港航某港区1万吨级沉箱码头设计毕业论文.doc

毕业生毕业设计 题目 董家口港区1万吨级沉箱码头设计 摘 要 港口设计是港口工程中最基本 最重要的环节之一 优秀 的设计方案 不仅能提供安全 经济 实用的建筑结构 同时 还能够在设计思想和设计理念上展现出创新精神 在港口设计 过程中 设计方法 设计计算和设计方案的研究和确定是港口 设计的各种规范和工程经验的实现和提升 因此 港口设计过 程的研究 实习具有一定理论意义和重要的工程实践价值 本文通过对董家口港区自然环境的分析和拟建港区地形 地质 水文 气象 海况的资料统计 确定了拟建港区的平面 布置形式 给出了泊位的数量和平面尺寸 设计了码头装卸工 艺和后方堆场的位置 提出了建设重力式沉箱式码头的设计方 案 在拟建港区的水域范围内 按照码头前沿港池水深 设计 了码头前沿的回旋水域半径和航道的宽度和深度 计算出拟建 港区在各种水位下的码头自重 岸壁式沉箱码头墙后回填土的 土压力强度和码头上各种堆货产生的荷载 推算出在各种水位 下的波浪力条件 并进行抗倾 抗滑及基床稳定性验算 初步 完成了董家口港沉箱码头设计报告书 给出了较完整的设计图 纸和设计资料 本文提供的设计成果符合港口设计规范 提供的设计图纸 和设计资料较详实 完整 对董家口港建设和施工具有指导意 义 关键词 港口设计 重力式码头 董家口港 沉箱 Abstract Port design is the most basic and important aspects in Port Engineering Good design not only to provide security economic practical building structure but also be able to design and design concept to show spirit of innovation Port design process design methods design calculation and design of the study and determine the various port design specification and project implementation and upgrade experience Therefore the design process of the port has a certain theoretical and practical importance of the engineering practice Based on the analysis of the natural environment in Hong Kong and Penglai port proposed topography geology hydrology meteorology sea state statistics to determine the layout of the proposed port form given the number of berths and plane size design Terminal handling technology and the location of the rear yard Proposed construction of the design of gravity quay in the context of the proposed port waters in accordance with the terminal front basin water depth cutting edge design of the terminal swing radius and channel waters of the breadth and depth to calculate the proposed port at all kinds of water under the pier weight Quay Terminal type caisson wall backfill soil pressure intensity and the dock loads generated by various heap goods projected water levels in a variety of conditions under the wave forces and conduct anti dumping anti slide and sub grade stability computations the preliminary design completed Penglai Port report and gives a complete design drawings and design data This article provides results consistent with the design of the port design provide detailed design drawings and design data integrity