同江港某工作船码头设计方案.doc

学 号 2010012129 密 级 公 开 哈尔滨工程大学学士学位论文同江某工作船码头方案设计院（系）名 称：船舶工程学院专 业 名 称：港口航道与海岸工程学 生 姓 名： 指 导 教 师： 哈尔滨工程大学2014年06月同江港某工作船码头方案设计 哈尔滨工程大学学 号 密 级 公 开 同江港某工作船码头方案设计The Design of a Workboat Charf at Tongjiang port学生姓名： 所在院系： 所在专业：港口航道与海岸工程指导教师： 职 称：工程师所在单位：哈尔滨工程大学论文提交日期：2014年6月论文答辩日期：2014年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学同江港某工作船码头设计方案摘 要同江港位于我国三大水系之一的“黑龙江水系”，历史悠久、进出口贸易额巨大 ，在对俄贸易合作中有着战略性的意义。近年来，随着中俄之间合作的加强，同江港吞吐量不断增长，货运船数目日益剧增，港作船急需一个停靠的工作船泊位。本文就是提出两种工作船泊位的建设方案，并进行比较和研究。作为黑龙江省最大的内河港，同江港全年冰冻期较长，冬天气温较低，可以采用抗冻性能强的钢板桩结构。并且钢板桩码头结构简单，对地基强度要求低。重力式码头耐久性好，技术最成熟，内河港又可不考虑波浪反射的危害，而该码头较小，地基条件较好，也可考虑用实心方块结构。结构计算是整个设计的核心。实心方块结构需要对码头进行抗倾、抗滑稳定性验算和地基应力的计算。钢板桩结构的计算主要包括：板桩墙的计算、拉杆的计算以及锚碇结构的计算。整个设计应遵循现有的行业行规。关键词：工作船码头；钢板桩结构；实心方块结构；结构计算 ABSTRACTTong jiang port, located in the Heilongjiang river system, one of Chinas three major river systems, has a huge volume of import and export trade in a long time. Actually, it plays a constructive role in Russia trade cooperation. In recent years, With the cooperation continue strengthen betweenChina and Russia, Tong jiang ports handling capacity is growing and cargo ships number risessharply ,so it is urge to build a berth for the work boat. This paper is to put forward two kinds of plans for workboat berths construction and comparison and research. As the largest inland port in Heilongjiang province, Tong Jiang ports frozen period is so long that steel sheet pile structure with strong frost-resistance can be used which perform well under lowtemperatures in winter. Besides, the steel sheet pile structure is simple and has little desir on foundation strength. Comparely, gravity quay has good durability and has been keeping with the most mature technology. Ignoring