华北水利水电学院港航29班沉箱码头设计.doc

华北水利水电学院港航毕业设计 东莞 3 5 万吨级重件码头规划 布置及沉箱结构设计 Dongguan 35000 ton heavy pieces of terminal planning Layout and design of caisson structure ABSTRUCT The proposed 35000tons of heavy cargo wharf is located in southwest Dongguan Sha Tin Town in the West in the district management The port is located in Pearl River Delta the Pearl River mouth lion Ocean on the east coast from Dongguan City about 900 meters downstream of the port waterway to Hongkong about 47 miles to Guangzhou about 70kilometers from Guangzhou Xinsha port about 20 kilometers 25 kilometers east of land from the pr The harbor is apart from ocean route closer terraqueous traffic is very convenient According to the Dongguan city overall layout planning of Humen port Dongguan port Changan port to port port and Ma Sha Sha port The wharf is the Dongguan Town West administrative district the port range is not a special heavy cargo wharf berth Through the design of the Dongguan harbor heavy groceries development condition natural condition data analysis based on the design task determine its imports of general layout and handling technology And according to the import and export goods according to the characteristics of general layout scheme selection it was determined to use the program to two of the total plane Economic and technical comparison using rectangular caisson structure is reasonable and feasible KEY WORDS Dongguan port gravity wharf caisson structure heavy cargo wharf structure design 华北水利水电学院港航毕业设计 目录 第一章 总论 5 1 1 概述 5 1 2 主要设计结论 5 第二章 自然条件 7 2 1 地理位置 7 2 2 气象 7 2 3 地质 11 第三章 港口吞吐量及船型 12 3 1 吞吐量资料 12 3 2 设计船型 12 第四章 总平面布置 13 4 1 总平面布置原则 13 4 2 码头高程确定 14 4 3 泊位数计算 16 4 4 泊位长度和码头长度 17 4 5 码头前沿停泊水域和船舶回旋水域布置 18 4 6 锚地布置 19 4 7 码头堆场 库场面积计算 19 第五章 装卸工艺 件杂货 22 5 1 设计原则 22 5 2 设计主要参数 22 5 3 装卸工艺方案的确定 22 5 4 装卸工艺流程图 23 5 5 库场容量和面积的确定 23 5 6 机械设备的选型和配置 23 第六章 方案比选 27 6 1 码头结构形式选择原则 27 6 2 设计条件 29 6 3 码头结构形式 29 6 4 方案选定 30 6 5 方沉箱结构尺寸 36 第七章 水工建筑物 沉箱码头结构方案设计 38 7 1 设计依据 38 7 2 作用的分类及计算 42 华北水利水电学院港航毕业设计 7 3 码头稳定性德验算 56 第八章 沉箱结构 61 8 1 沉箱结构内力计算 61 8 2 沉箱结构配筋计算 66 参考资料 69 致 谢 70 附录 A 开题报告 附录 B 外文翻译 附录 C 设计图纸 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 4 页 共 70 页 第一章第一章 总论总论 1 11 1 概述概述 交通运输是社会经济的主要组成部分 是生产与消费的纽带 是商品流通人们交 往的基础条件 港口是水上运输的基础设施 是水陆运输的枢纽 对外贸易的门户 港口能力的大小 管理水平的高低 标志着一个国家整个经济技术发展水平 改革开 放以来 我国经济快速发展 进入 21 世纪 全球经济一体化趋势日益增强 我国现有 港口的吞吐量已远不能跟上经济的发展步伐 拟建 3 5 万吨级重件码头位于东莞市西南沙田镇境内西大坦管理区 港区地处珠 