building and construction of Penglai Port of guiding significance Penglai Port graduation design projects through the practicing consolidate the port channel and the basics of coastal engineering accumulated ports terminals and paths of design experience to go to work in the port channel and coastal engineering design and research laid a solid basis Key words Port Design Terminal Gravity DongJiaKou Port Quay Caisson 目目 录录 原 创 声 明 II 摘 要 II 目 录 I 前 言 1 第 1 章 设计背景 2 1 1 工程概述 2 1 2 设计原则 2 1 3 设计依据 2 1 4 设计任务 3 第 2 章 设计资料 4 2 1 地形条件 4 2 2 气象条件 4 2 3 水文条件 7 2 4 泥沙条件 14 2 5 地质条件 15 2 6 地震条件 16 2 7 荷载条件 16 2 8 施工条件 16 第 3 章 设计成果 16 3 1 总体设计成果 16 3 2 结构方案成果 17 3 3 施工图设计成果 17 3 4 关键性技术要求 17 3 5 设计成果评价 17 第 4 章 总平面设计 18 4 1 工程规模 18 4 2 布置原则 18 4 3 设计船型 18 4 4 作业条件 18 4 5 总体尺度 19 4 5 1 码头泊位长度 19 4 5 2 码头顶高程 19 4 5 3 码头前沿高程 19 4 5 4 码头前沿停泊水域尺度 20 4 5 5 码头前船舶回旋水域尺度 20 4 5 6 陆域设计高程 20 4 6 库场面积确定 20 4 6 1 件杂货 散货的仓库或堆场面积 20 4 6 2 辅助设施 20 4 6 3 平面布置 21 4 6 4 码头前沿作业地带 21 4 6 5 货物堆存及运输区 21 第 5 章 结构选型 22 5 1 结构型式 22 5 2 构造尺度 22 5 2 1 沉箱外形尺寸 22 5 2 2 箱内隔墙设置 22 5 2 3 沉箱构件尺寸 22 5 2 4 胸墙尺寸 24 5 2 5 基床尺寸 24 5 2 6 地基处理 24 5 3 施工方法 25 5 3 1 基槽挖泥 25 5 3 2 基床抛石 25 5 3 3 基床密实 25 5 3 4 基床的整平 25 5 3 5 沉箱的制造 25 5 3 6 沉箱的移动和下水 26 5 3 7 沉箱的浮运 26 5 3 8 沉箱的沉放和填充 26 5 3 9 回填土的施工 26 5 3 10 胸墙的施工 26 5 4 作用分析 26 5 4 1 材料重度标准表 26 5 4 2 结构自重力 27 5 4 3 土压力 29 5 4 4 船舶作用力 36 5 4 5 波浪力 37 5 4 6 贮仓压力 46 5 4 7 施工期沉箱沉放时面板所受水压力计算 48 5 4 8 地震荷载 49 5 4 9 码头荷载汇总 54 第六章 结构计算 56 6 1 作用效应组合 56 6 2 抗滑稳定性验算 56 6 3 抗倾稳定性验算 58 6 4 基床承载力验算 59 6 5 地基承载力验算 61 第七章 构件设计 62 7 1 内力计算 63 7 2 配筋计算及抗裂验算 74 7 3 沉箱浮游稳定验算 83 第八章 码头附属结构 86 8 1 橡胶护舷 86 8 2 系船柱 86 8 3 护轮坎 87 结 论 88 致 谢 89 参考文献 90 设计进度计划表 92 前 言 毕业设计是大学本科教育培养目标实现的重要阶段 是毕业前的综合学习阶段 是深化 拓宽 综合教和学的重要过程 是对大学期间所学专业知识的全面总结 本组毕业设计题目为 董家口港区 1 万吨级沉箱式码头设计 在毕业设计前 期 我温习了 土质与土力学 工程水文学 结构力学 钢筋混凝土 建筑结构抗震设计 等知识 并查阅了 结构抗震规范 混凝土规范 荷载规范 海港总平面设计规范 等规范 在毕业设计中期 我们通过所学的基本理论 专业知识和基本技能进行建筑 结构设计 本组全体成员齐心协力 互助合作 发挥了积极合作的团队精神 在毕 业设计后期 主要进行设计手稿的电子排版整理 并得到老师的审批和指正 使我 圆满地完成了设计任务 在此我表示衷心的感谢 毕业设计的两个月里 在指导老师的帮助下 经过资料查阅 设计计算 论文 撰写以及外文的翻译 使我加深了对新规范 规程 手册等相关内容的理解 巩固 了专业知识 提高了综合分析 解决问题的能力 在绘图时熟练掌握了各种建筑制 图软件 以及多种结构设计软件 以上所有这些从不同方面达到了毕业设计的目的 与要求 框架结构设计的计算工作量很大 在计算过程中以手算为主 辅以一些计算软件的 校正 由于自己水平有限 难免有不妥和疏漏之处 敬请各位老师批评指正 第第 1 1 章章 设计背景设计背景 1 1 工程概述 董家口港区地处山东半岛港口群中心 