the danger of wave reflection in inland port, we can choose Solid square structure for this small port, which has a good foundation.Structural computation is the key to the whole desgin. Solid square structure is urgent to check the anti-dumping stability and anti-slidong stability,as well as the foundation strength. To the steel sheet pile structure,structure computation including : sheet pile wall computation、bar computation and anchor computation.The whole design must follow the currently professional rules.Keywords:work-boat;steel sheet-pile structure;solid square structure;structure computation目 录第1章 绪论11.1 同江港简述11.2 设计资料11.3 设计方案31.3.1 设计原则31.3.2 重力式实心方块结构31.3.3钢板桩结构31.4 设计内容41.4.1 码头平面布置41.4.2 码头结构计算41.4.3 码头施工图设计41.4.4 工程概算4第2章 码头平面布置52.1 一般规定52.2 码头前停泊水域布置52.3 码头设计顶高程62.4 码头设计底高程72.5 泊位长度及码头长度72.6 变形缝的设置82.7 码头其他附属设施设计82.7.1 系船柱的布置82.7.2 护舷的布置92.7.3 爬梯的设计92.8 本章小结9第3章 实心方块码头结构计算113.1码头断面设计113.2 作用力的计算及分类123.2.1 结构自重（永久作用）123.2.2 墙后回填料产生的主动土压力(永久作用)133.2.3码头面堆货荷载产生的主动土压力（可变作用）183.2.4 码头面堆货荷载产生的竖向作用（可变作用）203.2.5 船舶荷载（可变作用）213.3 码头结构稳定性验算213.3.1沿墙底面的抗滑稳定性验算213.3.2 码头沿基床底面的抗滑稳定性233.3.3 码头沿墙底面前趾的抗倾稳定性243.3.4地基应力计算及验算253.4 本章小结28第4章 钢板桩结构计算294.1 码头断面设计294.2 板桩墙计算304.2.1 拉杆高程及间距的确定304.2.2 土压力系数计算304.2.3 板桩墙后入土深度计算314.2.4 “踢脚”稳定性验算354.2.5 板桩墙弯矩计算364.2.6 板桩截面强度计算374.3 锚碇结构计算374.3.1 锚碇墙入土深度确定374.3.2 锚碇墙前主、被动土压力计算374.3.3 锚碇墙的稳定性验算394.3.4 锚碇墙到前墙的最小距离404.4 拉杆的计算414.4.1 拉杆拉力的计算414.4.2 拉杆长度414.4.3 拉杆直径414.5本章小结42第5章 工程概算435.1 概述435.2 实心方块结构工程量及工程概算435.3 钢板桩结构工程量及工程概算445.4 结果对比455.5 本章小结45第6章 方案选取466.1 方案优劣对比466.2 最终方案的确定476.3 本章小结47结 论48参考文献50攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果52致 谢53V第1章 绪论第1章 绪论1.1 同江港简述同江港位于我国“三大水系”之一的黑龙江水系，同时作为黑龙江省第一大内河港，其对黑龙江省外贸经济的发展起着至关重要的作用。