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重力式码头设计简介 二零零九年十月 2 第1章 平面设计 第2章 水工结构设计 第3章 工程实例 内容提要 3 1 平面布置应符合当地规划 合理利用自然条件 远近结合和合理分区 并留有综合开发的余地 考虑波浪及潮流影响 合理布置码头水域及陆域 2 港口平面布置 应力求各组成部分之间的协调配合 有利于安全生产和方便船舶及物流运转 3 平面设计应考虑方便施工 并根据建设条件 注意施工场地的安排 4 充分考虑社会 经济和环境三方面的综合效益 平面布置应结合地区环境质量要求 尽量减少本工程对周围生态环境的不利影响 5 应满足环卫 防火 安全等技术规程和规范的要求 做到技术上可行 经济上合理 第一章平面设计 1 1平面布置的基本原则 4 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 1 泊位数的确定 式中 N 泊位数Q 码头年作业量 指通过码头装卸的货物数量 包括船舶外挡作业的货物数量 根据设计吞吐量和操作过程确定 Pt 一个泊位的年通过能力 5 第一章平面设计 式中 Pt 泊位年吞吐能力 Ty 码头年营运天 根据实际情况确定 tz 装卸一艘设计船型所需的时间 t td 昼夜小时数 取24h t 昼夜非生产时间之和 包括工间休息 吃饭及交接班时间 根据实际情况确定 可取2 4小时 tf 船舶的装卸辅助作业 技术作业时间以及船舶靠离泊时间之和 KB 港口生产不平衡系数 G 设计船舶实际载重量 P 设计综合船时效率 1 2港口主要规模的确定 6 第一章平面设计 tf 船舶的装卸辅助作业 技术作业时间以及船舶靠离泊时间之和 h 船舶的装卸辅助作业 技术作业时间指在泊位上不能同装卸作业同时进行的各项作业时间 当无统计资料时 部分单项作业时间可采用规范中表5 8 2中的数值 船舶靠离泊时间与航道 锚地 泊位前水域及港作方式等条件有关 可取1 2h 部分单项作业时间表5 8 2 1 2港口主要规模的确定 7 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 8 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 1 港内水域包括船舶制动水域 回旋水域 码头前沿停泊水域 港池 连接水域以及航道 锚地等 各水域应根据具体情况组合设置 必要时可单独设置 2 船舶制动水域宜设在进港方向的直线上 当布置有困难时 可设在半径不小于3 4倍设计船长的曲线上 船舶的制动距离可取3 4倍设计船长 当进港条件较差时 对50000t以上的重载船舶 其制动距离可适当加大 但不宜超过5倍的设计船长 3 船舶回旋水域应设置在进出港或方便船舶靠离码头的地点 回旋水域的设计水深可取航道设计水深 9 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 受水流影响较大的港口 垂直水流方向的回旋水域宽度为 1 5 2 0 L 沿水流方向的长度为 2 5 3 0 L 10 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 4 码头前沿停泊水域为码头前2倍设计船宽的水域范围 停泊水域的设计水深与码头设计水深一致 5 顺岸码头前沿港池 当考虑船舶转头要求时 其宽度不应小于1 5L 对多泊位连续布置的顺岸码头 当水域狭窄或疏浚困难时 经技术论证 可在码头两端设置回旋水域 但码头前沿港池宽度不应小于0 8L 6 港池和航道间的连接水域 应满足船舶进出港池的操作要求 其尺度可根据港池与航道间的夹角和船舶转弯半径确定 船舶转弯半径 自航为3L 拖船协助作业为2L 当船舶不能在港池内转头时 连接水域的尺度尚应满足船舶船头的要求 其水深与航道设计水深一致 11 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 7 口门的布置 防波堤和口门的布置应使港内有足够的水域 良好的掩护条件 适应远期船型发展 减少泥沙淤积及有利于减轻冰凌的影响 并应较少防波堤的长度 口门宜设在天然水深较深的位置 