青岛市海岸线最南端 港区三面环海 近岸水深平均 15 米 距岸 1000 米水深可达 20 米 常年不冻不淤 经济腹地总面 积达 83 万平方公里 董家口港区总体规划 于 2009 年 3 月 1 日获得部 省联合批准 确立了 一 枢纽两中心 国家枢纽港 国家重要的能源储运中心和大宗干散货集散中心 功能 定位 港区规划总面积约 70 平方公里 码头总岸线长度约 35 7 公里 泊位数 112 个 设计总吞吐能力达 3 7 亿吨 其中规划了 3 个超大型矿石泊位和 2 个超大型油 品泊位 将填补我国超大型船舶接泊能力空白 推进港区向全球运输效率最高和运 输成本最低目标迈进 本工程拟在董家口港区建设一个 1 万吨级泊位的多用途沉箱式码头 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 码头结构安全等级为 级 结构重要性系数 0 1 0 本工程位于青岛董家口 港区 拟建一个 1 万吨级泊位的多用途沉箱式码头 码头前沿水深为 11 0 米 码 头顶面高程为 6 91 米 设计船型总长 150m 型宽 20m 型深 11 8m 满载吃水 8 5m 拟建码头处地基为强风化岩 承载能力设计值为 500kPa 设计高水位 4 71m 设计低水位 0 67m 极端高水位 5 91m 极端低水位 0 45m 表 1 1 码头前沿 五十年一遇 波浪要素表 Terminal quay waves elements form per50 极端高水位设计高水位设计低水位水位 波向 波 要素 H1 H13 TH1 H13 TH1 H13 T SSE 4 833 818 64 523 448 64 453 18 6 SE 4 73 36 54 453 36 54 353 36 5 注 H m s T 表 1 2 码头前沿 十年一遇 波浪要素表 Terminal quay waves elements form per10 极端高水位设计高水位设计低水位水位 波向 波 要素 H1 H13 TH1 H13 TH1 H13 T SSE4 343 027 54 282 987 54 262 987 5 SE3 002 056 52 962 026 52 771 886 5 注 H m s T 水流设计流速 0 9m s 流向与船舶纵轴接近平行 计算风速取 22m s 按照码 头前船舶作业标准 根据当地实测风 雨 雾 雷暴 波浪等影响因素的资料统计 并扣除各因素相互重叠的影响天数后 船舶作业天数为 335 天 根据 建筑抗震设 计规范 GB50011 2001 本区域地震基本烈度为 7 度 设计基本地震加速度为 0 1g 依据规范 重力式码头设计与施工规范 JTS167 2009 海港水文规范 JTJ 213 98 海港总平面设计规范 JTJ211 99 港口工程荷载规范 JTJ215 98 港口工程地基规范 JTS147 2010 等等 1 4 设计任务 本工程拟在董家口港区建设一个 1 万吨级的多功能沉箱码头 结构安全等级为 级 结构重要性系数 1 0 0 第 2 章 设计资料 2 1 地形条件 本工程位于青岛港董家口港区 位于青岛市南翼的胶南市辖区 琅琊台湾 靠 近青岛市与日照市分界处 行政区划于泊里镇 地理坐标为 119 47 16 3 E 35 35 48 6 N 拟建码头处地基为强风化岩层 承载能力设计值 为 500kPa 本区域地震基本烈度为 7 度 2 2 气象条件 气象要素中气温 降水 雾 相对湿度的资料来源 中国海湾志 第四 分册 中第九章琅琊湾气象与气候一节 资料年限为 1963 1980 年 2 2 1 气温 年平均气温 12 2 C 平均最高气温 15 7 C 平均最低气温 10 1 C 极端最高气温 37 4 C 极端最低气温 16 2 C 本地区 1 月份平均气温 1 7 比胶南市高 0 5 8 月份平均气温 25 6 气温年较差 27 3 日最高气温 30 0 的日数平均 16 5d 出现于 5 月下旬至 9 月上旬 7 8 两月出现日数分别为 5 5d 和 8 5d 日最低气温 0 0 的日数年平均 98 7d 出现于 10 月下旬至翌年 4 月中旬 其中 1 月平均为 29 6d 2 月为 23 5d 12 月为 24 8d 5 0 的日数年平均 38 8d 出现于 11 月上旬至 3 月下旬 10 0 的日数年平均 6 6d 仅出现于冬季 3 个月 1 月出现日数最多 月平均 3 3d 2 2 2 降水 年平均降水量 794 9mm 年最大降水量 1458 3mm 年最少降水量 481 4mm 一日最大降水量 196 9mm 年降水多集中于 6 至 9 月份 占年降水量的 71 4 冬季降水量最少 季降 水量 34 7mm 仅占年降水量的 4 4 日降水量在 25 1 50m 的降水日数为 6 7d a 日降水量在 50 1 100mm 的降水日数为 2 8d a 2 2 3 风 北海预报中心技术人员于 2006 年 9 月 17 日正式确定了胶南董家口港区风观测 站 由该站近 10 个月资料可知 本区强风向为 ENE 向 最大风速 12 8m s 次强风 向为 NE 向 风速 11 8m s 常风向为 NW 向 频率 11 3 次常风向为 