港西港区液体化工码头工程设计重力式沉箱结构.doc

第1章 设计背景港西港区液体化工码头工程设计重力式沉箱结构第1章 设计背景1.1 工程概述该工程地处xx开发区大季家东北海域、陆域范围东起八角东岛咀五哥石，西至九曲河口，东部作业区后方以疏港路为界，北部作业区后方以疏港路南500米为界，陆域纵深约1公里，规划陆域总面积为29.7平方公里。此次拟建四个泊位：其中两个件杂货码头，预计吞吐量90万吨；两个集装箱码头，预计吞吐量为100万吨。该港区将逐步建设成为以集装箱业务，国际中转(保税)，大进大出为发展方向，建设现代化，具有专业特色，开放型，国际性深水大港。规划期内，以铁矿石、煤炭等大宗散货和液体化工品运输为主，兼顾一般散杂货运输，逐步发展成为xx港大宗散货的主要转运基地，并为船舶，电力等各类临港产业发展提供必要的运输服务。远期将依托大型集装箱深水港区建设，实现xx港集装箱运输向更高层次发展。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 设计依据设计依据主要有港口航道工程规范汇编、港口规划与平面布置、港工建筑物、港口工程钢筋混凝土结构等。1.4 设计任务根据使用要求，设计文件的深度应能达到确定港内外配套项目的建设规模，水陆域总平面布置，装卸工艺，设备选型和数量，水工及其他主要建筑物的结构型式等。第2章 设计资料第2章 设计资料本部分分析项目的工程环境和条件对工程设计、建设、运行的可能影响。在港口航道与海岸工程的设计工作中，设计资料主要包括地形、地质、水文、气象、施工、地震以及与设计相关的标准、规范、手册、参考书等。2.1 地形条件本工程位于xx港西港区。2.2 气象条件计算风速取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，5万吨船舶作业天为339天，2000吨船舶作业天为309天。2.3 水文条件(一) 设计水位设计高水位：2.46m；设计低水位：0.25m；极端高水位：3.56m；极端低水位：-0.95m。(二) 波浪要素表2-1 码头前沿（五十年一遇）波浪要素表水位/波向/波要素极端高水位设计高水位设计低水位H1%H13%H1%H13%H1%H13%NNE4.43.19.64.43.19.64.33.19.6E4.73.37.74.73.37.74.63.37.7注：H（m），（s）潮流条件:水流设计流速0.9m/s，流向与船舶纵轴接近平行。2.4 地质条件拟建码头处地基为陆相沉积的中粗砂层，承载能力设计值为350kPa。2.5 地震条件根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001），本区域地震基本烈度为6度，设计基本地震加速度为0.1g。2.6 荷载条件本工程主要货种为燃料油、石脑油、氯仿、对二甲苯和甲醇等液体化工品，采用船泵卸船，装卸臂或软管装船。码头面均布荷载：码头前沿20m范围内为20Kpa；20m以外为管廊荷载。每个装卸臂荷载：垂直荷载280KN；水平荷载70KN；倾覆力矩780KNm。每座消防炮塔：垂直荷载200KN；水平荷载58.6KN；倾覆力矩875KNm。2.7 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 设计成果第3章 设计成果3.1 总体设计成果本工程位于xx港西港区，拟建一个3万吨级泊位的码头（水工结构按停靠5万吨级船设计），兼顾同时停靠两个20005000吨级液体化工船舶。码头面高程为5.5m，码头前沿水深为9m，航道水深为9.878m，船舶回旋水域设在进出港口的地点，方便船舶靠离码头，水深为9.878m，回旋水域直径为465m，航道宽度为202.12m。装卸工艺为：装卸船采用门机，水平运输采用拖挂车。3.2 结构方案成果本码头采用重力式沉箱结构，沉箱长度为20m，宽度为8m，高为12m，总共设15个沉箱（端部沉箱为异型）。沉箱仓格纵向分为5格，横向分为2格，以减少集中应力。作用在码头上的荷载分为永久作用和可变作用，永久作用为沉箱自重作用、墙后填料产生的土压力作用、贮仓压力；可变作用为由码头面堆载和流动机械荷载产生的土压力作用、船舶系缆力、波浪力。3.3 施工图设计成果本设计对沉箱抗滑稳定性、抗倾稳定性进行验算，对基床承载力和地基承载力进行验算均稳定。绘制6张施工图，包括码头总平面布置图、沉箱平面布置图、沉箱前面板配筋图、沉箱底板配筋图、沉箱结构断面图、沉箱各剖面图。