青岛港某港区散货码头设计

哈尔滨工程大学本科生毕业论文 摘 要本次设计对 3000 万吨级专用煤炭的设计，码头位于青岛港黄岛港区，用于煤炭出口。港区位于山东半岛南岸的胶州湾内，是太平洋西海岸重要的国际贸易口岸和海上运输枢纽。港内水域宽且深，四季通航，港湾口小腹大，港区自然条件优越，水域不冻、海上航线发达，是我国著名的优良港。港口总平面设计，包括码头岸线长度、水域尺度、堆场布置等的确定，以及生产辅助区和生活办公区的规模确定。对码头平面布置进行方案比选，根据经济和可行性原则，最后选用方案一。根据货物特性进行码头装卸工艺布置。码头水工结构设计，根据设计资料和施工技术条件，确定为重力式沉箱结构型式。初步确定沉箱的尺寸和沉箱内前后格仓的填石高度，进行结构优化，最后确定结构的基本尺寸。对码头进行抗倾、抗滑稳定性验算和基床承载力验算。对码头的主体结构即水工建筑物部分进行投资估算。关键词：青岛港；平面设计；结构设计；沉箱结构； 青岛港某港区散货码头设计ABSTRACTThis design for the 30-million-ton Coal Terminal is located in the Huangdao harbor area in Qingdao Port. This port is located in the Jiaozhou Bay on the south bank of Shandong Peninsula.It is important transportation junction on the west coast of Pacific.It is an excellent port in our country for its wide and deep water,no frozen and sedimentation.Its navigation is valailable anytime in a year and its sea routes is developed.The general layout of this port include length of the coast,the size of the water area,the layout of the yard,the size of the office and living quarter.Its handing technology will be designed by the goods.We will choose a better scheme according to the feasibility an economics.According to the design calculation an construction technology,we choose the caisson.The structure design include the determination size of caisson and the height of the rockfill in it.Wo will take the optimization after the calculation and determine the final size and so we will check the toppling stability ,stability against sliding and the bearing capacity of foundation.Keywords: Qingdao Port; Graphic Design; Architectural Design; Caisson Structure 哈尔滨工程大学本科生毕业论文 目 录摘 要.ABSTRACT.