江三角洲东北部 珠江口狮子洋东岸 离东莞市拟建沙田港区下游约 900 米 水路至 香港约 47 海里 至广州约 70 公里 距广州新沙港区约 20 公里 陆路距东莞城 25 公 里 该港距远洋航线较近 水陆交通十分方便 根据东莞市虎门港总体布局规划 东莞市港区分为长安港区 沙角港区 沙田港 区和麻涌港区 拟建码头所在东莞沙田镇西大坦管理区内 目前该港区范围内还没有 一个专用重件码头泊位 1 2 主要设计结论 1 2 11 2 1 自然条件自然条件 东莞港拟建新港区的自然条件及营运资料详见第 2 章 1 2 21 2 2 总平总平面布置面布置 根据东莞港拟建新港区的自然条件及营运资料 对该港区进行总平面布置 本设计中拟新建二个码头泊位 3 5 万吨级重件码头 其年通过能力为 200 万吨 按照港区总体规划的要求 码头平面布置形式采用顺岸式 码头平台岸线总长度 为 460m 总平面布置详见第 4 章 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 5 页 共 70 页 1 2 31 2 3 装卸工艺设计装卸工艺设计 根据码头年货物吞吐量 货种 流向 车型 船型 集疏运方式 装卸要求和自 然 条件等因素综合确定装卸工艺设计方案 进而配备相应的装卸运输机械 确定装 卸工人数和司机人数 装卸工艺设计详见第 5 章 1 2 41 2 4 结构方案设计结构方案设计 根据东莞港拟建新港区的自然条件 码头的使用要求和施工条件等因素 本设计 初步拟定为重力式码头结构 拟定好沉箱码头结构各部分的尺寸后 需对尺寸进行验算 并应对码头边坡进行 稳定性验算 结构方案设计详见第 6 章 1 2 51 2 5 结构计算结构计算 对沉箱码头进行结构计算 结构计算详见第 7 章 1 2 61 2 6 配筋计算配筋计算 对沉箱结构进行配筋计算 配筋计算详见第 8 章 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 6 页 共 70 页 第二章第二章 自然条件自然条件 2 1 地理位置 拟建码头位于东莞西南沙田镇内西大坦管理区 珠江口狮子洋东岸 2 22 2 气象气象 据东莞市气象台1959 1997 年的气象观测资料统计 2 2 12 2 1 气温气温 多年平均气温 22 00C 极端最高气温 38 200C 1994 年 7 月 2 日 极端最低气温 0 500C 1957 年 2 月 11 日 历年平均 350C 的日数 4 9 日 2 2 22 2 2 风风 常风向为北西北 频率为 39 1 平均风速 1 9m s 最大风速 20m s 冬季风向偏 北 夏季风向偏南 春秋两季以北风居多 年大风日数在 5 10d 之间 大风以夏冬两 季较多 春秋两季较少 本地区东风为常风向 频率 13 其次为东北 东北东风向 频率 9 强风向以 南 北风为主 频率 8 其次为东南 南东南风 频率为 5 4 年平均风速为 1 9m s 实测最大风速为 20 0m s 对应风向为北 东北 东东北 东 风速大于 10m s 的大风日数为 1 5 日 风速大于 17m s 的大风日数为 0 1 日 年平均风速及风向玫瑰图如下 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 7 页 共 70 页 台风 对本区影响期为 4 月至次年 1 月 以 7 9 月为盛行期 平均年次数为 2 6 次 台风风向为东南东向 最大风速 26m s 瞬时风速为 35m s 2 2 32 2 3 降雨降雨 多年平均降水量 1774 1mm 历年最大降水量 2394 9mm 历年最小降水量 972 2mm 最长连续降水量 481 3mm 日最大降水量 367 8mm 多年日降水 10mm 的天数 46 9 天 多年日降水 25mm 的天数 21 0 天 多年日降水 50mm 的天数 7 7 天 多年日降水 100mm 的天数 1 4 天 雨季月份 4 9 月 降雨日数占全年的百分比 40 8 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 8 页 共 70 页 2 2 42 2 4 雾雾 多年平均雾日数 能见度 1000m 5 7 日 最多年份日数 15 日 年分布情况 1 4 月多 6 8 月少 日分布情况 早晨多 午间少 雾日占全年的百分比 1 56 2 2 52 2 5 湿度湿度 多年平均相对湿度 79 最高相对湿度 100 湿度年分布情况 3 9 月 2 2 62 2 6 日照日照 历年平均日照时间 1932 小时 2 2 水文 2 3 12 3 1 潮汐潮汐 1 潮型 珠江河口区域的潮性系数在 0 94 1 77 之间 属不正规半日混合潮型 即每日出现两 次高潮和两次低潮 但有日不等现象 2 基准面 据潮位资料分析 利用本工程上游的坭洲头及下游的仙屋处的基面关系 按距离插值 求得码头所在河段各基准面关系如下 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 9 页 共 70 页 3 潮汐特征值 以当地理论最低潮起算 据泗盛站资料统计 1964 1978 年 高低潮 1964 1992 年 历年最高潮位 4 23m 1989 年 历年最低潮位 0 12m 1968 年 平均海平面 1 86m 平均高潮位 2 65m 平均低潮位 1 04m 涨潮最大潮差 3 02m 落潮最大潮差 3 35m 平均潮位 1 61m 平均涨潮历时 5 时 45 分 平均落潮历时 6 时 45 分 4 设计水位 设计高水位 3 26m 设计低水位 