NNW 向 频率 8 8 详见风况统计表 2 2 1 和风玫瑰图 据调查历史上本区曾出现过 23m s 的大 风 20m s 以上的大风多由台风造成 表 1 4 胶南风况统计表 2006 年 9 月 2007 年 7 月 The wind TAB 方向最大风速 m s 平均风速 m s 频率 N7 92 276 16 NNE9 12 053 62 NE11 82 933 47 ENE12 83 377 93 E9 52 646 25 ESE5 91 883 97 SE5 51 773 00 SSE6 72 364 75 S9 42 525 81 SSW8 73 028 26 SW7 12 314 07 WSW4 91 682 52 W5 41 905 19 WNW11 32 586 78 NW10 72 9011 29 NNW8 72 698 75 C00 008 17 风风玫玫瑰瑰图图 0 2 4 6 8 10 12 14 N NNE NE ENE E ESE SE SSE S SSW SW WSW W WNW NW NNW 最大风速 平均风速 发生频率 无风向频率0 082 本海区东南面面向黄海 自东南向西北移动的台风对本区影响较大 台风是造 成本区特大风的主要原因 表 2 2 2 列出了 1956 1984 年影响山东每月出现台风的 次数和频率统计 近五十年来 对青岛地区造成损失较大的台风过程共七次 其中 1985 年 9 号台风直接从胶南登陆 瞬时最大风速为 35 0m s 20m s 以上风速达 5 小时之久 表 2 2 2 1956 1984 年影响山东每月出现台风的次数和频率统计 月 567891011 次 数 1216381613 频率 1321492114 8 级大风日数年平均为 16 1 d 最多年份 31 d 1966 年 是山东沿海大风 日数较少的海湾 本区全年中 冬半年大风日数较多 1 3 月各月平均大风日数多 于 2 0 d 6 月至 10 月大风日数较少 月平均在 0 2 0 8 d 7 8 两月大风日数最 少 月平均都是 0 2 d 2 2 4 雾 本区年平均雾日数 16 9d 最多年份 33d 1978 年 5 7 月雾日较多 月平均 在 2 6 2 9d 11 月至翌年 4 月 月平均在 0 9 1 9d 8 月至 10 月雾日较少 月 平均在 0 3 0 4d 2 2 5 灾害性天气 据调查历史上本区曾出现过 23m s 的大风 20m s 以上的大风多由台风和冬季 寒潮造成 本海区东南面向黄海 自东南向西北移动的台风对本区影响较大 台风 是造成本区特大风的主要原因 近五十年来 对青岛地区造成损失较大的台风过程 共七次 其中 1985 年 9 号台风直接从胶南登陆 瞬时最大风速为 35 0m s 20m s 以上风速达 5 小时之久 8 级大风日数年平均为 16 1d 最多年份 31d 1966 年 是山东沿海大风日 数较少的海湾 本区全年中 冬季大风日数较多 1 3 月各月平均大风日数多于 2 0d 6 月至 10 月大风日数较少 月平均在 0 2 0 8d 7 8 两月大风日数最少 月平均都是 0 2d 2 3 水文条件 2 3 1 潮位 国家海洋局北海预报中心在董家口设立潮汐观测站位于琅琊台湾内 验潮点位 置为 35 37 18 N 119 47 15 E 1 潮汐本海区潮汐类型判别系数为 0 4 属正规半日潮 2 基准面关系 国家海洋局北海预报中心在董家口设立潮汐观测站位于琅琊台湾内 验潮点位 置为 35 37 18 N 119 47 15 E 3 潮位特征值 以下数据以董家口理论最低潮面起算 下同 最高高潮位 5 19m 最低低潮位 0 15m 平均高潮位 4 27m 平均低潮位 1 46m 最大潮差 4 79m 平均潮差 2 94m 平均海平面 2 83m 4 设计水位 设计高水位 4 57m 设计低水位 0 70m 极端高水位 5 77m 极端低水位 0 41m 水准点 平均海平面 85 黄海基面 理论最低潮面 水尺零点 0 185m 2 735m 0 016m 13 432m 5 乘潮水位 根据国家海洋局第一海洋研究所 2006 年 3 月编写的 董家口港区水文泥沙调查 研究报告 中 乘潮水位 的相关计算 再结合与本港区相邻的青岛港小麦岛的潮 位资料进行综合分析 计算 得出以下董家口港区航道乘高潮频率统计表 表 2 3 1 1 董家口港区航道乘高潮频率统计表 单位 m DongJiaKou Port Channel by high frequency statistics 保证率 乘潮历时 5060708090 1h3 843 753 653 563 46 1 5 h3 803 703 603 503 40 2h3 743 653 553 463 36 2 3 2 海流 现状流况 为了解工程区潮流状况 国家海洋局第一海洋研究所对附近四个海流观测站进 行了大 小潮两次周日连续同步海流观测 观测站位置图 2 3 2 1 所示 观测时间 为 大潮 2005 年 6 月 22 日 15 点至 23 日 16 点 小潮 2005 年 6 月 16 日 14 点至 17 日 15 点 两次观测期间天气条件较理想 海况为 3 至 4 级 