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煤炭码头初步设计 煤炭码头初步设计 目录第1章绪论11.1论文写作的背景及意义11.1.1论文的写作背景11.1.2论文写作的意义11.2论文写作的内容21.3论文编制的设计依据2第2章设计资料42.1地理位置42.2营运资料42.2.1货运任务42.2.2设计船型42.3自然条件52.3.1水文条件52.3.2气象条件52.3.3地质条件52.3.4地震烈度62.4其他情况62.5本章小结6第3章装卸工艺73.1装卸工艺的设计原则和一般要求73.1.1设计原则73.1.2一般要求73.2煤炭装卸工艺及流程83.2.1装卸主要机械83.2.2装卸工艺流程83.3煤炭的粉尘防治93.4本章小结10第4章码头规模确定114.1主要设计参数114.2港口泊位年通过能力114.3码头泊位数目124.4泊位合理利用率134.5库场的容量及总面积134.6本章小结14第5章总平面布置155.1码头设计水位和高程155.1.1码头前沿设计高程155.1.2码头前沿设计水深155.1.3码头前沿设计河底高程155.2总平面布置165.2.1港口水域布置165.2.2 码头陆域布置175.3总平面布置图205.4本章小结20第6章码头结构设计216.1设计参数216.2码头结构的选择226.3码头结构设计236.3.1断面结构的拟定236.3.2平、立面的拟定256.3.3码头结构断面图和平、立面图256.4码头结构稳定性计算276.4.1作用分类计算276.4.2码头荷载标准值汇总376.4.3码头稳定性验算386.4.4基床承载力验算446.4.5地基表面应力计算466.5本章小结47第7章工程概算487.1编制依据487.2编制说明487.3工程预算497.4本章小结51结论52参考文献53致谢55XXX大学本科生毕业论文第1章绪论1.1论文写作的背景及意义1.1.1论文的写作背景港口是具有水陆联运设备和条件，供船舶安全进出和停泊的运输枢纽，是水陆交通的集结点和枢纽，是船舶停泊、装卸货物、上下旅客、补充给养的场所。港口，作为交通运输的枢纽，在庞大复杂的国民经济物流体系中起着主要的作用。港口按所处位置分，有河口港、海港和河港等。河港是位于江河河岸的港口，内河水运在综合运输体系和水资源综合利用占有重要的部分，同时也是实现经济社会可持续发展的重要战略资源1。所以积极倡导发展内河水运，满足建设资源节约型、环境友好型社会的要求。内河水运为流域经济社会的持续、快速发展发挥了重要作用2。某县有丰富的资源，但开发利用缓慢，改革开放以来，经济建设的步伐加快。某县依靠其丰富的资源和改革开放的契机，在已取得的成就上制定了许多切实可行、行之有效的重大措施。近几年，松花江航道畅通，又有大好的形式，但苦于资金困难，船舶、港口建设力不从心，水运现状严重制约了地区经济建设。1.1.2论文写作的意义某县目前还没有铁路，水运量在社会总运输量中占有重要的比例。国民经济的健康发展，必然促使交通运输业的繁荣。随着对外贸易量的增长，水运量占社会总运输量的比例将会越来越大。根据某县的具体情况，建设一个内河煤炭码头有利于某县经济的发展，对某县的经济繁荣以及提高人民的生活水平有重要的意义。1.2论文写作的内容本文对某县河港煤炭码头进行设计，内容包括煤炭装卸工艺设计、码头规模的确定、港口总平面布置、码头的结构设计和工程概预算。第一章介绍论文写作的背景及意义，同时介绍轮的写作内容以及论文编制的依据。第二章主要介绍码头的设计资料。第三章为码头的装卸工艺，包括装卸工艺设计的原则和一般要求以及装卸的流程等。第四章主要确定码头规模，包括计算港口泊位年通过能力、码头所需泊位数目、泊位的合理利用率以及库场的面积。第五章对码头的总平面进行布置，包括码头水域布置和码头陆域布置两部分。码头水域布置中，包括码头前沿线的确定、泊位布置、码头前沿设计水深、前沿高程以及设计河底高程。码头陆域布置包括库场布置、道路布置、辅助生产生活设施的布置等。第六章确定码头的结构型式为重力式沉箱码头。对码头结构断面进行设计，并对码头稳定性进行验算。第七章对码头进行概预算。绘制港区的平面布置图，煤炭码头的断面图和平、立面图。