3.4 关键性技术要求施工过程采用流水施工即所有施工过程按一定的时间间隔依次投入施工，各个施工过程陆续开工、陆续竣工、使同一施工过程的施工班组保持连续、均衡施工，不同施工过程尽可能平行搭接施工。3.5 设计成果评价本次设计强化了我对基本知识和基本技能的理解和掌握,培养了我收集资料和调查研究的能力,加强了一定的方案比较、论证的能力，一定的理论分析与设计运算能力，进一步提高应用计算机绘图的能力以及编写编制能力。通过重力式码头的设计，使我将以前的知识来了一次大的综合，并且理论结合实际；掌握资料的收集和分析、相关规范的选择和运用；另外对培养我独立思考问题和解决问题的能力,为今后工作做好技术储备。第4章 总平面设计第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。4.1 工程规模本工程位于xx港西港区，拟建一个3万吨级泊位的码头（水工结构按停靠5万吨级船设计），兼顾同时停靠两个20005000吨级液体化工船舶。近期通过货种主要为燃料油、石脑油、氯仿、对二甲苯和甲醇等化学品190万吨，其中进口135万吨、出口55万吨，设计年吞吐量190万吨。码头前沿水深为-14.5米，码头顶面高程为5.5米。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 设计船型根据港口使用要求（未来货物吞吐量水平以及港口装卸能力），参考海港总平面设计规范JTJ21199附录A选取的船型见表4-1。表4-1 5000DWT油船尺度总长L型宽B型深H满载吃水T总长L113m17.8m8.9m7.1m113m4.4 作业条件(一) 风作业天数确定：大风持续天数不足24小时但大于12小时计为一天;不足12小时，但大于6小时计为半天。参考xx港风玫瑰图和港口规划与平面布置“第三章”表6-4可知：引船靠近船舶，引水员上船，拖船对船舶强制引水：0.75%365=3天，除此之外风对作业天数的影响可忽略不计。(二) 雨根据自然条件可知本地区降水强度中雨的天数：13.4+4.2+0.2=18天。(三) 雾根据自然条件可知平均每年大雾实际出现天数为10.9天，约合11天。(四) 灾害性天气根据自然条件可知本区灾害性天气过程主要为台风（含热带风暴，强热带风暴）和寒潮。持续天数约7天。(五) 泥沙本地区泥沙来源很少，泥沙搬运沉积不甚活跃，所以泥沙的影响可忽略不计。(六) 波浪因为此码头设有掩护的防波堤，故波浪因素的影响可忽略不计。综上所诉年作业天数为：340天。4.5 总体尺度4.5.1 码头泊位长度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）式中：一个泊位的长度；：设计船长；：泊位间富裕长度。 其中，富裕长度d根据船长的大小确定，L=113m。的数值由表4-2确定：表4-2泊位间富裕长度取值表 (m)230 (m)581012151820222530故取d =15m。所以得码头泊位长度为113+215143（m）。4.5.2 码头前沿高程(一) 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的安全停靠水深。按下面公式确定： (4-2)式中：设计船型满载吃水7.1m；：龙骨下最小富裕深度，含淤泥的沙地基取0.6m；：波浪富裕深度，；：传船舶因配载不均匀而增加的尾吃水，取0.15；：港池备淤深度，考虑一年进行一次维护性挖泥，取0.6m。综合以上各值，得9.26m。故码头前沿水底高程设计低水位0.259.26=9m。(二) 码头面高程：码头顶面高程为5.5米4.5.3 码头前沿停泊水域尺度码头前沿停泊水域宽度：在码头前沿停泊水域宽度内水深需保持不变。码头前沿停泊水域宽度不小于2倍船宽: 217.835.6m。4.5.4 码头前船舶回旋水域尺度回旋水域的尺度应考虑当地风、浪、流等条件和港作拖船配备、定位标志等因素。水深与航道设计水深相同取9.728m。船舶自行掉头回旋圆直径为3.0L=3.0237=711m(包括船舶回旋水域宽度及回旋水域设计底标高)。4.5.5 陆域设计高程后方陆域高程参考海港总平面设计规范(JTJ211-99)“4.10”考虑工程自然条件，以尽量减少陆域形成挖填方量为原则可定为3m。