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 119 74119 76119 78119 8119 82119 84119 86 35 56 35 58 35 6 35 62 图图 2 3 2 1 实测潮流观测站位置示意图实测潮流观测站位置示意图 各站的潮型系数中 潮流类型判别数 WO1 WK1 WM2 最大为 0 30 均小于 0 5 故观测海域潮流性质为规则半日潮流 H1 站 H2 站和 H3 站实测海流主流向为 偏 ENE WSW 向 H4 站实测海流主流向为偏 NW SE 向 大潮期 H1 站 H2 站和 H3 站 涨潮流流向为偏 WSW 向 落潮流向为偏 ENE 向 H4 站涨潮流流向为偏 NW 向 落潮 流流向为偏 SE 向 小潮期各站海流主流向与大潮期基本一致 H1 站位于琅玡台湾湾外 董家咀以南 所处海域广阔 水深较深 受突出岬角 影响 该区域海流流速较大 最大流速为 99cm s H3 站位于湾外的主流道上 该站 水深较深 海流较大 最大流速为 98cm s H2 站位于工程海区 海图 5m 等深线附 近 该处地形变化复杂 受地形影响 流速不大 最大流速为 66cm s H4 站位于湾 内 水深较浅 流速较小 大潮期 涨潮流最大流速为 99cm s 落潮流最大流速为 79cm s 小潮期 涨潮流最大流速为 63cm s 落潮流最大流速为 59cm s H1 站 H2 站和 H3 在两次观测中 涨潮流的最大流速均大于落潮流 H4 站 大潮期 涨 潮流向最大流速大于落潮流向 小潮期 涨 落潮流的最大流速相差不大 H1 站 H2 站和 H3 站的椭圆率 K 值在 0 0 15 之间 潮流的运动形式为往复流 H4 站各层 的 K 值均大于 0 5 潮流的运动形式为旋转流 潮流的旋转方向 各站垂向上的变 化一致 其中 H1 站 H2 站和 H3 站各层旋转方向为逆时针 H4 站各层的旋转方向 为顺时针 大潮期平均余流流速为 6 9cm s 最大余流流速为 16 3cm s 流向为 75 小潮期平均余流流速为 9 7cm s 最大余流流速为 15 1cm s 流向为 267 各 站平面上 大潮期 位于董家咀外的 H1 站 H3 站余流较大 H2 站次之 位于琅 玡台湾内的 H4 站最小 小潮期 H1 站 H2 站和 H3 站的余流流速较大 H4 站最 小 大 小潮期上 H1 站 H2 站和 H4 站小潮期余流大于大潮期 H3 站则相反 大潮期的余流较大 H1 站 H2 站和 H3 站大潮期余流流向与落潮流主流向基本一 致 为偏 NE 向 小潮期余流流向与涨潮流主流向基本一致 为偏 SW 向 H4 站 大潮期余流流向为 SW 向 小潮期余流流向为 NW 向 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 119 74119 76119 78119 8119 82119 84119 86 35 56 35 58 35 6 35 62 图图 2 3 2 2 大潮期各站垂线平均海流矢量图大潮期各站垂线平均海流矢量图 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 口 119 74119 76119 78119 8119 82119 84119 86 35 56 35 58 35 6 35 62 图图 2 3 2 3 小潮期各站垂线平均海流矢量图小潮期各站垂线平均海流矢量图 潮流最大可能流速 按规则半日潮流海区的公式计算 计算结果列入表 2 3 2 1 测区潮流最大可能 流速在 15 8 124 8 cm s 之间 表 2 3 2 1 各测站可能最大流速分析 All stations may maximum velocity analysis 可能最大流速 项 目 站位号及层次流速 cm s 方向 表层 124 8263 0 6H111 4260H1 底层 92 3259 表层 90 4239 0 6H72 2239H2 底层 59 7237 表层 110 9253 0 6H92 9253H3 底层 79 8251 表层 21 6319 0 6H19 3304H4 底层 15 8301 余流 表 2 3 2 2 大 小潮期各测站各层次余流数值流速 cm s 流向 Big small tide of the stations all levels of the residual current numerical flow rate 大潮期余流小潮期余流 项 目 站位号及层次流速 cm s 方向 流速 cm s 方向 表层 12 07715 1267 0 6H11 87113 9263H1 底层 9 16311 5260 表层 3 54714 8240 0 6H2 35912 0240H2 底层 1 7539 6240 表层 16 37510 0251 0 6H12 46910 1256H3 底层 9 2659 8255 表层 2 02183 4315 0 6H1 62073 2302H4 底层 1 32092 5303 余流流速 本次观测海域余流流速不大 大潮期平均余流流速为 6 9cm s 最 大余流流速为 16 3cm s 流向为 75 小潮期平均余流流速为 9 7cm