第 1 章 绪论.11.1 概述.11.2 设计背景.11.3 设计要求.21.4 目的及意义.21.5 设计思路和设计成果.21.5.1 设计方法.21.5.2 设计成果.2第 2 章 自然条件.32.1 地理位置.32.2 水文气象.32.2.1 潮汐.32.2.2 气温.32.2.3 降雨.32.2.4 雾况.42.2.5 风况.42.2.6 波浪.42.3 地址条件.52.3.1 地形特征.52.3.2 地貌特征.52.3.3 土层.52.3.4 地基承载力.52.3.5 土体液化特性.62.3.6 工区场地特征.62.4 吞吐量资料.62.5 设计船型.6青岛港某港区散货码头设计本章小结.7第 3 章 总平面设计.83.1 总平面布置原则.83.2 码头高程确定.83.2.1 码头设计水位.83.2.2 码头前沿设计高程.83.2.3 码头面标高.93.2.4 设计水位差.93.2.5 航道通航水深.93.2.6 进港航道宽度.93.3 泊位数计算.103.3.1 泊位数的确定.103.4 泊位长度和码头长度.113.4.1 码头泊位长度计算：.113.4.2 码头前沿线长度的确定：.123.5 码头前沿停泊水域和船舶回旋水域布置.123.5.1 码头前沿停泊水域.123.5.2 回旋水域.123.6 锚地布置.123.7 堆场面积计算.133.7.1 堆场所需容量计算.133.7.2 堆场所需面积计算.133.8 码头总平面布置.143.9 装卸工艺.153.9.1 设计原则.153.9.2 设计主要参数.153.9.3 装卸工艺方案的确定.153.9.4 装卸工艺流程图.163.10 机械设备的选型和配置.16本章小结.17哈尔滨工程大学本科生毕业论文 第 4 章 码头结构方案比选.184.1 码头结构形式选择原则.184.2 结构安全等级.184.3 码头结构形式.184.3.1 重力式码头.184.3.2 高桩式码头.184.3.3 板桩式码头.194.3.4 斜坡码头和浮码头.194.4 方案选定.194.4.1 重力式码头的结构组成部分.194.4.2 重力式码头结构分类.214.4.3 结构比选.224.5 沉箱尺寸.23本章小结.24第 5 章 水工建筑物设计.255.1 设计依据.255.1.1 结构安全等级.255.1.2 自然条件.255.2 作用分析.255.2.1 永久作用.255.2.2 可变作用.335.2.3 码头荷载标准值汇总.365.3 码头稳定性验算.365.3.2 码头基床顶面抗滑稳定性验算.375.3.3 码头抗倾稳定性验算.395.3.4 基床承载力验算.41本章小结.42第 6 章 工程概算.436.1 工程概况.436.2 概算依据.43青岛港某港区散货码头设计6.3 工程概算.436.3.1 人工及材料单价.436.3.2 工程各项费用费率.446.3.3 码头工程概算.45本章小结.49结 论.50参考文献.52攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果.54致 谢.55 第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 概述青岛港位于山东半岛南岸的胶州湾内，始建于 1892 年，具有 117 年历史。是我国重点国有企业，中国第二个外贸亿吨吞吐大港。青岛港由青岛老港区、黄岛油港区、前湾新港区三大港区组成。主要从事集装箱、煤炭、原油、铁矿、粮食等进出口货物的装卸服务和国际国内客运服务。与世界上 130 多个国家和地区的 450 多个港口有贸易往来。2003 年港口完成货物吞吐量达到 14000wt，集装箱吞吐量突破 400 万标准箱，居世界集装箱大港第 14 位，中国第 3 位。现有职工 1.6 万人，拥有码头 15 座，泊位72 个。其中，可停靠 5wt 级船舶的泊位有 6 个，可停靠 10wt 级船舶的泊位有 6 个，可停靠 30wt 级船舶的泊位有 2 个。随着经济的发展，将有更多的泊位陆续投入建设和使用。为配合青岛市的总体发展规划，完善青岛港的布局，进一步巩固和提升青岛港煤炭运输主要枢纽的地位，青岛港在黄岛港区进行煤炭码头扩建工程。青岛港将建设成面向未来的综合性港区，强化青岛港的枢纽作用。青岛港是青岛市发展的重要组成部分，青岛港的建设对提高青岛市对外辐射功能，提升青岛市称为国际城市，实现青岛市总体发展战略规划，具有非常重要的意义。1.2 设计背景青岛港与我国北方几个产煤大省相连，每年有大量的煤炭通过青岛港出海，运往世界各地和中国南方的各个城市。随着通货量的不断提高，青岛港走出了一条以自主创新型、资源节约型、环境友好型、质量效益型、管理精细型、亲情和谐型的发展之路。