4.5.6 航道设计尺度(一) 航道水深：与确定码头水深相比须考虑船舶航行时船体下沉增加的富裕水深，即:航道设计水深D的计算公式如下： （4-3）式中:：设计船型满载吃水7.1m；:船舶航行时船体下沉增加的富裕水深0.3m；:航行时龙骨下最小富裕深度0.6m：:波浪富裕深度1.128m；:船舶装载纵倾富裕深度0.15m；:备淤富裕深度0.45m。综合以上各值，得9.728m。航道通航水深Do=9.7280.45=9.278m。(二) 航道设计底宽W:由三个部分组成，即航迹带宽度A、船舶间错船富裕间距b和克服岸吸作用的船舶与航道侧壁间富裕间距C。参考港口规划与平面布置“第五章”有双向航道：=1.45（113sin14+17.8）=65.46W=2A+B+2C=265.46+17.8+317.8=202.12m。(三) 设计底标高为-9m4.6 平面方案比选码头前沿作业地带考虑装卸桥轨距为16m，前轨距码头前沿4m，后轨外吊臂外伸距离25m，再考虑行车道的宽度，码头前沿作业地带的宽度取40m。总平面图如图4-1所示：图4-1 总平面图4.7 装卸工艺设计装卸船采用门机和输油泵装船，水平运输采用拖挂车和输油管，库场作业采用铲车和轮胎吊机。10t门机台时效率一般为3050t，取40t，昼夜装卸作业时间取18h，码头全年工作天数取330d，则每台门机全年可完成装卸量23.76万吨，根据190万吨的设计吞吐能力，需配置2台10t门机。水平运输拖挂车一拖三挂为一组，运距按100m计算，挂车每次运量取10t，行车速度按5km/h计算，拆、挂钩及调头等时间按每次100s计算，每小时可运输10次，配一组拖挂车完全可以满足两台门机的作业。检修等机动机械数量，全港统一考虑。第5章结构选型第5章 结构选型5.1 结构型式平面方案一：利用码头结构自身形成半掩护港池。码头采用混合式结构型式，即东部港池侧采用连片的重力式沉箱结构形成码头岸壁，西部临海侧采用人工块体护面的抛石斜坡式防波堤结构抵御NW及NNW向波浪的作用，码头承受NNE及E向的波浪作用。平面方案二：西侧设有人工块体护面的抛石斜坡式防波堤，形成半掩护港池。码头采用高桩墩台结构，码头由三个工作平台及四个系缆墩组成。重力式沉箱结构与高桩墩台结构方案比较见表5-1表5-1 各方案的优缺点比较方 案重力式沉箱方案高桩墩台方案优 点1. 便于分期建设，对荷载适应能力强。2. 码头顶标高低，便于小船型靠泊。3. 码头整体性好，耐久性好，不需专设防腐处理。4. 安装速度快，近期形成岸壁快，适应开敞海域的施工。5. 沉箱安放一次出水，施工周期短，施工难度小。6. 与后方陆域直接相连，便于管线的布设。1. 结构简单，安装工作量少。2. 使用材料总量较少。3. 挖泥和抛石棱体工程量少。缺 点1. 基槽挖泥和抛石棱体工程量较大。1. 耗用钢材量大。2. 码头顶面较高，需设置专用靠船设施才能兼顾较小船舶。3. 在开敞海域现浇混凝土数量多。4. 通过管线钢桥与后方陆域相连，不便于管线的布设。5. 钢管桩及钢桥均需防腐处理，且需定期维护。故本设计采用方案一。5.2 构造尺度5.2.1 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。该码头的施工条件良好，没有特殊要求和限制，为减少由于不均匀沉降和温度变化在结构内产生的附加应力故应设计变形缝，间距一般采用1030m，取沉箱长度为为20m，码头总长度300m，共15个沉箱（其中端部沉箱为异性箱）。沉箱高程取决于基床顶面高程和沉箱顶面高程，箱顶高程要高于胸墙混凝土浇筑的施工水位，取2.3m（乘潮浇筑），基床顶高程取港池底高程9m，故沉箱高度为12m。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低级的承载力确定，根据工程经验一般为码头墙高的0.6倍左右，初步取8m（包括前趾和后踵各1m的悬臂）。5.2.2 箱内隔墙设置为了增加沉箱的刚度和减小箱壁和底板的计算跨度，在箱内设置一道纵向隔墙和4道横向隔墙。5.2.3 沉箱构件尺寸根据规范对沉箱构件的构造要求和本码头的受荷情况及工程经验，初步拟定沉箱各构件的尺寸为：箱壁厚度35cm，底板厚度50cm，隔墙厚度20cm，在各构件连接处设置20cm20cm的加强角，以减少应力集中。沉箱各部分尺寸示意图见图5-1、5-2、5-3所示。图5-1 沉箱横剖图图5-2 沉箱纵剖图图5-3 沉箱剖面图5.2.4 胸墙尺寸采用阶梯式胸墙（2阶），底高程取2.5m（使沉箱嵌入胸墙50cm），胸墙高3m。