1.3论文编制的设计依据在论文写作过程中参考以下的规范：（1）河港工程总体设计规范（JTJ212-2006）（2）内河航道与港口水文规范（JTJ214-2000）（3）港口工程荷载规范（JTS144-1-2010）（4）水运工程抗震设计规范（JTS146-2012）（5）港口工程地质勘察规范（JTJ240-97）（6）港口工程地基规范（JTS147-2010）（7）重力式码头设计与施工规范（JTS167-2-2009）（8）港口及航道护岸工程设计与施工规范（JTJ300-2000）（9）码头附属设施技术规范（JTJ297-2001）（10）港口工程环境保护设计规范（JTS149-2007）（11）港口道路、堆场、铺面设计与施工规范（JTJ296-96）（12）港口工程制图标准（JTJ206-1996）第2章设计资料2.1地理位置XXX码头位于黑龙江省东北部，松花江下游南岸，地理坐标东经12522，北纬4549。2.2营运资料2.2.1货运任务该码头为内河港煤炭码头，设计年吞吐量为110万t。2.2.2设计船型根据调查目前黑龙江水系常用船舶型号，并结合其他因素考虑，设计船型采用1000t分节驳。其设计基本尺度如表2.1：表2.1设计船型基本尺度船舶类型船长（m）船宽（m）型深（m）满载吃水（m）1000t分节驳65.9132.41.6设计船型如图2.1：图2.1船型示意图2.3自然条件2.3.1水文条件本设计采用黄海高程系统。设计高水位：82.40m（二十年一遇洪水位）设计低水位：74.80m（通航保证率为95%）2.3.2气象条件气温：年平均气温2.9，历史最高气温38.1，最低气温-41.1。降水：年平均降水量为535.4mm，年雨季集中在79月份。风况： 冬季多偏西风和西北风，夏季多东北和偏南风，年平均风速10m/s。雾况：夏、秋两季有雾出现，年雾日平均在1214d左右。冰况：XXX港属封冻型港口，年通航期200d左右。2.3.3地质条件根据工程地质剖面将地层自上而下分述如下：（1） 杂填土，层底埋深0.500.90m，厚度0.500.90m。（2） 亚粘土，黄色、湿、可塑，层底埋深2.303.40m，厚度0.601.20m。（3） 细砂，黄色、湿饱水，层底埋深4.105m，厚度1.102.00m。（4） 碎石，稍密，底部未揭穿地基土容许承载力3为（1） 杂填土 （2） 亚粘土 （3） 细砂 （4） 碎石 基床底面落在碎石层。2.3.4地震烈度地震基本烈度为度4。2.4其他情况XXX港的直接腹地是某县，间接腹地是黑龙江省以及俄罗斯远东地区。XXX港的经济腹地辽阔，河流众多，森林、草原及石油、煤炭等自然资源丰富。直接通过XXX港中转的物资主要是煤炭。沿松花江上行可达省会哈尔滨市，沿松花江下行至同江，便进入中俄接壤的界江黑龙江和乌苏里江，距俄罗斯哈巴罗夫斯克582km。2.5本章小结本章主要介绍XXX港的设计条件，有：港口的地理位置、营运资料、自然条件以及港口的一些其他资料。第3章装卸工艺3.1装卸工艺的设计原则和一般要求3.1.1设计原则（1）依照港口发展规划的原则。在工程设计的时后，应该根据发展规划的指导思想，遵从长远全面的规划，搞好工程近期实施与远近的相结合；（2）认真贯彻执行国家职业安全卫生、环境保护等有关政策、法规。密切注意保护作业人员的人身安全、劳动条件，尽可能的避免和减轻工程对环境的不良影响；（3）在装卸工艺设计时，应该从全局考虑。结合考虑港口及水、陆路运输，工艺流程尽可能方便，作业环节协调，车船周转迅速；（4）装卸作业系统和机械选型符合国家有关技术政策，并在兼顾当前现代化建设发展的基础上，要结合工程的需要，力求技术先进性、实用性；（5）装卸工艺系统的经济性，应要既考虑其投资成本，也要考虑营运成本。在评价其经济效益时，应该兼顾港口自身和社会的全面效益5。3.1.2一般要求（1）装卸系统各环节的能力应基本平衡，并以保证船舶装卸为主；（2）装卸机械的类型应在可能的条件下统一，规格简化，以便于维修管理6；（3）优先选用技术可靠的国产装卸机械；（4）工艺流程设计应减少环节。各流程之间可灵活转换，以提高系统作业的可靠度。3.2煤炭装卸工艺及流程3.2.1装卸主要机械1、门座式起重机该机是用于直立式码头卸8001000t以上驳船的较好机型。伸臂长，抓取面大，作业不需要移船。河港多用起重量5t门座式起重机。用双5t门座式起重机与一台起重量10t门座式起重机，前者因检修时可维持不间断生产，总的生产效率较高，所以每个泊位用两台5t门座起重机。