0 55m 极端高水位 4 34m 极端低水位 0 16m 5 台风增水 据 1956 1980 年统计 泗盛站高潮时相对台风增水最大值为 1 27m 2 3 22 3 2 潮流潮流 本河段潮流为往复流性质 一般落潮流大于潮流 大虎附近落潮最大流速 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 10 页 共 70 页 1 44m s 涨潮流速 1 32m s 干流河段涨潮最大流速 1 Om s 左占 平均流速在 0 5m s 左右 流向基本与河道走向一致 2 3 32 3 3 波浪波浪 虎门以内的河段 外海波浪对水工建筑物无显著影响 主要影响为小风区波浪和 船行波 因风区较短 故波浪作用较小 虎门内河段 50 年一遇设计波要素 H 小于 1 5m 2 3 42 3 4 泥沙动力特性泥沙动力特性 在码头上游狮子洋水道中 泥沙主要来源于东江南支流 出东江南支流的泥沙一 部分在河口下游左岸的西大坦水域堆积 一部分进入狮子洋水道随潮汐涨落作往复运 动 一部分悬移物质在盐水楔作用下絮凝沉降加积于狮子洋两岸滩地 大部分输向伶 仃洋 码头处河道深槽边缘为沙质堆积 近岸带则为粉砂淤泥物质 而西大坦河段平均 含沙量为 0 143kg m3 枯季大于洪季 海域泥沙来源较小 对本河段泥沙作用影响相 对较小 由于西大坦不断围恳 虽深水区域离岸较近 但淤涨仍在发展 据南科院水流泥 沙数值计算报告 沙田港区顺岸式码头港池平均淤积厚度为 0 76m 年 2 3 地质 本工程所在西大坦地貌类型主要为冲积平面 根据地质钻探资料 工程地质层自 上而下分述如下 1 人工填土层 以吹填砂为主 厚度为 2 00 3 00m 力学性质差 2 软土层 主要为 Q4al 淤泥 淤泥质土 呈流塑状 平均标贯击数为 1 9 击 呈层状分布 夹有粉细砂薄层或透镜体 厚度为 3 30 12 00m 3 砂性土层 主要为 Q4al 中 粗砂 含少量粉细砂 松散 稍密 平均标贯 10 击 承载力标准值 fk 130kPa 呈层状分布 厚度 5 70 17 50m 常夹淤泥薄层 4 卵石层 Q4al 之卵砾石层 饱和 密实 平均标贯击数为 21 0 击 承载力标 准值 fk 340kPa 厚度 2 00 7 70m 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 11 页 共 70 页 5 强风化岩层 大部分矿物成分风化成土的砂岩层 受地下水浸泡 标贯击数 偏低 N 8 4 14 9 击 厚度 0 9 3 00m 建议承载力标准值 fk 300kPa 桩端承载力 标准值 3000kPa 6 中风化岩层 主要为砂岩 薄层状构造 裂隙发育 厚度 0 60 2 00m 承载 力标准值 fk 1100kPa 7 微风化岩层 薄层状构造砂岩 裂隙不发育 揭露厚度 0 50 1 50m 承载力 标准值 fk 2000kPa 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 12 页 共 70 页 第三章第三章 港口吞吐量及船型港口吞吐量及船型 3 1 吞吐量资料 根据东莞港区腹地内国民经济的发展情况 生产所需原料 燃料 产品外销量及 进口货物的情况等综合分析腹地主要货物的运量 然后通过水陆合理分流的原则 得 出东莞港 1000 万吨级钢铁项目总运量为 120 万吨 年 其中水路运输为 130 万吨 年 铁路运输为 100 万吨 年 公路运输量为 80 万吨 年 根据主体厂区和配套厂区的水路 运输量 确定码头吞吐量为 200 万吨 年 3 2 设计船型 据水域和岸线条件 拟建一座 35000 吨级重件码头 设计船型尺寸 船长 L 为 190m 型宽 B 为 26m 型深 H 为 14 6m 满载吃水 T 为 10 8m 码头岸线长 430m 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 13 页 共 70 页 第四章第四章 总平面布置总平面布置 4 1 总平面布置原则 1 港口应根据客运量 货运量 货种 流向 集疏运方式 自然条件 安全和环境 保护等因素 合理划分港区 2 在布置港区时 应考虑风向及水流流向的影响 对大气环境污染较大的港区宜布 置在港口全年常风向的下风侧 对水环境污染较大的港区或危险品港区宜布置在港口 的下游 并与其它港区或码头保持一定的安全距离 3 港区总平面设计 应在港口总体规划的基础上 根据港区性质 规模 装卸工 艺要求 充分利用自然条件 远近结合 合理布置港区的水域 陆域 4 顺岸式码头的前沿线位置 宜利用天然水深沿水流方向及自然地形等高线布置 并应考虑扩建时经济合理地连成顺直岸线的可能 码头前应有可供船舶运转或回旋的 水域 同时应考虑码头建成后对防洪 水流改变 河床冲淤变化 岸坡稳定及相临泊 位等的影响 5 港区陆域平面布置和竖向设计 应根据装卸工艺 港区自然条件 安全 卫生 环保 防洪 拆迁 土石方工程量和合理利用土地等因素合理确定 并应与城市规划 和建港的外部条件相协调 要节约用地 少拆迁 陆域前方应布置生产性建 构筑物 及必要的生产辅助建筑物 其后布置生产辅助建筑物 生活区的布置应符合城镇规划 的要求并宜接近作业区 6 作业区内部 应根据装卸工艺流程和所需的码头 库场 铁路 道路及其他建 构筑物的数量与布置上的要求 按照以近期为主 并考虑到发展的可能性合理布置 7 作业区中建 构筑物的布置应力求紧凑 但其相互间的距离必须符合现行的 建 筑设计防火规范 及其他有关的专业规范的要求 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 