5.2.5 基床尺寸暗基床，基床厚度取11.6m，底宽取10m，前肩宽3.0m，后肩宽2.0m。5.3 作用分析5.3.1 永久作用量值随时间的变化与平均值相比可以忽略的作用。如结构自重力、预加应力、土重力及由永久作用引起的土压力、固定设备重力、固定水位的静水压力及浮托力等。（原指示书中的内容选择性保留，不要全部都留着）沉箱码头主要包括：结构自重、墙后填土产生的土压力、贮仓压力、水压力等。(一) 结构自重力：结构自重力受水位影响，应对不同的水位情况分别计算，为了方便列表计算。材料重度见表5-2：表5-2 材料重度和内摩擦角标准值表材料名称重度内摩擦角水上水下（）混凝土胸墙C252414-钢筋混凝土沉箱C302515-块石1811451. 极端高水位情况计算图示见图5-4，计算见表5-3所示：图5-4 极端高水位自重作用计算图表5-3极端高水位自重作用计算表计算项目自重力G对前趾力臂X稳定力矩沉箱前后壁、纵隔墙（0.35+0.2+0.35）1120152970411880沉箱端板、横隔墙11（0.352+0.24）2.552151262.2545049沉箱底板60.5201590043600沉箱前、后趾（0.5+0.8）11/21522039041560沉箱竖加强角1/210.94015=130.84523.2沉箱底加强角1/2(3.5+2.32)21015=34.924139.68沉箱箱内填石3.72.5311-（112+3.5+2.32）5112=11204.402444817.6胸墙11.94244.5204190.43.2513618.6胸墙2(0.4424+1.0614) 4.520228649144沉箱上填石1.5182.520=13506.759112.5沉箱后踵填石（12.05+12.35）1/21120126847.520130合计27402.8119574.6每延米自重作用1370.145978.72. 设计高水位情况计算图示见图5-5，计算见表5-4所示：图5-5设计高水位自重作用计算图表5-4设计高水位自重作用计算表计算项目自重力G对前趾力臂X稳定力矩沉箱前后壁、纵隔墙（0.35+0.2+0.35）20(0.0425+10.9615)2977.2411908.8沉箱端板、横隔墙（0.352+0.24）2.552（0.0425+10.9615）1265.3145061.24沉箱底板60.5201590043600沉箱前、后趾（0.5+0.8）11/21522039041560沉箱竖加强角1/210.94015=130.84523.2沉箱底加强角1/2(3.5+2.32)21015=34.924139.68沉箱箱内填石3.72.5311-（112+3.5+2.32）5112=11204.402444817.6胸墙1241.54.52032403.2510530胸墙20.562420=4320417280沉箱上填石1.5182.52013506.759112.5沉箱后踵填石（12.01+12.31）1/211+10.0418202689.67.520172合计28502.2124705每延米自重作用1425.16235.33. 设计低水位情况计算图示见图5-6，计算见表5-5所示图5-6设计低水位自重作用计算图表5-5设计低水位自重作用计算表计算项目自重力G对前趾力臂X稳定力矩沉箱前后壁、纵隔墙（0.35+0.2+0.35）（8.7515+2.2525）203375413500沉箱端板、横隔墙（0.352+0.24）2.552（8.7515+2.2525）1434.37545737.5沉箱底板60.5201590043600沉箱前、后趾（0.5+0.8）11/21522039041560沉箱竖加强角1/2（8.7515+2.2525）40=1504600沉箱底加强角1/2(3.5+2.32)21015=34.924139.68沉箱箱内填石（3.72.532.25-1/22.254）18+3.72.538.75-1/28.654-1/2(3.5+2.32）21152=12679.84450719.36胸墙1241.54.52032403.2510530胸墙21.5620244320417280沉箱上填石1.5202.51813506.759112.5沉箱后踵填石（9.8+10.1）1/211+12.55182029997.522492.5合计30873.1135271.5每延米自重作用1543.76763.64. 