2、带式输送机带式输送机是煤矿最理想的高效连续运输设备，与其他运输设备（如机车类）相比，具有输送距离长、运量大、连续输送等优点，而且运行可靠。带式输送机主要特点是机身可以很方便的伸缩，可不设基础，直接铺设，机架轻巧，拆装十分方便。当输送能力和运距较大时，可配中间驱动装置来满足要求。根据输送工艺的要求，可以单机输送，也可多机组合成水平或倾斜的运输系统来输送物料7。3、悬臂式斗轮堆取料机该机实际上就是悬臂堆料机和斗轮取料机的联合型式，其特点是悬臂胶带输送机能够正反两向运转，以适应堆料和取料时不同方向的输送要求，取料能力约为堆料能力的一半。斗轮堆取料机与一般周期性机械相比，具有效率高、动力消耗低和操作条件好等优点。3.2.2装卸工艺流程（1）船堆场船卸船机械固定皮带机输送系统堆场堆取料机（2）车堆场车卸车机械堆取料机固定皮带机输送系统堆场（3）船车船卸船机械固定皮带机输送系统装车机械装车皮带机车3.3煤炭的粉尘防治由于该码头主要运输煤炭，所以对煤炭粉尘污染的问题也要做一些防治工作，煤炭的粉尘污染问题可以由以下几个措施解决：（1）喷雾防尘常用于减少物料在被抓取和投送时产生的粉尘。（2）喷水防尘常用于露天堆场上大面积的防尘。（3）高压静电收尘。（4）此外，还有挡风围墙防尘、减低物料的投送高度、码头位置的正确选择（从根本上解决），在非风口，有挡风物，对周围环境影响最小等防尘措施。3.4本章小结本章主要写煤炭码头的装卸工艺。在符合装卸工艺原则和满足装卸要求的的前提下选取了较为合适的装卸机械和装卸流程。并对产生的煤炭粉尘污染提出解决的措施。第4章码头规模确定4.1主要设计参数（1）设计船型1000t分节驳（2）年吞吐量：110万t（3）年运营天数：200d（4）工作班制：三班制（5）装卸机械选型：门机，每台船时效率130t/h，堆存量5t/m2（6）码头设计高水位为82.40m，码头设计低水位为74.80m。4.2港口泊位年通过能力泊位年通过能力应该按下式计算8（4.1）式中：当货种多样而船型单一时，为各货种年装卸数量占泊位年装卸总量的百分比（%）；当船型、货种都不相同时，为各类船舶年装载不同货物数量占泊位年装卸总量的百分比（%），该码头为煤炭专用码头取=1； 与相对应的泊位年通过能力（t）。与相对应的泊位年通过能力，可按下列公式计算：（4.3）（4.2）式中：设计船型的实际装卸量（t），=1000t；装、卸一艘该类船舶所需的纯装、卸时间（h）；船时效率（t/h），=130t/h；该类船舶装卸辅助与技术作业时间之总和（h），=1.5h；昼夜泊位非生产时间之和（h），取三班制=5h；昼夜法定工作小时数（h），取=24h；泊位年运营天数（d）,取=200d；港口生产不平衡系数，=1.3。由此计算=546369.5（t）。4.3码头泊位数目泊位数目，应该根据年吞吐量、泊位货种和船型等因素按下式计算：（4.4）式中：根据货物类别确定年吞吐量（t）（该码头年通过能力设计为110万t）；泊位年通过能力（t）；泊位数目。由此计算：，取4.4泊位合理利用率泊位利用率需要满足表4.1：表4.1泊位合理利用率货种散货件杂货石油合理泊位利用率0.550.700.600.75进口：0.500.70出口：0.500.80（4.5）在合理泊位利用率（0.550.70）的范围内。4.5库场的容量及总面积1、堆场的容量堆场容量应按下式计算：（4.6）式中：仓库、堆场容量（t）;仓库、堆场不平衡系数，取；货物最大入库、入场的百分比（%），取；仓库、堆场年运营天数（d），取；货物在仓库、堆场的平均堆存期（d），取。由此计算得：2、堆场面积堆场的总面积用下式计算：（4.7）式中：仓库、堆场的总面积（m2）；单位有效面积堆存量（t/m2），取；仓库、堆场总面积利用率，为有效面积占总面积的百分比（%），取。由此计算得：4.6本章小结本章主要确定码头的主要规模，计算的主要内容有港口泊位年通过能力、码头所需泊位数目、泊位的合理利用率以及库场的面积。为下一章码头总平面布置做好准备。第5章总平面布置5.1码头设计水位和高程5.1.1码头前沿设计高程码头前沿设计高程为码头设计高水位加超高。超高值宜取0.10.5m。码头设计高水位82.40m，超高值取0.5m，所以码头前沿设计高程为82.40+0.5=82.90m。5.1.2码头前沿设计水深码头前沿设计水深保证营运期内设计船型在满载吃水情况下安全停靠和装卸作业。