14 页 共 70 页 4 2 码头高程确定 4 2 1 码头设计水位和高程 根据前面所给设计资料 设计高水位取港址处 5 的洪水频率水位 为 36 00m 设 计低水位取水库枯水期正常蓄水位 29 70m 校核高 低水位同设计高 低水位 见表 4 1 表表 4 14 1 码头设计水位和高程表码头设计水位和高程表 高程类别设计高水位设计低水位极端高水位极端低水位 高程 m 3 260 554 34 0 16 4 2 2 码头前沿设计高程 依据 海港工程设计规范 相关内容 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安全停靠的水深 其深度可按下式确定 4 1 1234m DTZZZZ 4 2 24 1 ZKHZ 式中 码头前沿设计水深 m m D 设计船型满载吃水 m 根据资料取 10 8m T 龙骨下最小富裕深度 龙骨下最小富裕深度取 0 6m 按岩土考虑 1 Z 波浪富裕深度 当计算结果为负值时 取 0 值 2 Z 船舶因配载不均匀增加的船尾吃水 杂货船不计 取 0m 3 Z 备淤富裕深度 m 根据回淤强度 维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能 4 Z 确定 不小于 0 40m 去 0 8m K 系数 顺浪取 0 3 横浪取 0 5 最终得码头前沿设计水深 码头前允许停泊的浪高 m 波列累积频率为4 的波高 根据当地波 4 H 浪和港口条件确定 开敞式码头泊稳标准取值随船舶吨位大小 浪向 作业性质的不同 允许停泊波高可能在0 8 2 0m 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 15 页 共 70 页 24 1 0 3 0 80 60 36 0 ZKHZ 上 1234 12 2 m DTZZZZm 而依据所给设计资料 码头前沿设计低水位为 0 55m 4 2 3 码头面标高 根据 港口规划与布置 相关内容 码头面应满足不被波浪淹没的要求 且不考 虑上部结构直接受波浪力作用 一般采用下式计算 4 3 hHWLE 0 式中 设计高水位 m 在此取为 3 50m HWL 设计高水位时的 50 年一遇波列 H1 波峰面高度 m 取为 1 5m 0 码头上部结构高度 m 在此取为 1 0m h 波峰面以上至上部结构底面的富裕高度 m 一般取 0 0 1 0m 在此 取为 0 2m 3 5 1 5 1 0 26 2E 所以码头前沿顶高程确定为 6 21m 表表 4 24 2 码头高程汇总表码头高程汇总表 高程类别设计高水位设计低水位码头面标高 高程 m 3 260 556 20 4 2 4 设计水位差 3 26 0 552 71Hm 4 2 5 航道通航水深 00123 10 80 600011 4DTZZZZm 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 16 页 共 70 页 4 2 6 进港航道宽度 4 CBAW 2 4 A 航迹带宽 平均风速小于 2 0 米每秒 取 2B 4 5B 取 3B 为 78 米 根据 港口总平面布置 P82 表 5 4 A n Lsin B B 船宽 26 米 C 船舶与航道底边间富裕宽度 取 0 5B 为 13 米 根据 港口规划与布置 P82 表 5 5 L 设计船型长度 风 流偏压角 平均风速 1 0m s 1 9m s 根据 根据 港口总平面布置 P82 表 5 4 A n Lsin B 1 69 190sin7 26 83 1 A 3B 2B 4 5B 满足要求 C 0 5B 5 4 m 取 200m 2 8026 13199Wm 图图 4 14 1 航道宽度示意图航道宽度示意图 b 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 17 页 共 70 页 4 3 泊位数计算 4 3 1 泊位数的确定 根据 河港工程总体设计规范 JTJ212 2006 4 10 条码头泊位年通过能力 按下式 计算 4 5 t n P Q N 4 6 2424 y t f z TG P t t t 式中 N 泊位数目 一个泊位年通过能力 t t P 码头年吞吐量 t n Q 泊位年营运天 取 350 天 y T y T 装卸一艘设计船型所需时间 h 175h z t z t P G35000 200 船时效率 t h 重件杂货取 200t h G 设计船型在本港得装载 p 量 取 G 35000t 船舶辅助作业等时间之和 按 河港工程总体设计规范 f t 昼夜非生产时间之和 可取 2 4h t 泊位利用率 取 0 56 0 75 表表 4 3 泊位利用率泊位利用率 散货件杂货货种及 泊位数 12 3 412 3 4 集装箱 油品及 石油化 工 泊位利 用率 0 60 0 65 0 62 0 7 0 65 0 75 0 65 0 7 0 68 0 72 0 70 0 75 0 55 0 7 0 55 0 65 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 18 页 共 70 页 在此设计中取值 0 70 表表 4 4 泊位数计算表泊位数计算表 n Q t G t p t h z t h f t h y T d t P t N 20000000 73500020017523502376591 96 根据计算结果 布置两个泊位 4 4 泊位长度和码头长度 1 码头泊位长度按下式计算 端部泊位 4 7 1 1 5 b