黑龙江省毗邻俄罗斯，两国通过同江港进行贸易合作已有近一百年的历史了。一方面，我国是一个能源短缺的国家，像煤炭、石油、木材、矿石等众多能源和材料都需从俄罗斯进口，因此同江港的发展对我国的国民经济建设也起着关键性的作用。而另一方面，俄罗斯地处严寒地带，粮食相对短缺，需要从我国进口粮食，黑龙江省黑土肥沃，盛产大米、小麦、大豆、玉米等粮食作物，正好可以满足俄罗斯对粮食的需求。我国早在1910年，也就是清宣统二年便开辟了同江港作为对俄边境贸易口岸。1912中华民国成立后，又设立滨江海关同江分关与俄贸易合作。1949年，新中国成立，时隔七年，同江港正式成为对苏联的开放港。改革开放后，新中国的经济建设在邓小平的伟大领导下迎来了新纪元 ，我国大力引进外资，发展外贸经济，进一步加强与周边国家的合作。同江港也迎来了新的发展和机遇，1984到1985两年之间，通过国家拨款的220万元人民币，同江港得到了前所未有的改造和扩建，在原有的基础上分别建成粮食，客运，件杂货码头，配备了17台皮带运输机械，港口吞吐能力大大提高。1986年，同江港被国家批准辟为中苏水运贸易口岸，此时，同江港已初具规模。从1986年到1990年，外贸物资累计出口累计达32.48万吨。为了进一步发展，国家在“八五”期间又拨款651万元人民币，1992年4月开工新建滚装式码头3个、泊位1个，并增加机械装卸设置6台（组）。同江港得到飞速发展。近年来，随着经济全球化的发展，各国之间的合作进一步加强，中俄两国的经济贸易额进一步剧增。同时，同江港的货运船也急剧增加，原有的同江港已不能满足两国的贸易需求，同江港需要注入新鲜的血液，进一步进行发展建设。本文就是要为同江港某工作船的建设提出两种方案进行比较和研究，最终确定最有方案。1.2 设计资料 1、水文条件：(1) 水位条件：设计高水位 55.11m；设计低水位 47.17m；施工水位为50.60m。(2) 波浪要素：同江港属于内河港，可不考虑波浪作用。(3) 气候条件：年平均气温为18，极端低气温为-35，极端高气温为38。(4)风：年平均风速为3m/s，可不考虑风的作用。2、地质条件：码头地基处为中砂。3、地震：该地区地震烈度为，可不考虑地震作用。4、施工条件：当地有混凝土预制场，可预制各种混凝土方块、构件等，石料充足，价格适宜。5、结构安全等级：本方案中结构安全等级为级。6、船型资料：设计船型资料见表1.1。表1.1 设计船型资料船型船长(m)船宽(m)满载吃水(m)载重吨(t)工作船3091.65007 材料参数：材料参数包括水上、下材料的重度标准值和内摩擦角标准值，具体见表1.2和1.3表1.2 材料重度标准值 (kN/m3)材料名称重度标准值水上水下钢筋混凝土24251415浆砌块石22251215混凝土232413148 码头面堆货荷载：本方案中工作船码头旁设有货运码头，货运码头繁忙时，可作为紧急堆场。前沿堆货荷载取20kPa/m，码头前方堆货荷载取20kPa/m。表1.3 无黏性材料重度和内摩擦角标准值材料名称重度标准值(kN/m3)内摩擦角标准值()水上水下水上水下块石17.010.04545碎石17.011.038403840粗砂18.09.53535中砂18.09.532321.3 设计方案1.3.1 设计原则(1)整个设计应该要贯彻节约能演、节约岸线、节约土地及安全生产的思想方针，综合利用现有资源，保护生态环境防止生态污染的发生。(2)应具备可靠的自然条件资料，包括：水文、气候、地质等条件。必要时，应该深入了解当地的社会经济资料，估计整个港口的发展取向。(3)整个设计与城市总体规划、流域规划、港口总体规划相协调。(4)码头所在地应该符合国民经济和地区经济开发的需要。(5)充分结合现有的设计资料、码头的功能、附近的施工条件等因素综合考虑码头的结构形式。(6)整个设计应严格遵守现有的行业规范制度。1.3.2 重力式实心方块结构根据所给的设计资料，综合水文、气候、地质、施工条件，当地经济发展等多重因素综合考虑，第一种方案选取重力式实心方块结构。当地有混凝土构件预制场，并配有专门的起重运输机械，这可以让整个工程的许多构件进行预制安装成为可能，可以大大缩短整个工程的工期。