其值可按下式7计算：（5.1）式中：码头前沿设计水深（m）；设计船型满载吃水（m），取；龙骨下最小富裕深度（m），取；其他富裕深度（m），。由此计算得：5.1.3码头前沿设计河底高程码头前沿设计河底高程为码头设计低水位减去码头前沿设计水深。码头设计低水位为74.80m，码头前沿设计水深为2.00m，故码头前沿设计河底高程为72.80m。5.2总平面布置总平面布置包括港口水域布置与港口陆域布置9。5.2.1港口水域布置港口水域布置包括码头前岸线布置和停泊水域布置。1、码头岸线布置码头岸线是码头建筑物靠船一侧的竖向平面与水平面的交线，即停靠船舶的沿岸长度。它是决定码头平面位置和高程的重要基线。泊位长度与码头岸线长度如图所示：图5.2沿线布置多个泊位长度与码头岸线长度图中Lb为泊位长度；Lm为泊位占用的码头长度（1）泊位长度泊位长度一般由船长L和船与船之间的必要间隔构成。其中富裕长度d取10m。则：端部泊位长度为中间泊位长度为码头泊位长度为取238m。（2）码头岸线长度端部码头岸线为中间码头岸线为所以总码头岸线综合考虑码头前沿作业带以及实际地形，码头岸线取212m。码头岸线两端设置翼墙，岸线与翼墙的交角均为45。翼墙与护岸相连，两边翼墙长度均为38m。2、码头前停泊水域码头前停泊水域不应占用主航道，其宽度应为设计船型宽度加富裕宽度或设计并靠船舶的总宽度加富裕宽度之和。富裕宽度可按表5.1确定。表5.1码头前停泊水域的富裕宽度设计船型载货量（t）富裕宽度（m）3000.51.0B3001.01.5B设计船型载货量为1000t，由表可知，富裕宽度应该取1.01.5B，由于该处水流流速较小，故取1.5倍设计船型宽度。所以码头前停泊水域宽度为：取33m，结合实际地形把码头停泊水域布置在足够的水深处。码头端部泊位的水域边线与码头前沿线取45夹角。5.2.2码头陆域布置码头陆域纵深401m，宽度270m，从前沿往后布置分别为：前沿作业带、堆场以及生产辅助区。1、码头前沿作业带门机前轨道布置在离岸线2m远的地方，这样既方便门机装卸煤炭，也安全。码头前沿作业带考虑装卸要求以及其他因素选取28m，符合总平面布置的要求。2、堆场布置堆场根据以上所算出堆场面积、码头的泊位及岸线长度，并结合拟建港区的实际情况，现拟定堆场的实际尺寸及面积。堆场面积为34728m2，考虑到码头线长度，装卸工艺等要求，堆场分30个小堆场，堆场尺寸为30m40m，总堆场面积36000m234728m2，符合要求 。堆场横向布置6个，竖向布置5个。堆场前方架设漏斗和皮带机以及中转站，堆场之间架设堆取料机的轨道以及皮带机，方便煤炭的装卸。3、港区道路布置（1）本港口道路可分为主干道、次干道和支道，主干道12m，次干道7m，满足港口车辆运输的要求。（2）本港区设置了两个出入口，并在出入口处设置了地秤，出入口外连接疏港公路。（3）本港内道路有稳固的路基、平整坚实的路面，路面坡度0.5%，满足排水通畅要求。（4）堆场边缘至道路距离为2m，在建筑物面向道路一侧出入口经常有汽车出入的地方，建筑物距道路6m，在面向道路一侧有流动机械出入的地方间距为5m，符合建筑物离道路最小间距的要求。4、港口辅助设施（1）机械修理厂，用来维护和保养机械设备，布置在离堆场较近的地方。（2）流动机械库，用来安放小型的机械设备如叉车等，与机械修理场布置在一起，方便修理。（3）变电站，考虑到给装卸机械供电，所以把变电站布置在码头的前端，由于变电站附近有高压电，所以要在周围隔离起来。（4）消防站、锅炉房，布置在港区的拐角处，可以减少出事故时产生的危害。（5）办公大楼，作为港区的总办公室、作业调度室等，布置在辅助区的正中央，方便对港区的全局统筹。（6）生活区，包括宿舍、食堂、休息室、浴室以及娱乐室等。这些生活区与生产区隔开布置，且设置了绿化带防止煤炭粉尘污染，并且集中布置在一起，方便工作人员的作息。（7）停车场布置在港区进口处，这样方便车辆停靠。（8）绿化带面积5856m2满足港区绿化标准。5.3总平面布置图总平面布置图如图5.1所示：图5.1总平面布置图5.4本章小结本章主要写码头的平面布置包括码头水域布置，以及码头的陆域布置。码头的水域布置包括：码头岸线布置和停泊水域布置。陆域布置包括：前沿作业带、堆场以及生产辅助区的布置。