LLd 中间泊位 4 8 2b LLd 式中 L 设计船型长度 m d 泊位富裕长度 m 其中 富裕长度根据 河港工程总体设计规范 JTJ212 2006 第 3 3 2 条规定 表表 4 44 4 普通泊位的富裕长度普通泊位的富裕长度 设计船型长度 Lm L 40 40 85L85 150L150 200L 直立式码头58 1012 1518 20富裕长度 dm 斜坡码头或浮式码头89 1516 2526 35 注 相邻两泊位船型不同时 值应按较大船型选取 d 图图 4 24 2 泊位长度示意图泊位长度示意图 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 19 页 共 70 页 2 码头前沿线长度的确定 取 470m 20 1 5 19020 19020 1 5460 m L 4 5 码头前沿停泊水域和船舶回旋水域布置 此节内容参照 海港工程总体设计规范 送审稿第 3 2 节相关内容确定 4 5 1 码头前沿停泊水域 1 水域范围 在水流急流的河段 在同一泊位停靠 1 艘船舶时 码头前沿 2 5 倍设计船宽 B 2 5B 2 5 26 65m 取码头前沿停泊水域宽度为 65m 2 回旋水域 回旋水域是供船舶在码头前回旋调头所用的 应设置在进出港口或方便船舶靠离 码头的地点 单船的回旋水域沿水流方向的长度 不宜小于单船长度的 2 5 倍 当流 速大于 1 5 米每秒时 水域长度可以适当加大 但不大于船长的 4 倍 考虑到汛期时 期水流流速可能大于 1 5 米每秒 取 D 2 5L D 2 5L 2 5 190 475 m 4 6 锚地布置 此节依据 海港工程总体设计规范 JTJ212 2006 3 6 条及附录 A 相关内容确定 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 20 页 共 70 页 由于码头前沿面临潘阳湖 水域面积广大 水深也较大 经比较拟选用抛锚系泊 依据规范附录 A 1 1 条 抛锚系泊每锚位面积可按下式计算确定 aSAm 4 9 式中 锚位面积 m A 2 m S 锚位沿水流方向长度 m 可按表 A 1 1 选取 S 取 1 6 2 0 L 取 2L 为 380m a 锚位宽度 m 查附录 A 表 A 1 1 知 a 取值范围为 4 0 4 5 B 取 4B 为 104m 每锚位面积 380 104 39520aSAm 2 m 4 7 码头堆场 库场面积计算 此节依据 海港工程总体设计规范 JTJ212 2006 第 4 11 节相关内容确定 4 7 1 堆场 库场面积计算 1 堆场所需容量计算 根据规范第 4 11 1 条相关内容 件杂货和散货的仓库或堆场所需的容量按下式计 算确定 4 10 BK hr dc ykk QKK Et T a 4 11 max BK H K H 式中 仓库 堆场容量 t E 年货运量 t h Q 仓库 堆场不平衡系数 BK K 月最大货物堆存天 d max H 月平均货物堆存天 d H 货物最大入库 入场的百分比 依据装卸手册 取 0 85 r K 仓库 堆场年营运天数 d 可取 350 365d 根据气象及水文资料 其可 yk T 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 21 页 共 70 页 常 年营运 取为 350d 货物在仓库 堆场的平均堆存期 d 依据总体设计规范 在此取为 dc t 10d 堆存容积利用系数 对件杂货取 1 0 对散货取 0 7 0 9 k a 1 4 BK K 68000 2000000 1 4 0 85 10 350 1 0 E 2 堆场所需面积计算 堆 库场面积由 海港总平面设计规范 海港工程设计手册 计算如下 4 12 k E A qk 式中 库 场 总面积 A 单位有效面积的货物堆存量 t 取 4t q q 库 场 总面积利用率 取 0 75 k k k k 堆场面积 取 32000 2 68000 22667 4 0 75 Am 2 m 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 22 页 共 70 页 第五章第五章 装卸工艺 件杂货 装卸工艺 件杂货 5 1 设计原则 装卸工艺的设计原则应遵循和贯彻港口发展规划 结合考虑港口及水陆路运输 工艺流程简捷 作业环节协调 车船周转迅速 装卸作业系统的选型应符合国家有关 技术政策 并在兼顾当前现代化建设发展的基础上 结合工程需要 力求技术先进 实用 装卸工艺是港口码头的基本生产工艺 是港口生产活动的基础 合理的 装卸工艺 是港口码头增大通过能力 提高装卸效率 降低装卸成本 加速车船周转 缩短货运期限 提高货运质量 减轻劳动强度和改善劳动条件的重要物质基础和技术 条件 因此 设计出技术先进 经济合理 安全可靠的装卸工艺流程 来完成港口一定 的货物吞吐任务 是提高港口经济效益和社会效益的重要途径 5 2 设计主要参数 1 年设计吞吐量 80 万吨件杂货 2 设计船型 35000 吨重件杂货船 3 年作业天数 码头前沿 310 天 堆 场 350 天 4 作业班次 三班制 5 3 装卸工艺方案的确定 本码头货种为重件杂货 吞吐量较大 拟采用门座式起重机 平板车装卸重件杂 货 前方堆场与后方库场之间也考虑轮胎吊进行运输 前方堆场与后方库场之间采用 平板车作水平运输 选择理由 门座式起重机具有起升高度大的特点 还能立体交叉 作业 具有幅度大 工作区域宽广 起重量大 通用性好等优点 对于长大五金钢 材 机械设备等物件 门座式起重机可直接吊放在其后轨幅度范围内的一线堆场上 