口门方向应与进港航道相协调 航道中心线与强浪向之间的夹角宜为30o 35o 但口门的方向也要保证强浪进港的主轴线不直射码头的主要部位或反射性较强的直立式岸壁 口门的宽度 12 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 8 进港航道的布置 航道选线应结合港口总体规划 适当留有发展余地 必须在满足船舶航行安全的前提下 结合当地自然条件 引航距离 航标设置 挖泥数量 施工条件和维护费用等因素综合分析确定 航道轴线宜顺直 避免多次转向 航道的有效宽度 航迹带宽度 船舶间富裕宽度 船舶与航道底边间的富裕宽度 13 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 8 进港航道的布置 航道有效宽度 单向航道 W A 2c双向航道 W 2A b 2c航迹带宽度 A n Lsin B 航道水深分通航水深和设计水深 应分别按照下式计算 D0 T Z0 Z1 Z2 Z3D D0 Z4式中D0 航道通航水深 m D 航道设计水深 m T 设计船型满载吃水 m Z0 船舶航行时船体下沉值 m Z1 龙骨下最小富裕深度 m Z2 波浪富裕深度 m Z3 船舶装载纵倾富裕深度 m 杂货船和集装箱可不计 油船和散货船取0 15m Z4 备淤富裕深度 应根据两次挖泥间隔期的淤积量确定 不宜小于0 4m 14 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 船舶与航道底边的富裕宽度c 满载船舶飘移倍数n和风 流压偏角 当斜向风 流作用时 可近似取其投影值查表 15 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 8 码头主要尺度的确定 码头前沿顶高程 有掩护港口的码头 16 第一章平面设计 1 2港口主要规模的确定 1 2 2 港内水域的确定 8 码头主要尺度的确定 码头前沿设计水深 指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水的情况下安全停靠的水深 D T Z1 Z2 Z3 Z4Z2 KH4 Z1式中T 设计船型满载吃水Z1 龙骨下最小富裕深度 Z2 波浪富裕深度 K 系数 顺浪取0 3 横浪取0 5 H4 码头前允许停泊的波高 波列累积频率为4 的波高 Z3 船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值 杂货船不计 散货船和油船取0 15m Z4 备淤富裕深度 根据回淤强度 维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能确定 不小于0 4m 17 第一章平面设计 1 2 2 港内水域的确定 8 码头主要尺度的确定 码头泊位长度 单个泊位长度 Lb L 2d连续多个泊位 端头泊位Lb L 1 5d中间泊位Lb L d直立岸壁折角处 Lb L d 2 富裕长度d 船长系数 18 第一章平面设计 1 2 3 船舶装卸作业允许波高和风力 19 2 1 1基础构造1 基础的地基型式 岩石及非岩石地基 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 20 2 1 1基础构造2 基床型式 暗基床 明基床 混合基床3 基床的厚度 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 基床顶面应力大于地基承载力 有计算确定 不小于1m 基床顶面应力不大于地基承载力 不小于0 5m 6 基床材料 10 100块石 对于不大于1m厚的基床宜采用较小的块石 当地基为松散的砂基或采用换砂处理时 宜在基床底部设置约0 3m的二片石垫层 21 2 1 2墙身和胸墙1 码头结构底部突出部分与船壳龙骨之间的最小净距不应小于0 3m 2 重力式码头必须沿长度方向设置变形缝 缝宽一般为20 50mm 做成上下通缝 缝间用弹性材料填充 如沥青木板等 变形缝间距为10 30m 下列情况应设置变形缝 1 新旧建筑物衔接处 2 码头水深或结构型式改变处 3 