施工期情况施工期结构自重力由沉箱和沉箱内填石组成，由于沉箱后未填土，波浪力对沉箱有一定的作用，使得沉箱有象陆侧倾倒的趋势，故计算施工期时的力矩应以后址为作用点按照设计高水位情况计算。根据表5-3-3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+仓填石重5.375+后仓填石重2.625每延米自重作用为计算图示见图5-7所示。图5-7 施工期自重作用计算图(二) 土压力重力式码头所受的土压力，因其产生的条件不同而分为两类：1.由墙后填料产生的土压力属于永久作用；2.由码头面堆载和流动机械荷载产生的土压力属于可变作用。码头墙后填料为块石，水上重度，水下重度，内摩擦角，沉箱顶面以下考虑墙背外摩擦角。作用于码头墙背的土压力按JTJ29098重力式码头设计与施工规范的有关规定计算，本设计的计算项目包括码头的土压力（永久作用）、堆货荷载产生的土压力（可变作用）和门机荷载产生的土压力（可变作用），堆货与门机荷载产生的土压力计算比较简单，而且不受水位变化的影响，码头墙后填料产生的土压力受水位变化的影响，应对不同的水位分别进行计算。作用于码头墙背的土压力按照JTJ290-98重力式码头设计与施工规范计算，所以得主动土压力系数：沉箱顶面以下考虑外摩擦角，根据JTJ290-98重力式码头设计与施工规范，可查得，则沉箱顶面以下：水平土压力系数 竖向土压力系数 沉箱顶面以上：水平土压力系数 竖向土压力系数 土压力标准值按照JTJ290-98重力式码头设计与施工规范计算： (5-1) (5-2)式中：en1、en2：第n层土表和土底的土压力水平分力；：第层土的重度；hi：第层土的高度11. 极端高水位情况在此情况下各高程处土压力水平向强度计算如下：土压力引起的水平作用： 土压力引起的竖向作用：土压力对码头前趾的倾覆力矩 土压力对码头前趾的稳定力矩2. 设计高水位情况：在此情况下各高程处土压力水平向强度计算如下：土压力引起的水平作用： 11土压力引起的竖向作用：土压力对码头前趾的倾覆力矩 土压力对码头前趾的稳定力矩3. 设计低水位情况：在此情况下各高程处土压力水平向强度计算如下：土压力引起的水平作用： 土压力引起的竖向作用：土压力对码头前趾的倾覆力矩 土压力对码头前趾的稳定力矩(三) 贮仓压力JTJ290-98重力式码头设计与施工规范规定沉箱内填料对箱壁和底板的作用按贮仓压力计算，下面按该规定计算前后仓格的贮仓压力。由前后仓的仓格尺寸及填料情况均相同，这里只计算前仓的贮仓压力，后仓情况相同。1. 前仓格贮仓压力仓格截面尺寸为，填料高度。由，根据JTJ29098重力式码头设计与施工规范附录F的规定按深仓计算。箱内填料为块石，仓内填料内摩擦角标准值为，填料与仓壁之间的外摩擦角标准值为，仓内填料的重度标准值为。.仓内填料的侧压力系数，仓格截面的周长，面积。则任意深度处的垂直压力和侧压力公式垂直压力： 侧压力： 在填料表面压力为零，沿深度z按指数曲线变化，箱底压力最大。箱底处，处：5.3.2 可变作用(一) 土压力1. 堆货荷载产生的土压力各种水位时，堆货荷载产生的土压力标准值均相同(1) 堆货荷载引起的土压力水平作用为堆货荷载引起的土压力竖向作用为堆货荷载所产生的土压力倾覆力矩为堆货荷载所产生的土压力稳定力矩为(2) 码头前沿堆货引起的竖向作用：码头前沿堆货范围按5m计算码头前沿堆货产生的稳定力矩;2. 门机荷载产生的土压力当两门机的最大轮压作用在同一沉箱上时，沉箱受到的荷载最大，每个沉箱上共作用8个轮子，考虑两种作业情况各种水位中，门机产生的土压力分布范围相同。第一种情况:前轮轮，后轮轮。门机后轮产生的附加土压力强度：试中：门机后轮产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：第二种情况:前轮轮，后轮轮。门机后轮产生的附加土压力强度：门机后轮产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：门机后轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：门机前轮产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：(二) 船舶系揽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和胸墙传给码头墙身，船舶撞击力和挤靠力对码头起稳定作用，不需考虑。