当地石材充裕，价格适宜，可就地取材，不仅使材料的运输极为方便，还可以降低工程成本。同江港是内河港，可以不用考虑波浪的影响，这大大减少了重力式码头波浪反射严重，泊稳条件差的危害。重力式结构耐久性好，基本不需要钢材，这可以减少码头建成后的维护保养费用。重力式结构在我国现阶段技术最成熟，施工经验最积累最多，也是我国至今使用的最多的一种结构形式。1.3.3钢板桩结构由于同江冬天气温较低，年极端最低气温达到了-35，这就对码头的抗冻性能有一定的要求，钢板桩码头结构大部分是钢材构成，钢材的抗冻性能极佳，可以满足抗冻要求。另一方面，钢板桩结构简单、材料用料少、便于预制、不需要复杂的施工工艺，可以降低施工的难度。相对重力式结构而言，对地基强度要求很低，无需做地基处理，减少了工程量。1.4 设计内容1.4.1 码头平面布置平面布置的主要内容有：码头停泊水域的布置、码头设计顶高程及设计低高程的确定、泊位长度和码头长度的计算、变形缝的设置、系船柱和护舷的布置，以及其他码头附属设施的布置。1.4.2 码头结构计算1 重力式实心方块结构包括：(1) 沿墙底面的抗滑稳定性验算；(2) 沿基床底面的抗滑稳定性验算；(3) 对墙底面前趾的抗倾稳定性验算；(4) 基床承载力和地基应力验算。2 板桩式钢板桩结构计算包括：(1) 板桩墙的入土深度计算；(2) “踢脚”稳定性验算；(3) 板桩墙的弯矩计算；(4) 板桩墙截面强度验算；(5) 拉杆的拉力、直径和长度的确定。1.4.3 码头施工图设计(1) 实心方块结构平、立面图，断面图，共2张；(2) 钢板桩结构平、立面图，断面图，共2张；总计共4张。1.4.4 工程概算本次设计需对重力式和板桩式两种结构分别作工程概算，再对比两种方案的工程费用。54第2章 码头平面布置第2章 码头平面布置2.1 一般规定由文献1可知，码头平面布置应遵循以下原则：(1) 码头平面布置应根据码头的使用功能进行总体规划布置，根据使用功能，码头可分为：货运码头、渔业码头、客运码头、游艇码头、工作船码头，其他用途码头。(2) 码头平面设计应该在码头总体设计的基础上，根据码头的大小。性质、装卸工艺要求，结合当地的水文条件、气候条件、人文社会情况，进行综合考虑，以达到合理规划布局，提高港区土地利用率。(3) 在计算码头岸线长度前，应进先调查港区腹地经济社会经济条件，预测港口吞吐量，再结合设计船型来确定码头线长度和陆域面积。(4) 码头前沿、锚地、回旋水域和航道等水域构成了港口水域，水域布置应能够使船舶完成安全靠离码头、掉头、装卸作业、泊稳等工作。(5) 码头平面布置必须和城市规划相协调，如噪音较大的码头应布置在远离市中心的地方，粉尘较多的煤码头和矿石码头宜布置在下风口。(6) 应与港址所在地的生态环境相协调，注意保护生态环境，尽量减少污染。2.2 码头前停泊水域布置1、码头前停泊的布置(1) 码头前停泊水域宽度计算根据文献1可知：码头前停泊水域宽度在水流平缓的河段等于两倍设计船宽，即：Bc =2B式中 Bc码头前沿停泊水域宽度； B设计船型宽的船。代入数据，得 Bc=18(m)。(2) 码头前停泊水域面积计算根据文献1可知：顺岸式码头前沿线的夹角宜为30 35。本方案也采用顺岸式布置方式。由数学几何关系易知，码头前停泊水域面积S=640.8(m2)(3) 码头前停泊水域水深确定同江港属于平原河流内河港，根据文献1可知：平原河流、运河和潮汐影响不明显的感潮河段码头前沿设计水深，可按下式计算：式中 码头前沿设计水深(m); 设计船舶吃水(m)，当有多重设计船型时，取最大设计船型；设计船型为进江海轮时，船舶吃水还应考虑由于咸淡水密度差而引起的船舶吃水变化，海水密度按1.025t/计； 龙骨下最小富裕深度(m)，可按表2.1选取; 其他富裕水深(m)。表2.1 龙骨下最小富裕深度设计船型吨级DWT(t)100DWT500500DWT河床质土质0.20m0.30m石质0.30m0.50m 注：设计船型载货量大于3000t时，Z可适当加大；码头前沿河底有石质构筑物时，Z值应该按石质河床考虑。 