s 最大余流流 速为 15 1cm s 流向为 267 余流流向 H1 站 H2 站和 H3 站大潮期余流流向与 落潮流主流向基本一致 为偏 NE 向 小潮期余流流向与涨潮流主流向基本一致 为偏 SW 向 H4 站 大潮期余流流向为 SW 向 小潮期余流流向为 NW 向 垂线 上 各层流向基本一致 2 3 3 波浪 1 资料概况 资料来源及引用情况 北海预报中心技术人员于 2006 年 9 月 17 日正式确定了 胶南董家口港区风 浪 潮设备安装地点 胶南董家口港区风 浪 潮观测站值班 室位于董家口半岛南部 高度约 15m 光学测波仪和风向风速传感器安装在此 观 测站东面临海 周围没有高大建筑物 地理坐标为 35 36 303 N 119 46 784 E 此次海浪观测报表目前完成 10 个月的白天观测数据 在海上能 见度较差时和晚 夜间的波浪观测数据仅有波高和对应的平均周期 2 波浪概况 根据 2006 年 9 月 2007 年 7 月的波浪实测报表记录统计 统计其有效数据得 波 向分布率最高的是 ESE SSE 向 占全部有效观测数据的 55 24 左右 其中多为 SE 向 其频率占 25 64 属常浪向 实测最大波高值是 2 5m 对应波向是 ENE 对应 平均波周期是 5 2s 对应风向 324 度 即 NW 向 风速 3 2m s 出现在 2007 年 4 月 30 日 14 时 实测最长波周期是 11 8s 对应的最大波高是 1 4m 对应风向 303 度 即 WNW 向 风速 1 7m s 出现在 9 月 17 日 23 时 缺少对应波向和其它数据 详见 2006 年 9 月 2007 年 7 月波况统计表和波况玫瑰图 以上统计表明 本海区实测海浪是多以涌浪为主的风涌混合浪 因此 虽然常风向 是 ENE 但是常浪向仍然可以是 SE 码头拟建工程区 50 年一遇设计波要素 极端高水位 西防波堤形成 单位 m Terminal built 50 years once order wave factors of design SSESE 计算点 H1 H5 H13 Ts H1 H5 H13 Ts 13 382 792 368 63 242 652 216 5 20 770 640 548 60 540 440 366 5 30 600 490 428 60 390 320 266 5 40 900 750 638 60 590 490 406 5 51 150 950 808 60 740 600 506 5 62 081 721 458 61 150 940 796 5 72 562 111 798 61 621 331 106 5 82 432 011 708 63 022 472 056 5 92 301 901 608 63 032 482 066 5 103 973 282 788 63 272 672 236 5 114 924 063 448 63 312 712 266 5 125 454 503 818 63 332 732 276 5 拟建工程区 10 年一遇设计波要素 极端高水位 防波堤未形成 Plans to build order in a wave of 10 years design elements SSESE 计算点 H1 H5 H13 Ts H1 H5 H13 Ts 14 283 532 997 52 972 432 026 5 20 980 810 697 50 490 400 336 5 30 760 630 537 50 360 290 246 5 41 150 950 807 50 540 440 376 5 51 451 201 017 50 680 550 466 5 62 642 181 847 51 060 860 726 5 73 352 762 347 51 491 221 016 5 83 162 612 217 52 772 261 886 5 94 273 522 987 52 972 432 026 5 104 343 583 037 53 012 472 056 5 114 323 573 027 53 002 452 046 5 124 263 512 987 52 962 422 016 5 图 2 3 3 1 2006 年 9 月 2007 年 7 月波玫瑰图 设计波要素的推算 为推算本海区不同重现期的设计波要素 根据资料情况 对于 SE 向波 设计波 要素则是引用石臼港建港时采用的设计数据 对于 S 向浪 是采用后报方法求得本 海区 12m 等深线处的波要素 设计波向的确定 工程海区位于胶南琅琊湾的西侧 董家口岬角的东侧 该处海岸外 10m 等深线 呈东北 西南向 根据海岸走向及周边波浪观测资料 可以认为本区的强浪向以 SE 向为主 2 4 泥沙条件 本工程海域处于基岩岬湾岸段 在大地构造上处于新华夏第二隆起带次级构造 胶南隆起的东部 南黄海盆地的西部 出露的地层仅有元古界胶南群和第四系更新 统 全新统 出露的岩浆岩是元古代的酸性和中性岩体和中生代燕山运动的侵入岩 体 周边陆域主要是侵蚀剥蚀底丘和剥夷准平原 地表覆盖表层残积物 并分布有 水系和流水地貌 沟槽切开地表松散沉积层 床底基岩裸露 因被冲沟切割 陆域 地形不完整 