下面按照（JTJ21598）港口工程荷载规范的有关规定计算船舶系缆力，有关公式中的符号与该规范一致，不在另加说明。1. 船舶水面以上受风面积计算（按油船计算）：按（JTJ21598）10.2.2条中10.2.2-12计算船舶横向受风面积。满载时： 则 则半载或压载时： 则 则2. 作用在船舶上计算风压力的垂直于码头前沿线的横向分力计算：按照港口工程荷载规范JTJ215-98的式10.2.1计算风压力的横向分力 式中：风压不均匀折减系数；内插法得：设计风速V的横向分量。根据风玫瑰图可取当地最不利风速为设计风速V的横向分量(九级风)带入数据有:3. 系缆力标准值按“规范”10.4条中10.4.1-14式计算式中：、:按表10.4.3取值，n：根据表10.4.2取3；K: 取1.3根据（JTJ215-98）10.4.5条规定系缆力标准值550KN（内插求得），计算小于此值，取N=550KN。计算垂直于码头前沿线的横向分力和垂直于码头面的竖向分力4. 每段码头考虑布置一个系船柱，则系缆力引起的垂直、水平作用力和倾覆力矩分别为(三) 波浪力波峰作用和波谷作用的波浪力方向相反，需要按照不同的的计算项目取用。但是由于波峰作用时波浪力对码头结构的稳定起有利作用，故本设计此环节只进行码头墙前波谷作用时的波浪压力和计算层底面的波浪力浮托力标准值以及其各自产生的力矩。另因波浪力受水位变化的影响，需对不同的水位要分别计算波浪力。波浪力标准值计算按照海港水文规范（JTJ213-98）的有关条款及规定计算。1. 极端高水位情况： 已知条件波长计算：按（JTJ213-98）中第4.1.3条计算 式中；由查水文规范（JTJ213-98）附录G得，从而得到波长为1) 波压力强度计算：根据（JTJ213-98）第8.1.1条判断波态。墙前产生立波。波峰作用时：，按（JTJ213-98）第8.1.3条计算：波浪中线超出静水面的高度：其中：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：其中：静水面处波压力强度：墙底浮托力： 波谷作用时：水底处波压力强度：其中：墙底浮托力： 静水面处波压力强度为0静水面以下深度处波压力强度：波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩： 梯形重心高度计算见图5-8： 解得图5-8 极端高水位梯形重心计算图2. 设计高水位情况：已知条件1) 波长计算：按（JTJ213-98）中第4.1.3条计算 式中；由 查水文规范（JTJ213-98）附录G得，从而得到波长为2） 波压力强度计算：根据（JTJ213-98）第8.1.1条判断波态。又墙前产生立波。波峰作用时：，按（JTJ213-98）第8.1.3条计算：波浪中线超出静水面的高度：其中：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：其中：静水面处波压力强度：墙底浮托力：波谷作用时：水底处波压力强度：其中：墙底浮托力： 静水面处波压力强度为0静水面以下深度处波压力强度：波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩： 梯形重心高度计算见图5-9： 解得：图5-9 计算高水位梯形重心计算图3. 设计低水位情况：已知条件波长计算：按（JTJ213-98）中第4.1.3条计算 式中；由 查水文规范（JTJ213-98）附录G得d L=0.1716，从而得到波长为1) 波压力强度计算：根据（JTJ213-98）第8.1.1条判断波态。又墙前产生立波。波峰作用时：，按（JTJ213-98）第8.1.3条计算：波浪中线超出静水面的高度：其中：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：其中：静水面处波压力强度： 墙底浮托力： 波谷作用时：水底处波压力强度：其中：墙底浮托力： 静水面处波压力强度为0静水面以下深度处波压力强度：波谷压力引起的水平作用和倾覆力矩： 梯形重心高度计算见图5-10： 解得：图5-10 计算低水位梯形重心计算图4. 施工期间波浪力计算：施工期波浪只考虑设计高水位波峰作用时的情况。