第6章码头结构设计6.1设计参数（1）设计水位：设计高水位：82.40m；设计低水位：74.80m；施工水位：79.40m（2）地质资料：码头地基良好，承载能力设计值=600kPa（3）地震基本烈度为度（4）设计船型：1000t分节驳（5）结构安全等级为二级（6）码头面荷载堆货荷载：q=20kPa10门机荷载：基距10.5m，轨距10.5m。门机前轨最大轮压220kN(80kN)门机后轨最大轮压80kN(220kN)（7）材料重度标准值及内摩擦角如表6.1所示：表6.1材料重度标准值及内摩擦角填料名称重度（kN/m3）内摩擦角（）水上水下水上水下中砂18.09.53232粗砂18.09.53535碎石17113838块石17104545混凝土胸墙C252414钢筋混凝土沉箱C3025156.2码头结构的选择结构的选型从四个主要因素来考虑：自然条件、使用要求、施工条件、经济性。从结构型式来分，码头分为重力式码头、板桩码头、高桩码头和混合式码头11。重力式码头，其优点是结构坚固耐久，能承受较大的地面荷载和船舶荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性较强12。重力式码头按墙身结构可分为：方块码头、沉箱码头、扶壁码头、大圆筒码头和格形钢板桩码头13。根据拟建港区的地基条件，综合各方面的因素，结构方案拟定为重力式沉箱码头和空心方块码头两种型式。对上述两种方案进行技术经济比较,选择一个较好的方案作为推荐方案。两个方案的优缺点比较见表6.2：表6.2结构比较结构型式优点缺点沉箱码头水下工作量小，结构整体性好。抗震能力强，施工速度快。制作简单，浮游稳定性好，施工经验成熟便于预制浮运和安装14钢材用量大，耐久性不如方块结构，且需专门的预制下水设备；基床整平要求高空心方块码头耐久性好，基本不需要钢材，施工简单，不需要复杂的施工设备，结构整体性较好水下工作量大，结构整体和抗震性能差，需要石料量大由于该码头地质条件良好，综合考虑经济、施工条件等因素，最后确定选择沉箱结构较为合适。6.3码头结构设计6.3.1断面结构的拟定1、沉箱主要尺寸（1）沉箱外形尺寸沉箱长度根据施工要求，施工设备能力和码头变形缝的间距确定的，该码头施工条件较好，没有特殊的要求与限制，重力式码头变形缝间距一般采用10到30m，配合变形缝长度，取沉箱长度10m，码头总长260m，共26个沉箱。沉箱高度取决于基床顶面高程与沉箱顶面高程，本码头箱顶高程要高于胸墙混凝土浇筑的施工水位0.5m，取79.90m，基床顶高程取港池底高程72.80m，沉箱高度7.1m。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地基的承载力确定15，根据工程经验一般为码头墙高的0.5倍，初步取5m，包括前趾和后趾各0.3m的悬臂。沉箱尺寸图如6.1所示。（2）箱内隔墙设置由于沉箱的外形尺寸限制，一个沉箱只设置一道纵隔墙。（3）沉箱构件尺寸根据规范对沉箱构件要求与本码头受荷载情况及工程经验，初步拟定沉箱各构件尺寸为：箱壁厚度30cm，底板厚度40cm，隔墙厚度20cm，各构件连接处设置2020cm的加强角16，以减少应力集中。（4）沉箱的接头形式当墙后设置抛石棱体或全部用块石回填时，沉箱之间采用平接；当墙后不设置抛石棱体而全部采用沙石回填时，应该采用空腔对接，空腔内设置倒滤层，空腔宽度一般取3050cm，平均宽度一般采用5cm17。本码头对接方式采用用平接。图6.1沉箱尺寸2、胸墙尺寸采用阶梯式的胸墙，胸墙顶面高程与码头高程相同为82.90m，胸墙底高程为79.90m，底宽5m，顶宽2.4m。3、基床尺寸基床形式采用暗基床，基床厚度取1m，宽度不宜小于码头墙底宽度加2倍基床厚度，取10m，前肩宽3m，后肩宽2m。4、墙后回填墙后回填的抛填棱体采用块石；倒虑层用二片石、碎石、粗砂它们的厚度分别为30cm、20cm、15cm，且倒虑层设置在高于胸墙底面0.5m处；回填土料用中砂。5、码头附属设备橡胶护舷，考虑撞击力因素选择效果好的D型橡胶护舷；100kN系船柱，根据船型以及规范要求选择100k系船柱；护轮坎以及其他附属设施。6.3.2平、立面的拟定（1）码头前沿岸线长212m，码头岸线两端设置翼墙，岸线与翼墙的交角均为45。翼墙与护岸相连，两边翼墙长度均为38m，两侧翼墙后面接护岸。在翼墙与护岸的连接处，设置一个圆角护坡。