青岛港的奋斗目标为“建设东北亚国际航运中心，营造平安和谐幸福家园” 。青岛港现有的通过能力以不能满足煤炭运输的要求，煤炭码头的扩建势在必行。根据青岛港黄岛港区的规划，对黄岛港区的某煤炭出口码头进行扩建。黄岛港区风浪掩护条件较好，前沿水域海底等深线平顺，水域开阔，自然水深优越。黄岛港区的可利用岸线长度为 2000m，陆域纵深为 800m，要求港口扩建后其年设计吞吐量为3000104t。按计划安排，2015 年达到 2000104t，最大船舶为 2wt 级。2020 年达到设计吞吐量 3000104t。最大为 3.5wt 级。哈尔滨工程大学本科生毕业论文21.3 设计要求此次设计，要求确定码头规模及装卸工艺流程；完成码头总体平面设计及优化；确定码头水工建筑物结构形式；完成码头结构设计并进行优化。包括结构方案确定、结构计算分析 ；对码头结构稳定性进行验算。进行施工组织设计，码头工程投资估算。1.4 目的及意义通过此次的设计，目的在于复习我们大学所学的专业知识，将自己的理论知识与实践相融合，进一步巩固、深化已经学过的理论知识，提高综合运用所学过的知识的能力。并培养独自发现问题和解决问题的能力。本次设计要求我们掌握码头规划设计的原则，选用适合的调查及分析手段，对码头规模进行确定，完成装卸工艺流程设计、码头水工建筑物设计，并对码头工程部分进行投资估算。通过设计资料和地址条件，通过对码头各种结构的分析，在设计中我初步确定码头结构为重力式沉箱解构，重力式沉箱结构耐久性和整体性较好，与一期工程衔接方便，造价较低。重力式码头结构设计需进行下列设计和计算：码头结构抗倾、抗滑稳定性验算；地基承载力验算；整体稳定性验算；因设有防波堤，所以进行波浪力计算。通过本次设计对沉箱结构深入了解。并对码头建设流程有一个整体的认识。1.5 设计思路和设计成果1.5.1 设计方法 本次设计主要进行理论设计，通过阅读参考文献，对码头进行设计，设计的主要内容为总平面布置和码头结构设计。首先对总平面进行布置，并进行优化。之后进行码头结构设计，并进行优化。最后进行施工组织设计和码头投资估算。总平面规划与布置，码头结构设计等设计的主要依据为规范。根据规范的要求进行布置和设计。1.5.2 设计成果通过本次，最后形成三张图纸，分别为码头结构剖面图、码头结构平立面图、和 第 1 章 绪论3码头总平面布置图。设计过程形成论文。哈尔滨工程大学本科生毕业论文4第 2 章 自然条件2.1 地理位置拟建码头位于山东半岛南岸胶州湾内的青岛港黄岛港区。港池内水域宽且深，四季通航，港湾腹大口小，是我国著名的优良港口。青岛港主要大港、中港和黄岛港区组成。港区自然条件优越，水域不冻、不淤，水深、浪小，海上航线发达。2.2 水文气象2.2.1 潮汐港区海域的潮汐类型属正规半日潮，期潮汐特征值分别为：历史最高潮位：2.721m；历史最低潮位：-3.109m；历年平均最高潮位：2.311m；历年平均最低潮位：-2.759m；平均高潮位：1.931m；平均低潮位：-1.399m；平均潮差：2.79m；最大潮差：4.71m；2.2.2 气温本区位年平均气温 12.5；年平均最高气温 17.3；年平均最低气温 8.3；最热月份是 8 月份，月平均气温 25.4；最冷月份是 1 月份，月份平均气温-1.42.2.3 降雨降雨资料见表 2.1。 第 2 章 自然条件5表 2.1 降水资料最大年降雨量（mm） （2007 年） 1457.2最大月降雨量（mm） （2007 年 8 月） 556.1最大日降雨量（mm） （1990 年 8、16 日） 299.9年平均降雨量（mm） 757.710mm （天） 21.525mm （天） 9.250mm （天） 3.0最大一次降雨量（mm） （2001 年 21/7-3/8） 385.7最大 24 小时降雨量（mm） 299.9雨季（天）降雨日数 86.5 天台风天数（天） 1 天2.2.4 雾况雾多出现于每年的 47 月，出现频率约占全年的 77.8%。年平均雾日： 48.4 天年最多雾日： 65 天年最少雾日： 22 天雾影响船舶航行（能见度小于等于 1km）天数：21 天。2.2.5 风况春夏两季盛行 SE 向风；秋冬季盛行 NNW 向风。