已知条件1) 波长计算：按（JTJ213-98）中第4.1.3条计算 式中由查水文规范（JTJ213-98）附录G得，从而得到波长为2) 波压力强度计算：根据（JTJ213-98）第8.1.1条判断波态。又墙前产生立波。波峰作用时：按（JTJ213-98）第8.1.3条计算：波浪中线超出静水面的高度：其中：静水面以上高度处的波压力强度为零水底处波压力强度：其中：静水面处波压力强度： 墙底浮托力： 3) 波峰压力引起的水平作用和倾覆力矩：按沉箱顶面高程2.0m计算；沉箱顶标高处波浪压力强度按斜率计算： 梯形重心高度计算见图5-11： 解得：图5-11 施工期水位梯形重心计算图(四) 施工期沉箱沉放时面板所受水压力计算沉箱面板所受水压力最大时，是在沉箱内灌水1.5l深度时，故只计算沉箱下沉中，箱内灌水1.5l（l=3.7m）=5.55m深度时的水压力。水压力分布见图5-12所示：1. 沉箱总重：根据表5-4中沉箱项自重力计算的结果得：加入1.5l深水后的沉箱总重为： 2. 沉箱体积计算： 减去前、后趾的体积：3. 沉箱吃水计算：4. 沉箱面板所受水压力：图5-12 施工期沉箱面板水压力分布图5.3.3 偶然作用因本工程位于抗震设防的设计烈度为6度的地区，故本码头可不进行抗震验算。5.3.4 码头荷载标准值汇总表5-6 码头荷载标准值汇总表作用分类荷载情况垂直力水平力稳定力矩倾覆力矩永久作用自极端高水位1370.145978.7永久作用重设计高水位1425.16235.3力设计低水位1543.76763.6施工期846.13163380.526填料土压力极端高水位52.46209.05419.68设计高水位56.07251.59448.56设计低水位62.79248.282502.32可变作用波谷压力极端高水位148.24248.74395.31可变作用设计高水位123.52325.4329.39设计低水位191.76297.16511.36施工期波压力-78.84271.081648.17420.48堆货土压力9.5545.9776.4339.16前沿堆货100550门机作用 工作情况118.223.31359.2613.54门机作用 非工作情况45.119.11169.2837.26船舶系缆力3.356.25597.4第6章结构计算第6章 结构计算6.1 稳定性验算6.1.1 作用效应组合根据JTJ290-98重力式码头设计与施工规范的规定，作用效应组合应考虑持久组合、短暂组合和偶然组合，结合本工程实际情况，在码头稳定性验算时考虑了以下作用效应组合：持久组合：极端高水位（永久作用）+堆货产生的土压力（主导可变作用）+波浪力波谷作用（非主导可变作用）；持久组合：设计高水位（永久作用）+堆货产生的土压力（主导可变作用）波浪力波谷作用（非主导可变作用）；持久组合：设计高水位（永久作用）+波浪力波谷作用（主导可变作用）堆货产生的土压力（非主导可变作用）；持久组合：极端高水位（永久作用）+波浪力波谷作用（主导可变作用）堆货产生的土压力（非主导可变作用）；短暂组合：设计高水位（永久作用）+波峰压力（主导可变作用）偶然组合：因该地区地震烈度为6度，根据水运工程抗震设计规范（JTJ225-98）第1.0.2条的规定可不进行抗震计算。6.1.2 抗滑稳定性验算按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范中的规定来进行码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算：应该考虑波浪力，并且波浪力为主导可变作用时，按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范验算： （6-1）应该考虑波浪力，堆货产生的土压力为主导可变作用时，按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范验算： （6-2）式中：结构重要性系数，建筑物安全等级为2级，取为1.0。：结构系数，取为1.1。：自重力分项系数，取为1.0。：作用在计算面上的结构自重力的标准值。f：沿计算面的摩擦系数设计值，按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范取为0.6。：土压力的分项系数，取为1.35。EH、EV：分别为计算面以上永久作用所产生总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值。