根据文献1可知：码头前沿可能发生回淤时，增加备淤的富裕水深。此时，取0.2m。代入数据得：=2.1(m)；码头前停泊水域布置见图2.2。 图2.2 码头前沿停泊水域布置平面图2.3 码头设计顶高程 码头前沿设计高程应考虑相应的地理条件，码头的性质，码头布置形式，工程投资等因素。据文献1可知，码头前沿设计高程应为码头设计高水位加超高值，超高值宜取0.10.5m。(1) 重力式实心方块码头码头设计顶高程=设计高水位+超高值 =55.11+0.49 =55.60(m)(2) 钢板桩码头码头设计顶高程=设计高水位+超高值 =55.11+0.49 =55.60(m)2.4 码头设计底高程码头设计底高程等于设计低水位减去码头前沿设计水深，根据本章第2.2条计算可知 ，码头前沿设计水深Dm =2.1(m)。所以，码头设计低高程=设计低水位码头前沿水深=47.172.1 =45.07(m)2.5 泊位长度及码头长度1、泊位长度计算 本设计方案为独立布置的单个泊位，根据文献1可知，码头泊位长度应能使设计船舶完成系缆、装卸、安全靠泊等工作计算，其长度计算公式如下：式中 泊位长度(m); 设计船型长度(m);若设计船型多于一种，取最大设计船型的船长； 泊位富裕长度(m)。根据文献1可知，普通泊位富裕长度可按表2.2选取 表2.2 普通泊位的富裕长度 (m)设计船型长度L(m)408585150150富裕长度d(m)直立式码头581012151820斜坡式码头或浮式码头891516252635注：两相邻泊位设计船型不相同时，d应按最大设计船型选取本设计方案为直立式码头，设计船型的船宽为9m，d值应取5m。代入数据计算，得 (m)2、码头长度计算直立式顺岸码头泊位相应的码头长度应根据装卸作业要求、码头吞吐量、相应的地理环境、设计船型来计算，并应符合文献1的规定，如表2.3。表2.3 直立式顺岸码头泊位相应的码头长度表 (m) 泊位码头长度Lm内河驳江海轮单个泊位连续布置多个泊位端部泊位中间泊位 注1：L为设计船型长度(m)；d为泊位富裕长度(m),相邻泊位船型不同时，d值应取较大船型船长2：有特殊要求时，单个泊位或端部泊位的码头长度可适当将加长 本设计方案为单个泊位，设计船长L=9(m)，则码头长度计算如下：式中 Lm码头长度(m)； L设计船型的船长(m)，若设计船型多于一种，则取最大设计船型的长度。代入数据计算，得(m)由于该码头后方需要较大的陆域面积，因此码头长度要适当加长，考虑到自然岸线的长度，以及当地的经济发展情况，取码头长度为35m，即(m)。2.6 变形缝的设置 根据文献文献2定知，重力式码头墙身沿码头长度方向需设置变形缝，缝宽2050mm，做成上下垂直通缝，变形缝间距可取1030m。 本设计方案中，码头长度为35m，需设置一条变形缝，变形缝缝宽取20mm，变形缝距码头上端部20m，距下端部15m，用沥青木板等弹性材料填充。2.7 码头其他附属设施设计2.7.1 系船柱的布置系船柱应根据设计船型、码头结构形式、码头使用功能、码头的总平面布置、当地自然条件，如风、浪、流等综合考虑进行选型和布置。系船柱应能使船舶完全泊稳，以便于完成装卸作业或者上下旅客等。系船柱不能影响船舶的正常生产作业。据文献3可知，系船柱分为普通系船柱和风暴系船柱，普通系船柱为满足船舶系泊作业需要可参照表2.4。表2.4 普通系船柱间距 (m)船舶总长100150系船柱间距202530本方案的设计船型载重吨为500t,根据文献5可查得，系缆力标准值N=50(kN)。据文献3可知，系缆力标准值为50kN的系船柱可选单挡檐型和羊角型。经过最终分析，选取脖高200mm、帽高90mm，檐宽326mm的单挡檐型系船柱。沿码头长度方向间隔20m一共布置2个。据文献3可知系船柱中心线距码头前沿线的距离宜取501200mm。本方案中系船柱中心线离码头前沿线长度取500mm。2.7.2 护舷的布置(1) 重力式实心方块码头据经验，国内已建码头护舷间距大都取520m，本方案选取CY 600L的圆筒形橡胶护舷，眼码头长度方向7m等间距布置，沿码头高度方向布置3层，每层间距3m。