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 23 页 共 70 页 并将这些货物再行装船或装车 减少流动机械搬运作业 轮胎吊可做短距离水平运输 和载重汽车 平板车 5 45 4 装卸工艺流程图装卸工艺流程图 图图 5 15 1 件杂货装卸工艺流程图件杂货装卸工艺流程图 船舶码头前沿钢材堆场钢厂生产区 门座式起重机轮胎吊 平板车 轮胎吊 平板车 汽车 5 55 5 库场容量和面积的确定库场容量和面积的确定 第四章已求得堆场面积和库场面积 根据 海港装卸工艺 因为有一线仓库存在 所以按规范中的 a b 情况计算设计 综合港口现状 选择 b 方案 即前方道路在起重机内侧轨道与前沿堆场之间 前方作 业地带则计至一线仓库 前方道路宽取 7m 与前沿堆场见预留 1 5m 前沿堆场宽度取 15 至 20m 间 门座式起重机与物流机械交接作业宽度取 8m 此时前沿堆场作业通道宽 度为 8 7 15 m 仓库前后装卸制动距离取 4 5m 汽车取 6m 堆场到仓库距离为 6 8 14 m 两侧轨道与货堆场边距离留 1 到 2 米宽 轨道中心线至码头前沿线 2 5m 由于港区穿越马路 所以前沿作业地带与堆场设置引桥 单车道 4 5m 双车道 9m 港区主干道取 15 或 20 米 次干道取 8 或 10 米 支路取 4 到 5 米 5 65 6 机械设备的选型和配置机械设备的选型和配置 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 24 页 共 70 页 码头的装卸机械以其在泊位的作业功能来划分 主要包括 装卸船机械 水平 运输机械 装卸车机械 拆码垛及船舱内作业机械 目前 装卸船最常用的机械有 门座起重机 轮胎式起重机 船舶吊杆和装卸桥 水平运输设备主要有 牵引车 平 板车 叉式装卸车 拆码垛设备有 轮胎吊 轨道式龙门起重机 叉式装卸车和单斗 装卸机等 本节内容参照 港口装卸机械 第二版 港口装卸工艺学 及其它内河相 关工程确定选用 表表 5 15 1 港口机械选择表港口机械选择表 类别机械类型所选机械优点缺点 装卸船机械门座式起重机 起升高度大 臂幅大 工作区 域大 使用灵活 定位性好 起重 量大 通用性好 价格高 使用的成本 维修费用和能耗都较 大 自重大 对码头 结构强度的要求高 造价高 水平运输机械牵引车平板车 拖带量大 占地 少 效率高 仓库机械轮胎吊 成本低 占地少 灵活多用 效率低 件杂货码头 堆场机械轮胎吊灵活 效率高维修费和造价高 5 6 1 装卸船机械 根据网上最新资料 拟选用10t 30m型号门座式起重机 具体参数如表 5 2 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 25 页 共 70 页 表表 5 25 2 门座式起重机参数表门座式起重机参数表 起重量 t 10 尾部旋转半径 m 轨上 30 起升速度 m min 27 起升高度 m 轨下 9 旋转速度 转 min 1 5 最大 30 变幅速度 m min 15 工作幅度 m 最小 8 5 行走速度 m min 17 最大高度 m 最大轮压值 KN 95 门架净空高度 m 参考价格 万元 30 轨距 m 10 5 设计制造单位上海港机厂 根据总体设计规范 4 11 15 相关内容 钢铁码头装卸机械数量按下式确定 5 1 jjL j j PK Q N 8760 式中 某种装卸机械数量 台 j N 某种装卸机械分货种的年起重运输吨 t j Q 机械利用率 应按各港统计资料确定 新建港区也可按下值选用 一班 jL K 制取 0 05 0 20 两班制取 0 30 0 35 三班制取 0 40 0 50 电动 机械取大值 内燃机械取小值 在此按三班制取为 0 45 各种装卸机械按不同操作过程装卸或搬运不同货种的台时效率 吨 台时 对 j P 于门座式起重机的台时效率为 50t h 对于堆场及库场起重量为 3t 叉 车台时效率取为 15 25 在此取 25t h 对于牵挂车 台时效率为 25t h 可计算出件杂货码头与集装码头所需机械数量 计算表格见 表 5 3 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 26 页 共 70 页 5 6 2 水平搬运机械 2 个泊位 2 条装卸作业线 每条作业线布置 2 台牵引车和 3 组平板车 共 布置 4 台牵引车和 6 组平板车 5 6 3 库 场 装卸车机械 2 条作业线各配备 2 台轮胎式起重机 其中的 2 台用于废钢堆场 火车的装卸作业 因此 此方案也需配备 4 台轮胎式起重机 表表 5 35 3 码头装卸机械数量一览表码头装卸机械数量一览表 机械数量 台 机械类型件杂货码头 门座式起重机 2 轮胎吊 4 牵引车 4 平板车 6 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 27 页 共 70 页 第六章第六章 方案比选方案比选 6 16 1 码头结构形式选择原则码头结构形式选择原则 6 1 1 结构选型基本原则 结构形式选择要贯彻经济 实用 耐久的指导思想 并应进行综合分析比较 全面规划 远近结合 应结合港口的规划要求 对码头负荷能力及浚深的预 留等 进行充分的研究 以便适应今后发展的需要 因地制宜 根据具体实用要求 自然条件和施工条件等选择结构形式 应避 免脱离工程实际 片面强调或夸大某一方面的因素 积极采用科学技术新成果 就地取材 因材设计 充分利用当地材料资源 结合我国实际情况 积极而慎重地引用国外新的码头结构型式和新的结构材 料 6 