地基土质差别较大处 4 基床厚度突变处 5 沉箱接缝处 3 码头端部处理方式 翼墙或斜坡4 卸荷板应采用钢筋砼 可部分预制或全部预制 悬臂长度一般1 5 3m 厚度为0 8 1 2m 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 22 2 1 2墙身和胸墙5 砼强度等级的选择 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 不同暴露部位混凝土最低强度等级 海水环境混凝土部位划分 注 对开敞式建筑物 其浪溅区上限 可根据受浪的具体情况适当调高 对掩护条件良好的建筑物 其浪溅区上限可适当调低 23 2 1 2墙身和胸墙5 砼强度等级的选择 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 海水环境钢筋混凝土保护层最小厚度 mm 注 混凝土保护层厚度系指主筋表面与混凝土表面的最小距离 表中数值系箍筋直径为6mm时主钢筋的保护层厚度 当箍筋直径超过6mm时 保护层厚度应按表中规定增加5mm 位于浪溅区的码头面板 桩等细薄构件的混凝土保护层 南 北方一律取用50mm 南方指历年最冷月月平均气温大于0 的地区 24 2 1 2墙身和胸墙5 砼强度等级的选择 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 水位变动区有抗冻要求的混凝土 其抗冻等级不应低于下表规定水位变动区混凝土抗冻等级选定标准 注 试验过程中试件所接触的介质应与建筑物实际接触的介质相近 开敞式码头和防波堤等建筑物混凝土应选用比同一地区高一级的抗冻等级 25 2 1 2墙身和胸墙6 对于浆砌石结构 砌筑用水泥浆强度等级不低于M10 勾缝水泥砂浆强度不应低于M20 7 胸墙应有良好的整体性和足够的强度和刚度 对胸墙内部设置管沟等单薄的胸墙断面应通过计算配置结构钢筋 8 胸墙顶宽度不宜小于0 8m 底宽度根据计算确定 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 26 2 1 3抛填棱体和倒滤层 倒滤井构造1 重力式码头必须有防止回填材料流失的倒滤措施 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 在墙后抛填棱体面上作倒滤层 多用于方块码头 在墙身接缝处设置的倒滤井或倒滤空腔 2 棱体顶面高出预制安装墙身不小于0 3m 3 抛石棱体顶面和坡面的表层应有0 3 0 5m的二片石垫层 其上再设置倒率层 分层倒率层 由碎石层 2 4cm 和瓜米石 石屑或粗砂层组成 每层厚度不小于0 15m 总厚度不小于0 4m 不分层倒率层 不分层的混合石料倒率层应采用采用级配较好的天然石料 如石碴 砂卵石等 其厚度不得小于小于0 6m 或采用粒径5 80mm得碎石 其厚度不得小于0 4m 27 2 1 4一般计算规定1 重力式码头承载能力极限状态设计应考虑以下三种作用效应组合 1 持久组合 对应于持久状况下的永久作用 主导可变作用和非主导可变作用的效应组合 持久组合采用设计高水位 设计低水位 极端高水位和极端低水位 2 短暂组合 对应于短暂状况下的永久作用与可变作用的效应组合 短暂组合采用设计高水位 设计低水位或短暂状况下 如施工期 某一不利水位 注 当短暂组合稳定性不满足要求时 应首先考虑从施工上采取措施 3 偶然组合 组合中包括地震作用效应 应按现行行业标准 水运工程抗震设计规范 JTJ225 98 中的规定执行 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 28 2 1 4一般计算规定2 重力式码头 承载能力极限状态的持久组合应进行下列计算或验算 1 对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性 2 沿墙底面和墙身各水平缝的抗滑稳定性 3 沿基床底面的抗滑稳定性 4 基床和地基承载力 5 墙底面合力作用位置 6 整体稳定性 7 卸荷板 沉箱 扶壁 空心块体和圆筒等构件的承载力 3 重力式码头正常使用极限状态的长期效应 准永久 