风 频 率 （ 4%）最 大 风 速 （ m/s）平 均 风 速 （ 2）2.2.6 波浪常浪向为 SE 向，频率为 29.34；次常浪向为 ESE 向，频率为 17.6。其中波高1.5m 出现频率最多的方向是 ESE 向，频率为 0.86%。哈尔滨工程大学本科生毕业论文62.3 地址条件2.3.1 地形特征调查区西区地形起伏较大，在西区中部存在一高差约 7.0m 的隆起脊，东区海底地形平缓；调查区至海岸以 35.0m 等深线为界，近岸地形陡峭，水深由 0m 迅速增加到35.0m，35.0m 以深海底地形变化不大，但在东区中部存在一高差 2.0m 的冲刷沟槽。等深线大致呈北东方向延伸。近岸坡降大，在进行进电缆路由设计时应予以注意。2.3.2 地貌特征测区大的地貌单元为水下岸坡，海底主要存在水下礁石、砂斑和沙波三种微地貌形态，除以上微地貌覆盖海区，其他测区为平滑海底。测区海底整体地形由北向南、东南倾斜，局部稍有变化。水下礁石区主要分布在测区西北角，侧扫声纳图像为强弱反射分明的黑白条带无规律分布，表明海底出露礁石的高低不平，在该区东部约 200m处也存在一处礁石出露区，面积约 325。2.3.3 土层工程地质钻探结果表明，调查区基岩面以上范围内地层可分为 2 层：自上而下依次为砾砂粉质粘土层（海积层）粉质粘土层（残坡积层）基岩。纵向上呈现由较硬到硬的分布特点，表层粉土层自 ZK01 位置西向东，自北向南尖灭。2.3.4 地基承载力土层地基容许承载力在纵向分布上略有差异，自上而下地基容许承载力为：第一层 黄褐色砾砂粉质粘土层， 厚度 0.6-2.0m， f k =150kPa第二层 黄褐色粉质粘土层， 厚度 3.44.2m ， f k =250kPa 第 2 章 自然条件7第三层 岩基层， 厚度 8.0m， fk=600kPa2.3.5 土体液化特性砂土的液化分析表明，调查区的粉土层在基本烈度为 7，8，9 度的地震作用下，不会发生液化。2.3.6 工区场地特征调查区土层表层为薄层砾砂层和粉质粘土层，下覆第三系的残坡积土，根据地区经验和抗震设计规范，该工程场地为中硬场地土，属类建筑场地。地震动峰值加速度为 0.05g，地震动反应谱特征周期为 0.45s，地震基本烈度为 6 度。2.4 吞吐量资料青岛港某港区自然条件优越，水域不冻、不淤，水深、浪小，海上航线发达。传统上该港区以输出煤炭为主，有多条铁路线与我国北方的几个产煤大省相连，每年有大量煤炭出港，运往国内南方各省缺煤地区和出口国外，是组成我国新的能源动脉的重要环节。本次设计拟定为扩建专用煤炭出口泊位，其年设计吞吐量为 3000104t。按计划安排，2015 年达到 2000104t，2020 年达到设计吞吐量 3000104t。2.5 设计船型根据水域和岸线条件，拟建一座 3000 万吨级煤炭出口码头，扩建后其年设计吞吐量为 3000104t。按计划安排，2015 年达到 2000104t，最大船舶为 2wt 级。2020 年达到设计吞吐量 3000104t。最大为 3.5wt 级。设计船型尺寸见表 2.2 表 2.2 船舶尺寸表船舶吨级DWT (t) 总长 L (m) 型宽 B (m) 型深 H (m) 满载吃水 T(m)15000 153 23.0 12.9 9.420000 164 25.0 13.5 9.835000 190 30.5 15.8 11.2哈尔滨工程大学本科生毕业论文8本章小结自然条件是港口建设的基础，自然条件决定着港口建设与否、港口的大小、港口等级、港口的规划布置和未来发展状况。所以在建设港口之前要对港口所在地址条件、风、浪、潮汐、雾况等进行详尽的考察和勘探，只有掌握了足够的资料，进行分析和处理后方能进行建设。 第 3 章 总平面布置9第 3 章 总平面设计3.1 总平面布置原则1、总平面布置应根据本港区岸线规划的有关规定进行布置，应满足码头整体发展的要求，与已建工程和预留发展工程相协调。2、应根据当地的自然条件进行总平面布置，并结合码头岸线的使用情况。布置时要考虑预留发展用地。3、应尽可能适应当前的地形地貌，以节约工程量，减少工程投资。4、码头及航道应布置合理，满足码头、船舶安全作业的要求。5、符合国家环保、安全、卫生等有关规定。3.2 码头高程确定3.2.1 码头设计水位根据设计资料码头设计高水位为 4.70m，设计低水位为 0.0m，见表 3.1。