(2) 钢板桩码头钢板桩码头护舷的固定必须依托于板桩墙以上的钢筋混凝土胸墙，选取多层布置轮胎护舷，采用多轮胎锚链悬挂法进行固定。据文献3可知，500t的船舶可用9.00-20型填料轮胎。由于爬梯的存在，护舷间距只能适当减少，沿码头长度方向，护舷间距取4m，沿码头高度方向，护舷中心线间距取1.5m。2.7.3 爬梯的设计本方案是工作船码头，为满足人员的上下的使用功能，必须设置爬梯。爬梯的设置不能影响船舶的装卸作业、安全靠离和码头的耐久性，爬梯的设置还应能使人员安全、舒适地上下码头作业。由文献12可知，工作船码头为满足工作人员上下船工作，爬梯下端不宜高于设计低水位0.6m，宽度不小于60cm，阶梯间距一般为2030cm。(1) 重力式实心方块码头本方案中扶梯的坡度为2:3，宽度为1.0m，阶梯间距取30cm。爬梯底部高程为47.6m，在距码头顶面高4m的地方设置一个2.0m的中间平台，在爬梯的最底端设置一个2.0m的平台。(2) 钢板桩码头钢板桩码头的爬梯宽度为1.0m，坡度取2：3,整个爬梯的高度为8m，爬梯底部距计低水位0.43m，胸墙底面高程处设有1.7m的平台，爬梯底部平台为2.0m。2.8 本章小结本章主要讲述码头的平面布置，包括码头长度与泊位长度的确定、码头顶面高程和底高程的计算、码头前停泊水域的布置以及码头附属设施的设计。设计过程中，考虑到了两种方案的各自的结构特点，分开进行设计，使整个设计更加合理，完善。第3章 实心方块码头结构计算第3章 实心方块码头结构计算3.1码头断面设计图3.1 实心方块码头断面图图中：高程单位为m，尺寸单位为mm方块码头按断面形式一般可分为卸荷板式、阶梯式和衡重式三种。其中阶梯式码头在20世纪初期应用较多，在中后期逐渐被卸荷板式和衡重式所取代，现在已基本不再采用。衡重式和卸荷板式两者的优点在于都能减小墙后土压力，使码头的重心靠后，这样可以增强码头的稳定性。衡重式从最初的底层方块后踵削角演变到现在已经出现了很多断面形式，其中对减小墙后土压力效果最好的是倒梯形，也应用最广泛。但单纯的衡重式结构在设计施工时，要解决构件的后倾稳定性较为麻烦，常常为设计施工带来麻烦，因此我国很少采用这种形式。卸荷板式方块码头由于卸荷板的存在，减少了墙后填料产生的主动土压力，也使地基受力比较均匀，减少了地基的不均匀沉降，从而使码头断面和底宽大大减小，节省了工程量和工程费用。对于横断面较小的码头，有时候可以一层只要一块方块，这样不但大幅度降低了施工难度和施工时间，还提高了码头的整体稳定性。本设计方案为单个泊位的工作船码头，码头岸线短、高度小、地基条件较好，当地还有混凝土预制场，可预制各种形式和尺寸大小的方块构件。实心方块结构是方块码头里面耐久性最好、最容易施工维修的结构形式。综前所述，本方案最终选定为卸荷板式实心方块结构。码头设计顶面高程如前2.3所述为55.60m，设计底高程为45.07m，码头总高度10.53m。胸墙和卸荷板用混凝土现浇成整体，总高度为4m，胸墙采用阶梯式，顶宽1.0m，卸荷板厚1.0m，沿码头断面方向长5.0m。实心方块共分三层，底层采用钢筋混土结构，并设置前趾，高度为2.53m，总宽3.5m。上面两层方块采用素混凝土预制，宽度都为3.0m，高度都为2.0m。根据文献2可知，在高程为55.0处设置0.6m厚的碎石倒虑层，坡度采用1:1.5其下面接0.5m厚的二片石，坡度为1:1。倒虑层上方回填料选择粗砂，下方用块石回填。根据文献2可知，本方案地基为非岩石地基，需设置抛石基床，采用暗基床形式，两侧坡度均为1:2，基床厚度取2.0m。码头断面图如上图3.1所示。