（2）为了防止因气温变化、不均匀沉降以及地震等因素造成对建筑物的使用和安全影响，设计时预先在变形敏感部位将建筑物断开，分成若干个相对独立的单元，且预留的缝隙能保证建筑物有足够的变形空间，根据地基条件、基床厚度、温度高低以及墙身结构，间距为每20m设置一个变形缝。变形缝的厚度为两侧拐角处为一个特殊预制的沉箱，沉箱长度仍然10m，不需要额外的安装工具。（3）橡胶护舷距离两边拐角处11m开始设置，每间隔10m设置一排橡胶护舷。竖向设置离码头顶面3.5m开始设置，根据船型要求每间隔1.5m设置一个，竖向共设置6个橡胶护舷。总共设置120个D型橡胶护舷。（4）100kN系船柱距两边拐点16m，开始设置，考虑到船型以及规范要求，每隔20m设置一个橡胶护舷。橡胶护舷离码头岸线0.75m，且把系船柱设置在每两段变形缝的正中央，这样可以保证码头各部分所受的系缆力能分散开来，避免局部受力过大破坏码头的结构。6.3.3码头结构断面图和平、立面图根据断面尺寸的拟定和平立面尺寸的拟定画出码头结构断面图和码头的平立面图，码头结构断面图和平、立面图如图6.2、6.3所示：图6.2码头结构断面图图6.3码头平、立面图图6.4码头结构稳定性计算6.4.1作用分类计算作用分类计算包括结构自重力计算（永久作用）、土压力计算（永久作用）、前沿堆货引起的竖向作用（可变作用）、门机荷载产生的土压力（可变作用）以及船舶系缆力（可变作用）18。1、结构自重力（1）设计高水位情况计算图示见表6.3。（2）设计低水位情况：计算图式见表6.4。（3）施工期情况：施工期自重力由沉箱内填石（根据施工期的稳定情况，可按设计填石高度填石部分也可采取部分填石）组成，按设计高水位的情况计算19。表6.3设计高水位自重作用计算表：项目计算式Gi（kN）Xi（m）GiXi（kNm）沉箱前、后面板，纵隔墙0.6(7.10-0.4)1015603.002.501507.50沉箱侧板，横隔墙0.86.73.815305.522.50763.80沉箱底板4.40.41015264.002.50660.00沉箱前、后趾0.151021545.002.50112.50沉箱竖抹角0.026.681515.842.5039.60沉箱底抹角0.0284159.602.5024.00沉箱内填石(3.84.66.7-0.848)2102325.362.505813.40胸墙1(0.524+114)2.410624.001.50936.00胸墙213.41410476.002.00952.00胸墙30.54.41410308.002.50770.00沉箱上填料1(0.324+0.217+19.5)2.310462.303.851779.86沉箱上填料2(0.59.5+0.211+0.311)2.310129.354.35562.67沉箱后趾填石(7+7.2)0.151010213.004.851033.055780.9713446.88每延米自重578.101344.69表6.4设计低水位自重作用计算表项目计算式Gi（kN）Xi（m）GiXi（kNm）沉箱前、后面板，纵隔墙(5.125+1.615)0.610909.002.502272.50沉箱侧板，横隔墙(5.125+1.615)0.83.8460.562.501151.40沉箱底板4.40.41015264.002.50660.00沉箱前、后趾0.151021545.002.50112.50沉箱竖抹角0.02(5.125+1.515)824.002.5060.00沉箱底抹角0.0284159.602.5024.00沉箱内填石(1508.58+259)23535.162.508837.90胸墙11.5242.410864.001.501296.00胸墙213.42410816.002.001632.00胸墙30.54.42410528.002.501320.00沉箱上填料1(0.324+0.217+118)2.310657.803.852532.53沉箱上填料2(0.518+0.217+3.4)2.310402.504.351750.88沉箱后趾填石(30.1510+5.60.317)10330.604.851603.418846.2220980.62每延米自重作用884.622098.062、土压力标准值计算码头后填料为块石，=45，根据重力式码头设计与施工规范（JTS167-2-2009）第3.5.1.2条规定：（6.1）则=0.172沉箱顶面以下考虑