：系缆力分项系数，在持久组合的设计高水位和设计低水位时取1.4，在持久组合的极端高水位和极端低水位时取为1.3。：系缆力水平分力的标准值。、：码头面上的可变作用在计算面以上产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值。：作用效应组合系数，持久组合取为0.7，短暂组合取为1.0。PRV：系缆力水平分力的标准值。：波浪水平力分项系数，在持久组合的设计高水位和设计低水位时取为1.3，在持久组合的极端高水位和极端低水位时取为1.2。PB：波谷作用时，作用在计算面以上水平波压力的标准值。：波浪浮托力分项系数，在持久组合的设计高水位和设计低水位时取为1.35，在持久组合的极端高水位和极端低水位时取为1.25。PBU：波谷作用时作用在计算底面以上波浪浮托力的标准值。表6-1 抗滑稳定性验算计算表 土压力为主导可变作用时结果G结果结论持久组合一11.35209.051.2545.970.71.2248.74548.62161.111370.1452.469.551.2148.240.6860.411稳定持久组合二11.35251.591.3545.970.71.3325.4697.821.111425.156.079.551.3123.520.6886.9583稳定 波浪力主导可变作用：持久组合： 短暂组合：结果G结果结论持久组合三11.35251.591.3325.40.71.3545.97806.10821.111425.1456.071.3123.529.550.6911.1465稳定持久组合四11.35209.051.2248.740.71.2545.97620.92931.111370.1452.461.2148.249.550.6887.5665稳定短暂组合11.3501.2271.081.250325.2961846.1301.278.8400.6450.9132稳定6.1.3 抗倾稳定性验算按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范中的规定来进行码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算：应该考虑波浪力，并且波浪力为主导可变作用时，按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范验算： (6-3)应该考虑波浪力，堆货产生的土压力为主导可变作用时，按照JTJ29098重力式码头设计与施工规范验算： (6-4)式中：结构自重力标准值对计算面前的稳定力矩。、：码头墙体后回填料所产生的土压力水平分力和竖向分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩。、：码头面上可变作用所产生的土压力的水平分力和竖向分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩。：结构系数，不考虑波浪作用时取为1.25；考虑波浪作用时取为1.35。：波谷作用时水平波压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩。：波谷作用时波浪浮托力标准值对计算面前趾的稳定力矩。表6-2 抗倾稳定性验算计算表土压力主导可变作用时：结果结果结论持久组合一11.351075.861.25339.160.71.22307.33814.4931.3515978.7419.6876.41.2395.315165.058稳定持久组合二11.351529.51.35339.160.71.31961.534307.6831.3516235.3448.5676.41.3329.395365.734稳定波浪力为主导可变作用时：短暂组合：结果结果结论持久组合三11.351529.51.31639.90.71.35339.164517.2011.3516235.3448.561.3329.390.776.45437.971稳定持久组合四11.351075.861.21489.150.71.25339.163536.1561.3515978.7419.681.2395.310.776.45249.252稳定短暂组合11.3501.21648.171.2