3.2 作用力的计算及分类3.2.1 结构自重（永久作用）1 设计高水位情况：(1) 结构自重计算如下表3.1表3.1 结构自重计算结果 (m) 层号第一层第二层第三层第四层第五层Gi93.52178.7484.084.0118.62本层以上Gi93.52272.26356.26440.26558.52(2) 力臂计算如下表3.2表3.2 力臂计算结果 (kN)diG1G2G3G4G5第一层0.68第二层0.682.48第三层0.682.481.5第四层0.682.481.51.5第五层1.182.952.02.01.62注：di为重心距计算面前趾的距离(3) 稳定力矩：MGi=Gidi，计算结果见下表3.3表3.3 稳定力矩计算结果 (kN)层号G1G2G3G4G5第一层63.5963.59第二层63.59443.28506.87第三层63.59443.28126632.87第四层63.59443.28126126758.87第五层110.35532.65168168191.481170.482 设计低水位情况：(1) 结构自重计算如下表3.4。 表3.4 结构自重计算结果 (m) 层号第一层第二层第三层第四层第五层Gi128278.4138138131.83本层以上Gi128406.4544.4682.4814.24(2) 力臂计算如下表3.5 表3.5 力臂计算结果 (kN)diG1G2G3G4G5第一层0.74第二层0.742.37第三层0.742.371.5第四层0.742.371.51.5第五层1.242.872.02.01.54注：di为重心距计算面前趾的距离(3) 稳定力矩：MGi=Gidi，计算结果见下表3.6。表3.6 稳定力矩计算结果 (kNm)层号G1G2G3G4G5第一层94.7294.72第二层94.72659.81754.53第三层94.72659.81207961.53第四层94.72659.812072071168.53第五层158.72804.58276276203.021718.323.2.2 墙后回填料产生的主动土压力(永久作用)卸荷板与胸墙近似L型，据文献2可知，墙身为L型墙踵垂直面或墙后回填料各计算垂面主动土压力系数可按下式计算： (3-1)式中 填料的主动土压力系数； 填料的内摩擦标准值()。 墙后回填料分为粗砂和块石，卸荷板以上墙背主动土压力系数计算需分层计算。回填料为粗砂时，将数据代入式 (3-1)可得，=0.271。回填料为块石时，将数据代入式 (3-1)可得，=0.172。对于卸荷板以下的墙体，根据文献2可知：=15.根据其附录C可查得，=0.160。根据文献2可知，当地面为水平时，在铅垂墙背或计算垂面上按下列公式计算土压力强度：永久作用部分 (3-2)可变作用部分 (3-3)式中 永久作用部分第n层填料底层土压力强度(kPa)；第i层填料的重度标准值(kN/m3)；hi填料的厚度标准值(m)；第n层主动土压力系数；墙背与水平面的夹角(kPa)；可变作用部分第n层填料底层土压力强度(kPa)；地面荷载系数。1 设计高水位情况(1) 土压力强度计算根据上式(3-2)有： e0=0e1= 0.4918.00.271=2.39(kPa)e2=(0.4918.00.519.5)0.271=3.70(kPa)e3=(0.4918.00.519.5310.0)0.172=7.51(kPa)e3=0e4=2100.160=3.2(kPa)e5=(13.665310.04.82810) 0.16=14.71(kPa)e6=(13.665310.04.828101.70210) 0.16=17.44(kPa)墙后填料产生的主动土压力如图3.2所示：(2) 土压力合力Ei (以单宽m算) 计算结果见表3.7。 表37土压力计算结果 (kN)层号第一层第二层第三层第四层第五层Ei10.286.653.215.2637.32EHi=Eicos10.286.653.0914.7436.05EVi=Eisin000.833.959.66本层以上EHi10.2816.9320.0234.7670.81本层以上EVi000.834.8114.47注：第一、二层在卸荷板以上，取0，第三、四、五层在卸荷板以下，取，即15(3) 水平力EHi作用力臂di计算结果如下表3.8所示。表3.8 水平力EHi力臂di计算结果 (m)diEH1EH2EH3EH4EH5第一层1.17第二层2.170.53第三层4.172.530.67第四层6.174.532.671.28第五层8.707.065.203.811.19(4) 水平力EHi作用产生的倾覆力矩，计算结果如下表3.9所示。