2 作用分析面板上的永久作用和可变作用（包括短暂状况和持久状况）。永久作用：结构自重：现浇面层：r=24kN/ m3 ； h=0.15m 预制面板： r=25kN/ m3 ；h=0.5m可变作用：(1)短暂状况可变作用：施工荷载2kPa预制面板吊运预制板尺寸：Lx=6.38m Ly=5.31m预制板为四点吊运，吊运时取动力系数=1.3，吊点位置如图62。图63吊点位置图(2)持久状况可变作用堆货荷载q=20 kPa汽车荷载：自重15t汽车6.1.3 作用效应计算荷载标准值作用下的内力计算：1)短暂状况（施工期）：按简支板计算永久作用：板自重：q1=0.525=12.5kN/ 弯矩计算：=0.12512.56.186.18=59.68 kNm/m可变作用 施工荷载q2=2kPa 弯矩计算：=0.12526.186.18=9.55 kNm/m2)持久状况按四边简支板计算：(1)永久作用：板自重：同短暂状况 M=59.68 kNm/m面层荷载：q=0.1524=3.6kPa=5.12m =6.58m图6-4 面板计算简图查静力计算手册得，My=0.05913.65.125.12=5.58 kNmMx=0.03253.66.586.58=5.06 kNm连续板的跨中弯矩My=0.5255.58= 2.93k