组合应进行下列计算或验算 1 卸荷板 沉箱 扶壁 空心块体和圆筒等构件的裂缝宽度 2 地基沉降 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 29 2 1 4一般计算规定4 重力式码头 承载能力极限状态的短暂效应组合 应对施工期进行以下稳定性验算 1 有波浪作用 墙后尚未回填或部分回填时 已安装的下部结构在波浪作用下的稳定性 2 有波浪作用 胸墙后尚未回填或部分回填时 墙身 胸墙在波浪作用下的稳定性 3 墙后采用吹填时 已建成部分在水压力和土压力作用下的稳定性 4 施工期构件的承载力 5 剩余水压力 根据码头的排水性和后方填料的透水性而定 后方抛填棱体或回填中粗砂时 不考虑剩余水压力 回填比中砂细的颗粒时 则剩余水头的标准值可采用1 5 1 3平均潮差 6 当重力式码头墙前进行波高大于1m时 应考虑波浪作用 第二章水工结构设计 2 1一般构造与计算 30 2 1一般构造与计算 2 1 4一般计算规定7 材料重度 第二章水工结构设计 31 2 1一般构造与计算 2 1 4一般计算规定8 填料重度 和内摩擦角 的标准值 第二章水工结构设计 32 2 1一般构造与计算 2 1 4一般计算规定9 摩擦系数设计值 第二章水工结构设计 33 2 1一般构造与计算 2 1 5土压力计算1 主动土压力强度 被动土压力强度 主动土压力系数 被动土压力系数 土压力水平分力 土压力竖向分力 第二章水工结构设计 2 墙背外摩擦角 的标准值根据地基条件 墙背形式 粗糙程度和地面坡度按下列规定取值 1 仰斜的砼或砌体墙背取 2 2 3 阶梯形墙背采用2 3 2 垂直的砼或砌体墙背采用 3 2 卸荷板以下采用 3 3 附斜的砼或砌体墙背采用 3 34 2 1一般构造与计算 2 1 5码头稳定性验算1 沿墙底面 墙身各水平缝和基床底面的抗滑稳定性验算 第二章水工结构设计 35 2 1一般构造与计算 2 1 5码头稳定性验算2 沿墙底面 墙身各水平缝和基床底面的抗倾稳定性验算 第二章水工结构设计 36 2 1一般构造与计算 2 1 5码头稳定性验算3 结构重要性系数 第二章水工结构设计 4 稳定验算时作用分项系数 注 一般港口的主要建筑物宜采用二级 注 持久组合采用设计高低水位时取表中大值 持久组合采用极端水位时取表中括号内小值 37 2 1一般构造与计算 5 基床顶面应力及抛石基床底面应力计算 第二章水工结构设计 特别注意 合理标准值作用点与前趾距离 对于非岩石地基不宜小于墙底宽度的1 4 对于岩石地基可不受限制 38 2 1一般构造与计算 6 码头与地基整体抗滑稳定性可按圆弧滑动法进行验算 当地基浅层有软弱夹层时 尚应验算非圆弧滑动面的抗滑稳定性 7 重力式码头的沉降计算 应分段计算沉降量 重力式码头沉降限值 方块和扶壁码头位150mm 200mm 沉箱码头为200 250mm 第二章水工结构设计 39 2 1一般构造与计算 2 1 6构件计算构件承载力计算 作用分项系数按照下表取值 第二章水工结构设计 注 持久组合采用设计高低水位取表中大值 持久组合采用极端水位时取表中括号内小值 短暂组合取表中小值 40 2 2方块码头设计 1 实心方块码头有 阶梯式 衡重式 卸荷板式2 实心方块码头宜采用预制砼 吊运安装 重量根据起重能力确定 3 实心方块尺寸要求 长边尺寸与高度之比不大于3 短边尺寸与高度之比不小于1 对于个别方块不小于0 5 同时短边尺寸不小于0 8m 4 方块间垂直砌缝的要求 宽度为20 30mm 上下两层相邻方块间的垂直砌缝应互相错开 错缝间距满足 1 横断面内不小于方块高度的1 2或0 8m 2 纵断面和平面内不小于方块高度的1 3或0 5m 5 卸荷板式重力式码头应进行后倾验算及卸荷板承载能力和裂缝宽度验算 第二章水工结构设计 41 2 3沉箱码头设计 1 沉箱的底宽应由建筑物的稳定性和地基承载能力确定 长度或直径应由施工设备能力 施工要求的最小尺寸及码头变形缝间距确定 2 沉箱内纵横隔墙 宜对称布置 间距可采用3 5m 内隔墙上部挖洞时 孔洞下边缘至沉箱底的距离不宜小于隔墙间距的1 5倍 3 沉箱外壁和底板的厚度应由计算确定 但壁厚不宜小于250mm 对有抗冻要求的大 中型码头 沉箱潮差段的临水面