表3.9 水平力倾覆力矩计算结果 (kNm)MEHiEH1EH2EH3EH4EH5第一层12.0412.04第二层22.313.5225.83第三层42.8716.822.0761.76第四层63.4330.128.2518.87120.67第五层89.4446.9516.0756.1542.90251.51(5) 垂直力Evi作用力臂Li计算结果如下表3.10所示。 表3.10 垂直力Evi作用力臂Li计算结果 (m)LiEH1EH2EH3EH4EH5第一层第二层第三层3.0第四层3.03.0第五层3.53.53.5(6) 水平力EVi作用产生的稳定力矩，计算结果如下表3.11所示。 表3.11 水平力稳定力矩计算结果 (kNm)EV1EV2EV3EV4EV5第一层第二层第三层6.786.78第四层6.782.4918.63第五层7.912.9133.8144.63图3.2 墙后回填料产生的主动土压力图2设计低水位情况：(1)土压力强度计算：据式(3-2)得： e0=0e1= 1.018.00.271=4.88(kPa)e1=1.018.00.172=3.10(kPa)e2=(1.018.0317.0)0.172=11.86(kPa)e2=0e3= 217.00.16=5.44(kPa)e4=(1.018.0317.0)0.8564.4817 0.16=21.67(kPa)e5=(1.018.0317.04.48170.39810) 0.16=23.86(kPa)e6=(149.141.70210)0.16=26.59(kPa)墙后填料产生的主动土压力如图3.2所示：(2) 土压力合力Ei (以单宽m算) 计算见表3.12。土压力合力Ei 表3.12 土压力计算结果 (kN)层号第一层第二层第三层第四层第五层Ei14.4810.415.4424.2460.69EHi=Eicos14.4810.415.2623.4158.62EVi=Eisin001.416.2715.71本层以上EHi14.4824.8930.1553.56112.18本层以上EVi001.417.6824.8注：第一、二层在卸荷板以上，取0，第三、四、五层在卸荷板以下，取，即15(3) 水平力EHi作用力臂di计算结果如下表3.13所示。表3.13 水平力EHi力臂di计算结果 (m)diEH1EH2EH3EH4EH5第一层1.09第二层3.090.48第三层5.092.480.67第四层7.094.482.670.66第五层9.627.015.203.191.25(4) 水平力EHi作用产生的倾覆力矩，计算结果如下表3.14所示。 表3.14 水平力倾覆力矩计算结果 (kNm)MEHiEH1EH2EH3EH4EH5第一层15.7815.78第二层44.745.049.74第三层73.7025.823.52103.04第四层102.6646.6414.0415.45178.79第五层139.3072.9727.3574.6873.28387.58(5) 垂直力Evi作用力臂Li计算结果如下表3.15所示。 表3.15垂直力Evi作用力臂Li计算结果 (m)LiEH1EH2EH3EH4EH5第一层第二层第三层3.0第四层3.03.0第五层3.53.53.5(6) 竖向力EVi作用产生的稳定力矩，计算结果如下表3.16所示。 表3.16 竖向力稳定力矩计算结果 (kNm)EV1EV2EV3EV4EV5第一层第二层第三层4.236.78第四层4.2318.8118.63第五层4.9421.9554.9981.883.2.3码头面堆货荷载产生的主动土压力（可变作用）1码头前沿堆货荷载产生的主动土压力由前1.2节设计资料可知码头前沿堆货荷载标准值取20kPa/m，土压力系数计算同前3.2.2，由于土压力系数计算只和填料的材料性质有关，因此，计算结果也同前3.2.2回填料为粗砂时，将数据代入式 (3-1)可得，=0.271。回填料为块石时，将数据代入式 (