1 2 结构选型三要素 港口水工建筑物是港口工程的一项主体工程 作用在港口水工建筑物上的荷载比 较复杂 包括自然荷载 使用荷载和施工荷载等 因此 在进行码头结构型式选择时 要根据拟建港区的自然条件 码头的使用要求和施工条件等因素确定选用何种结构型 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 28 页 共 70 页 式 1 自然条件与码头结构型式的关系 自然条件一般是确定结构型式的决定性因素 而且是影响码头造价的主要因素 水文条件 水文条件一般决定着码头以何种方式进行施工 当水位差较小时 由于受施工水位变化不大的影响 一般采用直立式码头 且码 头的上部结构不能做的太高 当水位差较大且设计靠泊船型较大时 可采用直立式码头 码头的上部结构可做 的较高 设计靠泊船型较小时 为适应水位差较大的影响 一般采用斜坡式码头或浮 码头 地质条件 码头结构型式的选择必须与拟建港区的地质条件相适应 对于岩石 砂及较硬的 粘土 其内摩擦角大于 地基一般多采用重力式结构 对于中等密实的土壤地基且 25 其下部无较坚硬的持力层时 一般多采用板桩结构 对于上部地基软弱 如淤泥质粘 土或淤泥 而在地基的适当深度处存在较坚硬的持力层时 主要采用高桩码头 河势条件 河势也是决定码头结构型式的一个主要因素 当河道较窄或新建码头会较大的改变河势 水流 冲淤条件 时 考虑到防洪要 求 应采用对河势影响小的透空式码头结构 当河道较宽或新建码头对河势的改变较小时 码头结构型式对防洪的影响较小 可采用实体式或透空式码头结构 2 使用要求与码头结构型式的关系 在一定的自然条件下 码头的使用要求是码头结构型式选择时的决定因素 结构 型式必须满足码头使用上的要求 使用上对结构型式的要求 主要有以下几个方面 满足码头总平面布置的要求 对于布置在掩护条件较差区域的码头 应满足船舶的泊稳要求 应选择透空式 局部透空式码头结构型式 满足码头装卸工艺的要求 要求对装卸工艺变化的适应性强时可选用重力式码头 对装卸工艺变化的适应性 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 29 页 共 70 页 要求不高时可选用板桩码头或高桩码头 满足码头使用荷载的要求 要求对码头地面超载的适应性强时可选用重力式码头 对码头地面超载的适应性 要求不高时可选用板桩码头或高桩码头 满足结构使用耐久的要求 要求在各种可能的最不利荷载组合的作用下 码头结构具有足够的强度和整体稳 定性 且不得发生较大的位移和沉降而影响使用 满足码头附属设施安装方便的要求 应使码头结构型式便于附属设施的安设 并使其经常保持良好的技术状态 保证 使用方便 易于维修 3 施工条件与码头结构型式的关系 施工条件主要是指目前国内施工的技术水平 施工设备的能力以及拟建港区当地 已有的预制厂的规模及能力等 就施工设备的能力来看 由于一般的内河并没有打桩船设备 所以内河港的桩基 一般采用钻孔灌注桩 但在长江干线上有打桩船设备的地区 也可采用预制桩 6 26 2 设计条件设计条件 6 2 1 设计船型 设计船型为 35000DWT 件杂货船 其尺度如下 船长为 190m 船宽为 26m 满载吃水为 10 8m 6 2 2 结构安全等级 对于一般港口的主要建筑物 结构安全等级为 2 级 6 2 3 自然条件 1 水文 河势 地形地貌及地质条件 详见第 2 章 2 风况 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 30 页 共 70 页 设计风速取最大风速m s 22V 3 水流 码头前沿水流设计流速取m s 水流流向与船舶纵轴接近平行 水流流向角 1 0V 1 5 按深仓计算 11 3 1 88 6 H L 沉箱内填块石 45 取 2 45 30 3 3 11kN m 根据 JTJ290 98 附录 F 第 F 0 1 条中的公式计算 1 tan 1 sin Az z Xz e A K KU AK S 上上 式中 L 矩形仓的横截面内缘的最大边长 m 垂直压力标准值 kPa z 侧压力标准值 kPa X A 系数 1 m K 仓内填料的侧压力系数 填料内摩擦角 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 55 页 共 70 页 U 仓的横截面内周长 m 填料与仓壁之间的外摩擦角标准值 可取 2 3 S 空腔横截面面积 2 m H 仓内填料高度 m Z 计算点距填料顶面的深度 m 当计算仓底板上的垂直压力时 取H 仓内填料重度标准值 kN m 水下时 11 kN m 各参数计算如下 K 1 sin 1 sin 45 0 293 U 2 4 6 6 0 21 2 m S 4 6 6 0 27 6 2 m tan0 293 21 2 tan30 0 130 1 m 27 6 KU A S 上上 贮仓压力计算结果如下表所示 表表 7 67 6 贮仓压力计算表贮仓压力计算表 贮仓压力 kPa Z m 0 00 3 50 7 00 10 50 z 1 e AZ A 0 00 30 93 50 56 63 01 贮仓压力 kPa Z m 0 00 3 50 7 00 10 50 x zK 0 00 9 06 14 81 18 46 压力分布见前面的各计算简图 7 2 7 施工期沉箱沉放时面板所受水压力计算 经计算分析 沉箱面板所受水压力最大时 是在箱内灌水1 5L 深度时 故只计算 沉 箱下沉中 箱内灌水1 5L L 4 6m 深度时的水压力 1 沉箱总重 根据极端高水位自重作用计算表计算的结果得 