地形支离破碎 流水侵蚀物质多随河流入海 内陆地形的剥蚀隆起使 港区附近缺常流水大河注入 只有数条近源季节性小河在湾顶入海 形成近海河谷 平原或滨海平原 在潮间带形成大片潮滩 向岬角区逐渐过渡为海蚀崖 港区北侧 琅琊台湾的湾顶已建拦海大坝 坝前形成新的潮滩 港区岸段属基岩海蚀崖岸段 本海区海底泥沙主要是细颗粒的粘土质粉砂 YT 水体悬沙含量小 平均为 13 4mg l 17 1mg l 泥沙来源主要是水体带来的细颗粒泥沙 波浪和潮流对底沙作 用较弱 只有在较大波浪和水流较大的时刻海底泥沙才有部分起动 泥沙主要运动 方式为悬沙输移和落淤 由于水体较清 悬沙输移率低 淤积程度较小 底床较为 稳定 实际情况表明 董家口港区全岸段岸线和岸坡稳定 基本上无泥沙淤积问题 2 5 地质条件 1 各岩土层分布特征 勘察结果表明 在钻探深度范围内 土层自上而下分布为 淤泥 1淤泥质 粉质粘土 2粉土 1粉质粘土 残积土 全风化花岗岩 1强风化花岗岩 2中 风化花岗岩 现描述如下 淤泥 灰色 流塑状 高塑性 土质不均匀 含少量粉细砂 局部夹少量碎贝壳 该层在施工区域存在较普遍 在 ZK3 ZK12 ZK18 ZK20 ZK26 ZK31 ZK33 ZK38 ZK42 ZK50 ZK55 ZK59 钻口有揭露 层厚 0 2 3 2 米 平均标贯击数 N 1 0 击 1淤泥质粉质粘土 灰色 流塑 软塑状 中上塑性 土质不均匀 夹有机质 粉土及砂粒 局部夹少量碎贝壳 该层分布不连续 在钻孔 ZK1 ZK2 ZK33 ZK36 和 ZK40 孔揭露 层厚 0 7 2 3 米平均标贯击数 N 1 0 击 上述第一大层的底高程起伏较大 约 2 55 至 15 96 米 2粉质粘土 灰色 稍密状 土质不均匀 混多量粘粒及粉土团 局部混多量 淤泥质土 该层分布不连续 仅在钻孔 ZK1 ZK3 和 ZK4 钻孔中揭露 分层厚度为 0 5m 1 7m 平均标贯击数 N 4 0 击 残积土 以黄褐色为主 局部夹杂色 岩芯呈硬塑粘土状 土质不均 该层在 ZK9 ZK34 ZK35 ZK37 ZK45 ZK47 ZK49 孔揭露 平均标贯击数 N 21 1 击 全风化花岗岩 以黄褐色 灰白色为主 原岩面风化影响严重 大部分矿物已风化 呈土或砂状 手掰易碎 遇水易软化崩解 该层在 ZK4 ZK8 ZK9 ZK26 ZK35 ZK37 ZK45 孔揭露 层厚 0 5 2 0 米 平均标贯击 数 N 40 6 击 1强风化花岗岩 黄褐色 灰黄色 残留原岩结构 主要矿物成分为石英 长 石及少量云母 较坚硬密实 风化后呈砾砂状 局部混有中风化岩块 岩芯手掰易 碎 遇水易崩解 母岩为花岗岩 该层分布连续 所有钻孔均有揭露 平均标贯击 数 N 50 0 击 该层出露顶高程为 2 8 19 46m 2中风化花岗岩 黄褐色 灰黄色 原岩结构清晰 主要成分为石英 长石 岩芯呈块状或短柱状 节理 裂隙发育 锤击声哑 该曾在 ZK1 ZK3 ZK7 ZK10 ZK33 ZK35 ZK36 ZK38 ZK44 ZK46 ZK48 ZK50 ZK59 钻孔揭露 中风化花岗岩 面高程变化较大 在 3 24 19 46m 间 2 结论与建议 1 淤泥和淤泥质粉质粘土厚度较小 呈流塑状 具有含水率高 孔隙比大 强 度低 压缩性高的特点 为本区软弱土层 建议对其进行处理 考虑到软土层的厚 度较小 可直接予以挖除 直至硬层 2 强 中风化花岗岩压缩性低 承载力高 是良好的持力层 建议采用重力式 结构 但岩面高差较大 必须对照地质剖面图分段确定持力层高程 3 对于高程高于设计水深的强 中化花岗岩必须采取爆破予以处理 位于港池 区的 ZK38 ZK41 钻孔 强 中风化花岗岩岩面高程为 5 7m 左右 其他一般在 10 米以下强风化岩遇水易软化 施工开挖至标高后应加快抛石垫层的铺设 2 6 地震条件 按 中国地震动参数区划图 GB18306 2001 及其使用规定 港区地震动峰值 加速度为 0 10g 地震动反应谱特征周期为 0 45s 对应的地震基本烈度为 度 2 7 荷载条件 码头面均布堆货荷载 30Kpa 门机荷载 轨距 16m 基距 16m 工作状态下前轨最大轮压 200kN 375kN 后 轨最大轮压 375kN 200kN 非工作状态下前轨最大轮压 77kN 后轨最大轮压 240kN 2 8 施工条件 施工所需的构件预制场 施工码头等可依托本港现有设施 本工程属港口扩建 具有良好的 三通一平 条件 本地区砂石料资源丰富 开采运输条件良好 各种规格的砂石料可就近采购 能满足本工程建设需要 第 3 章 设计成果 3 1 总体设计成果 本工程拟在青岛董家口港区建设 1 万吨级多功能沉箱式码头 根据给出的设计 依据 设计船型为根据设计任务书选取设计船型总长 150m 型宽 20m 型深 11 4m 满载吃水 9 0m 从而确定码头泊位长度为 180m 码头前沿高程为 6 00m 码 头前沿停泊水域尺度为 40m 码头前船舶回旋水域尺度为 300m 航道水深为 11 00m 航道宽度为 220m 因本工程为多功能码头 所以去后方堆货为散货 根据规范得出后方散货堆场 面积为 20100 并将库场分为 2 部分 每部分占 10100 2 m 2 m 3 2 结构方案成果 本码头因地基基础为承载能力较好的强风化岩层 