根据（JTS167-2-2009）表B.0.3-1，查得Kan=0.16土压力标准值（JTS167-2-2009）3.5条计算：（6.2）（6.3）式中cos=1（1）码头后填料土压力（永久作用）设计高水位情况如表6.5所示：其中土压力引起的水平作用：土压力引起的竖向作用：土压力引起的倾覆力矩：土压力引起的稳定力矩：表6.5设计高水位土压力计算表层编号土层n土层厚度h（m）材料重度kN/m主动土压力系数土压力强度标准值计算EHkN/mMEHkNm/m永久作用kpa计算式数值1110.5170.2380.0000.5065.024120.5170.238=8.50.2382.0232121.359.50.3078.50.3072.6106.28459.08522（8.5+1.359.5）0.307=21.3250.3076.7003130.159.50.27121.3250.2715.7790.8967.38932（21.32+0.159.50.271=22.750.2716.1654140.5110.23822.750.2385.4153.03524.52542（22.75+0.511）0.238=28.250.2386.7245150.5100.17228.250.1724.8592.64520.06252(28.25+0.510)0.172=33.250.1725.7196167.1100.15533.250.1555.15475.66444.72162(33.25+7.110)0.155=104.250.15516.159设计低水位情况如表6.6所示：土压力引起的水平作用：土压力引起的竖向作用：土压力引起的倾覆力矩：土压力引起的稳定力矩：表6.6设计低水位土压力计算表层编号土层n土层厚度h（m）材料重度kN/m主动土压力系数土压力强度标准值计算EHkN/mMEHkNm/m永久作用kpa计算式数值1110.5170.2380.0000.5065.024120.5170.238=8.50.2382.0232121.35180.3078.50.3072.6108.55879.89522（8.5+1.3518）0.307=32.80.30710.0703130.15180.27132.80.2718.8891.38811.45032（32.8+0.1518）0.271=35.50.2719.621续表6.6设计低水位土压力计算表4140.5170.23835.50.2388.4494.73038.23142（35.5+0.517）0.238=440.23810.4725150.5170.172440.1727.5684.15031.47552(44+0.517)0.172=52.50.1729.0306165.1170.15552.50.1558.13875.769479.7062(52.5+5.117)0.155=139.20.15521.576717210 0.15521.57646.25290.43771(139.2+210)0.155=159.20.15524.676（2）堆货荷载产生的土压力如表6.7所示：土压力引起的水平作用：土压力引起的竖向作用：土压力引起的倾覆力矩：土压力引起的稳定力矩：表6.7堆货荷载层编号土层n土层厚度h（m）回填材料材料重度（kN/m3）主动土压力系数堆货荷载EqHkpaMEqHkNm/m可变作用（kpa）计算式数值1110.5碎石170.238200.2384.762.3823.44124.762121.35中砂9.5 0.307200.3076.148.2973.98226.143130.15粗砂9.5 0.271200.2715.420.816.65325.424140.5碎石11 0.238200.2384.762.3818.68424.765150.5块石10 0.172200.1723.441.7212.64523.446167.1块石10 0.155200.1553.1022.0178.14623.103、前沿堆货引起竖向作用码头前沿堆货范围按4.7m计算。码头前沿堆货产生的稳定力矩：4、门机荷载产生的土压力门机荷载按两台同时作用产生的土压力计算，每段沉箱上共作用8个轮子。考虑两种情况各种水位时，门机产生的土压力分布范围相同。