表 3.1 码头设计水位高程类别 设计高水位 设计低水位 极端高水位 极端低水位高程(m) 4.70 0.0 5.90 -0.293.2.2 码头前沿设计高程 根据海港工程设计规范有关规定，码头前沿设计水深是指在设计低水位以下，保证设计船型在满载吃水时能够安全停泊的水深。其深度可按下式确定：(3-1)1234mDTZ(3-2)24%KH式中： 码头前沿设计水深(m) ； mD设计船型满载吃水(m),根据资料取 11.2m； T龙骨下最小富裕深度， 0.30m； 1Z波浪富裕深度，取 0m； 2船舶因配载不均匀增加的船尾吃水,散货船取 0.15m；3哈尔滨工程大学本科生毕业论文10备淤富裕深度(m)，取 0.8m。 4ZK 系数，顺浪取 0.3；允许船舶停泊波浪的高度（m）；4%H24%10.38.60.3()HZ取m4172ZTD3.2.3 码头面标高 根据港口规划与布置相关内容，有防波堤的码头顶面高程为设计高水位与超高值之和，超高值根据规范取 1.3m，码头顶面高程为 m0.6317.4E所以码头前沿顶高程确定为 6.0m。表 3.2 码头设计水位及顶面高程高程类别 设计高水位 设计底高程 码头面标高高程(m) 4.7 0.0 6.03.2.4 设计水位差 m7.40.H3.2.5 航道通航水深 m5.120.35.02132100 ZZTD3.2.6 进港航道宽度（3-CBAW4）A：航迹带宽，平均风速小于 2.0m/s，取（2B4.5B） ，取 3B，为 91.5m；根据港口规划与布置P82 表 5-4；A= n(Lsin +B)B：船宽，30.5 米；C：船舶与航道底边间富裕宽度，取 0.5B，为 16m；根据港口规划与布置P82 表 5-5；L：设计船型长度； 第 3 章 总平面布置11 ：风，流偏压角；平均风速=2.0m/s1.9m/s；根据港口规划与布置P82 表 5-4；A=n(Lsin+B)=1.69(190sin7 +30.5)=90.7mA=3B2 B，4.5B 满足要求C=0.5B=15.25mW=290.7+30.5+16=227.9m 取 230mb图 3-1 航道宽度示意图3.3 泊位数计算3.3.1 泊位数的确定根据海港总平面设计规范第 5.8 节式（5.8.1）条码散货码头泊位年通过能力,按下式计算：（3-5）tnPQN （3-6）24yt fzTGt式中： N 泊位数目；单个泊位年通过能力(t)； tP码头年吞吐量（t）; nQ泊位年营运天；取 =340 天；yTyT装卸一艘设计船型所需时间（h） ； =G/P=35000/3000=11.7hzt zt哈尔滨工程大学本科生毕业论文12船时效率（t/h） ，取 3000t/h; pG 设计船型装载量，取 G=35000t；船舶辅助作业等时间之和；取 6.5h；ft昼夜非生产时间之和，取 3h；泊位利用率，取 0.7；表 3.3 泊位利用率散货 件杂货货种及泊位数 1 23 4 1 23 4 集装箱油品及石油化工泊位利用率0.60 0.650.62 0.70.65 0.750.65 0.70.68 0.720.70 0.750.55 0.70.55 0.65在此设计中取值： =0.70。表 3.4 泊位数计算表Qn （t） G（ t） P（t/h） tz(h) tf(h) ty (d) Pt(t) N30000000 0.7 35000 3000 11.7 6.5 340 8069425 3.72根据上表计算计算结果，N 取整数为 4，所以泊位数为 4 个泊位。3.4 泊位长度和码头长度 3.4.1 码头泊位长度计算： 泊位长度按海港总平面布置规范中的式（4.7-1）和式（4.3.7-2）计算：端部泊位： (3-7)1.5bLd中间泊位： (3-8) 2式中: L 设计船型长度(m)；d 泊位富裕长度(m) ； m图 3-2 泊位长度示意图 第 3 章 总平面布置133.4.2 码头前沿线长度的确定： 根据泊位数确定码头前沿线长度，共 4 个泊位，船长按最大船型取为 190m，泊位富裕长度为 20m，端部泊位富裕长度为 1.5d=30m。所以码头前沿线长度为：m805.12901209105.2L m3.5 码头前沿停泊水域和船舶回旋水域布置码头签停