承载能力设计值为 500kPa 因此选用重力式码头进行设计施工 本码头设计采用沉箱结构 和其他重力式结构 相比较有以下特点 优点方面 施工速度快 水下工程量少 结构整体性和抗震性 能好 缺点方面 需要钢材多 耐久性不如块体码头 需要专门的预制和水下设备 本设计通过对沉箱自重 墙后土压力 波浪力 贮仓压力等作用的计算 对沉箱码 头进行抗滑抗倾稳定性验算 地基承载能力验算等 3 3 施工图设计成果 本工程为重力式沉箱码头 通过计算沉箱在各种水位下的码头自重 沉箱码头 墙后回填土的土压力强度和码头上各种堆货产生的荷载 推算出在各种水位下的波 浪力条件 并进行抗倾 抗滑及基床稳定性验算 初步完成了董家口港区沉箱式码 头设计报告书 给出了较完整的设计图纸和设计资料 具体计算及图纸见计算书 3 4 关键性技术要求 本工程选用沉箱结构 因此沉箱的制作显得尤其重要 在沉箱的制作过程中不 仅要严格按照各重规范及沉箱尺寸进行制作 还要相应的对已完成的沉箱进行检验 务必使沉箱满足设计要求 沉箱的出运及沉放也是比较重要的步骤 3 5 设计成果评价 本工程通过对沉箱码头的设计与施工的计算 给出了一套严格 具体的计算方 法 并对施工的具体步骤做了一部分说明 通过此次设计 使我对沉箱式码头的设 计工作有了较深刻的认识 并对各种计算方法方式有了一定的了解 对自己在以后 的学习和工作有着很大的帮助 第 4 章 总平面设计 总平面设计主要包括工程规模确定 主要水工建筑物的总体尺度 生产作业工 艺设计 平面布置方案比选 不同的工程其具体的设计内容也不同 港口工程 水域布置及尺度 港外水域 如进港航道 港外锚地 港内水域 如港内航道 船舶转头水域 港内锚地 船舶 制动水域 船舶回旋水域 港池 码头前水域 导航助航标志 防波堤 码头布置 及尺度 码头水工建筑物 前方作业地带 仓库 堆场和连接通道 陆域布置及尺 度 仓储 集疏运 生产生活辅助设施等 装卸作业工艺设计 选择装卸作业机械 化系统 确定合理的工艺流程 配备装卸作业系统基本要素 如操作人员 库场以 及各种附属设施 等 航道整治工程 一般包括整治水位确定 整治线的布置 各 种整治建筑物的尺度及其布置等 渠化工程 一般包括渠化梯级的确定 各种过船 建筑物的主要尺度及其布置等 围垦与海塘工程 一般包括围垦方案的确定 围垦 后各部分的利用规划以及平面布置等 4 1 工程规模 本工程拟在青岛董家口港区建设一个 1 万吨级的多用途沉箱码头 4 2 布置原则 一 总平面布置应满足本区域岸线规划的要求 满足港口整体发展的需要 充分与已建工程和将来预留发展工程相协调 二 总平面布置与当地的自然条件相适应 结合岸线资源使用现状 远近结 合并留有发展余地 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 根据设计任务书选取设计船型总长 150m 型宽 20m 型深 11 4m 满载 吃水 9 0m 4 4 作业条件 施工所需的构件预制场 施工码头等可依托本港现有设施 本工程属港口扩建 具有良好的 三通一平 条件 本地区砂石料资源丰富 开采运输条件良好 各种 规格的砂石料可就近采购 能满足本工程建设需要 按照码头前船舶作业标准 根据当地实测风 雨 雾 雷暴 波浪等影响因素 的资料统计 并扣除各因素相互重叠的影响天数后 船舶作业天数为 335 天 4 5 总体尺度 4 5 1 码头泊位长度 根据设计委托书的要求 本工程拟在港区建设 1 万吨级码头 因此本报告将 10000DWT 散货船作为设计船型 本码头为有掩护水域的码头 所以其单个泊位长度可以由以下公式确定 4 1 dLLb2 式中 Lb 一个泊位的长度 m L 设计船长 m d 泊位间富裕长度 m 其中 富裕长度 d 根据船长的大小确定 本设计的设计船型有散货船和集装L 箱船 2 种 本阶段设计中设计船型尺度按现行 海港总平面设计规范 中设计船型 尺度选用 如表 4 1 表 4 1 设计船型主尺度表 设计船型总长 m 型宽 m 型深 m 满载吃水 m 100000DWT 散货船 1502011 49 0 取 150m c L 的数值有下表查表 4 2 确定 d 表 4 2 泊位间富裕长度取值表 m L230 m d5 8 1012 1518 2022 25 30 故取 d 15m 所以 得码头泊位长度为 150 2 15 180 m dLLb2 4 5 2 码头顶高程 本码头有防波堤掩护 按规范规定顶高程高于设计高水位 1 0 1 5 m 并且在 极端高水位时码头不被淹 所以取码头面高程 6 00 m 4 5 3 码头前沿高程 码头前沿设计水深 D 按下式确定 D T Z Z Z Z 4 1 1234 式中 T 为设计船型满载吃水 9 0m 为龙骨下最小富余水深 风化岩地基 1 Z 取 0 6m 为波浪富裕深度 KH 0 5 6 01 0 6 2 405 2 Z 2 Z 1 Z 为船舶因配载不均匀而增加的尾吃水 取 0 15m 为港池备淤深度 考虑一年 3 Z 4 Z 一次维护性挖泥 不小于 0 4m 取 0 6m 由以上各值求得 D 12 75m 所以码头前沿水底高程 设计低水位 D 12 05m 取 12 10m 4 5 4 码头前沿停泊水域尺度 在码头前沿停泊水域宽度内水深需保持不变 码头前沿停泊