（1）第一种情况：前轮220kN/轮，后轮80kN/轮门机后轮产生的附加土压力强度：式中：取0.155；取1.3m；门机后轮产生的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分别为：门机前轮产生竖向作用和稳定力矩分别为：（2）第二种情况：前轮80kN/轮，后轮220kN/轮。门机后轮产生的附加土压力强度：门机后轮产生的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分别为：门机前轮产生竖向作用和稳定力矩分别为：5、船舶系缆力船舶系缆力标准值按表6.8选取。设计船型为1000t分节驳，所以取N=100kN（6.5）（6.4）（6.6）式中分别为系缆力标准值及其横向、纵向和竖向分力（kN）; 系缆力引起的垂直作用、水平作用和倾覆力矩表6.8内河货船、驳船系缆力标准值船舶载重量DW（t）系缆力标准值（kN）DW10030100DW50050500DW10001001000DW20001502000DW30002003000DW50002506.4.2码头荷载标准值汇总经过计算，将荷载计算结果汇总，见表6.9：表6.9码头荷载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重力设计高水位578.101344.69设计低水位884.622098.06施工期358.89892.08填料土压力设计高水位20.2789.0295.28560.81设计低水位32.70141.35153.67736.22可变作用堆货土压力5.9037.5927.73213.53前沿堆货94.00249.1门机作用（情况一）178.6615.26417.36.45门机作用（情况二）71.3141.97181.5617.73船舶系缆力0.005.0050.506.4.3码头稳定性验算1、作用效应组合持久组合一：设计高水位（永久作用）+堆货（主导可变作用）持久组合二：设计高水位（永久作用）+系缆力（主导可变作用）持久组合三：设计低水位（永久作用）+堆货（主导可变作用）持久组合四：设计低水位（永久作用）+系缆力（主导可变作用）偶然组合：因该地区地震烈度为度，根据水运工程抗震设计规范（JTS-146-2012）第1.0.2条的规定可以不进行抗震计算20。2、稳定性验算根据重力式码头设计与施工规范（JTS144-1-2010）中公式3.6.1计算。（1）码头沿基床顶面抗滑稳定性验算，由可变作用产生的土压力作为主导可变作用时：（6.7）（2）码头沿胸墙的抗滑稳定性验算，系缆力为主导可变作用时：（6.8）（3）码头沿基床顶面抗倾稳定性验算，由可变作用产生的土压力作为主导可变作用时：（6.9）（4）码头沿胸墙底面前趾的抗倾稳定性验算，系缆力产生的倾覆力矩为主导可变作用时：（6.10）式中：结构重要性系数；土压力分项系数；、分别为计算面以上永久作用总主动土压力的水平分力标准值和竖向分力标准值（kN）；剩余水压力分项系数；作用在计算面以上的剩余水压力的标准值（kN）；、分别为计算面以上可变作用总主动土压力的水平分力标准值和竖向分力标准值（kN）；作用组合系数，持久组合取0.7，短暂组合取1.0；系缆力分项系数；、分别为系缆力水平分力标准值和竖向分力标准值（kN）；结构系数，无波浪作用取1.0；自重力分项系数，取1.0；作用在计算面上结构自重力的标准值（kN）；沿计算面的摩擦系数设计值；永久作用总土压力的水平分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）；剩余水压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）；可变作用总土压力的水平分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）；系缆力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）；结构自重力标准值对计算面前趾的稳定力矩（kNm）；永久作用总土压力的水平分力标准值对计算面前趾的稳定力矩（kNm）；可变作用总土压力的水平分力标准值对计算面前趾的稳定力矩（kNm）。摩擦系数设计值、结构重要性系数和稳定验算时作用分项系数按表6.106.12选取：表6.10摩擦系数设计值材料摩擦系数混凝土面