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 56 页 共 70 页 9996 07 25 15 16660 12 kN i G 加入 1 5L 深水后的沉箱总重为 22 11 G 16660 12 4 6 6 0 6 9 0 26 9 4 0 2 5 84 4 2 22 10 25 8 16660 12 15538 34 32198 46 kN 2 沉箱体积计算 3 G32198 46 V 3141 3 m 10 25 上 3 1 00 8 V 3141 3 2 1 0 20 3105 3 m 2 3 沉箱吃水计算 V3105 3 T 11 9 m A20 13 4 沉箱面板所受土压力 P 11 9 10 25 6 9 10 25 51 25 kPa 沉箱面板所受水压力分布图如下图所示 51 25kpa 11 90 70 73kpa 6 90 图7 4 沉箱下沉水压力分布图 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 57 页 共 70 页 7 2 7 码头荷载标准值汇总 经过以上计算后 把码头所受的各种荷载计算的结果汇总如下表 7 7 所示 表表 7 77 7 码头荷载标准值汇总表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 极端高水位3099 69 22138 59 设计高水位3229 43 23086 90 设计低水位3497 85 24673 01 自重力 施工期1769 47 12636 17 极端高水位66 25 301 49 927 50 1942 20 设计高水位70 81 326 01 991 34 2140 04 永久作用 填料土压力 设计低水位82 27 379 71 1151 78 2520 83 堆货土压力14 08 88 21 197 12 823 07 前沿堆场360 00 3240 00 门机作用174 32 27 30 686 91 136 50 可变作用 船舶系缆力 5 18 9 66 191 10 7 3 7 3 码头稳定性验算码头稳定性验算 7 3 1 作用效应组合 持久组合一 极端高水位时 永久作用 堆货 主导可变 系缆力 非主导可变 持久组合二 设计高水位时 永久作用 堆货 主导可变 系缆力 非主导可变 偶然组合 因防城港有关地震方面的测量资料显示该地区的地震烈度为 6 度 根 据 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 58 页 共 70 页 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 7 3 2 沿基床顶面的抗滑稳定性验算 根据 重力式码头设计与施工规范 JTJ290 98 第 3 6 1 条的规定 不考虑考虑波浪作用 堆货土压力为主导可变作用时 按 JTJ290 98 中公式计算 7 0 1 EHPRRHEqHGEVEqV d EPEGEEf 14 式中 各项分项系数 根据作用效应的不同按 JTJ290 98 第 3 6 1 条中的规定取值 各作用的标准值按前面的码头荷载标准值汇总表 7 7 中对应的数值选取 码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算如表7 8 所示 7 3 3 码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算 根据 JTJ290 98 第 3 6 3 条的规定进行抗倾稳定性验算 不考虑波浪作用 堆货土压力为主导可变作用时 按 JTJ290 98 中公式 3 6 3 4 计 算 0 1 EEHPRPREEqHGGEEVEEqv d MMMMMM 码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算如表7 9 所示 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 59 页 共 70 页 东莞 3 5 万吨级重件码头 沉箱结构 第 60 页 共 70 页 表表 7 87 8 头沿基床顶面的抗滑稳定性验算表头沿基床顶面的抗滑稳定性验算表 组合情况 项 目 土压力为主导可变作用时 0 E1EH E2EqH PRPRH GG E1EV E2EqV f d 系数 0 E1EH E2EqH PRPRH结果 d GGEVEqVf结果结论 持久组合一1 001 35301 491 2588 210 701 409 66526 741 101 003099 6966 2514 080 601749 12稳定 持久组合二1 001 35326 011 2588 210 701 409 66559 841 101 003229 4370 8114 080 601823 25稳定 表表 7 97 9 码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算表码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算表 组合情况 项目 土压力为主导可变作用时 0 E1MEH E2MEqH PRMPR GMG E1MEV E2MEqV d 系数 0 E1MEH E2MEqH PRMPR结果 d GMGMEVMEqV结果结论 持久组合一1 00 1 351942 201 35823 070 701 40191 103920 391 10 1 0022138 59927 50197