某码头设计解读

1、第一章设计背景1.1工程概述防城港是我国沿海地区的12个主枢纽港口之一，是西部的第一大港，也是我国重要的铁矿石、建材以及煤炭等重要战略物资的中转基地。港口现有的码头泊位为36个,其中万吨级以上的深水泊位有 22个。其拥有20万吨级矿石码头和西部地区唯一的专业 集装箱码头等一批现代化大型港口设施设备，可建万吨级以上泊位200多个。防城港已开通至香港、海防、新加坡、釜山、东京的多条国际集装箱航线，与80多个国家和地区的220多个港口通航。1.2设计原则（一）总体设计应符合国家、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。1.3设计任务本次设计，拟建一集装箱码头。根据自

2、然条件和相关规范，设计码头尺寸、船型、 堆场面积，以满足吞吐量要求。第二章设计资料2.1地形条件防城港位于我国南海北部湾，广西境内防城湾内。地理坐标为北纬21 37，东经108 20，距离北海 62nmile，距湛江港 294nmile，距广州 519nmile，距海口 174nmile, 距香港476nmile，距越南海防港151 nmile。2.2气象条件本港属于亚热带气候，季风明显。港区无长期气象观测资料，现港区气象观测站建 于1991年5月，观测年限短，不足以反映港区的气象情况，考虑建港的需要，现采用 港区西南约16km的白龙尾气象站观测资料，该站位于白龙尾半岛南端海边，地理坐标 为东

3、经108 13 ，北纬21 30，观测场海拔高度为28.6m,据分析，对于港区的气象情况 有良好的代表性。根据1968年1982年实测资料统计：2.2.1气温年平均气温为22.3 C，月平均最高气温28.4 ：C （出现在7月），极端最高气温为 35.4 C （出现在1976年9月19 日），月平均最低气温为14.2 =C （出现在1月），极端 最低气温2.8 C （出现在1977年1月31日）。各月平均气温见表2-1。表2-1各月平均气温表月份平均气温（C）月份平均气温（C）114.2728.4215.4827.6318.1927.1422.41024.0526.31120.0627.912

4、15.7全年22.32.2.2降水年平均降水量为2362.6mm,年最大降水量为3111.9mm （出现在1973年），年最小 降水量为1745.6mm （出现在1974年）。降水大都集中在69月，该4个月的降水量占 全年降水量的71%，其中尤以8月份降水量为集中，达528.7mm。而11月至翌年3 月, 该5个月的降水量只占全年降水量的 6.4%，其中以2月份降水量最少，仅有23.9mm。 各月平均降水量见表2-2。一旦最大降水量为337.9mm（出现在1980年9月3日），日 降水量25mm的日数平均为27天。表2-2各月平均降水量表月份平均气温（C）月份平均气温（C）129.67436.

5、9223.98528.7331.69359.04127.010192.95216.01133.76360.11233.2全年2362.62.2.3雾况雾天较少，平均每年为10.9天，最多23天，最少4天。雾气一般发生在冬末春初 之间的清晨及夜晚，浓度较薄，晨雾一般维持 23小时，日出雾气消散。2.2.4风况本港区属季风性地区，冬季多偏北风，夏季多偏南风，春秋季风是南北风系转换季 节。全年常风向为NNE，其频率为30.5%,次常风向为SSW，其频率为8.4%。强风向 为E,该向最大风速为36m/s，次强风风向为NNE，其最大风速为27m/s。港内有群山环绕，风力不大，多年平均风速为 5 m/s,

6、强风风速一般为20 m/s。各向最大风速，平均风速和频率见表2-3。本区为台风频繁活动地区，平均每年约受 1次台风或热带低压影响，台风袭击时, 风力可达12级以上，常伴有暴雨或大暴雨。表2-3各向最大风速、平均风速和频率方向平均风速（m/s）最大风速（m/s）频率（）方向平均风速（m/s）最大风速（m/s）频率（）N5.626.76.5SSW5.820.78.4NNE7.22730.5SW4.3203.7NE4.4157.7WSW3.6141.7ENE3.6132.8W3.2202.1E4.2364.9WNW2.7131.2ESE4.017.73.6NW2.3141.6SE4.0246.8NN

7、W2.4161.3SSE3.5184.2C6.5S4.4206.72.4水文条件2.4.1潮位防城港所处地区的潮汐属正规全日潮。平均每月有 36.5个潮，其中约有6天出现2 个高潮和低潮。防城港的验潮站建于 1976年，位于1号泊位西侧，坐标为北纬21 31， 东经108 20，为井筒式自记验潮仪。据防城港19762005年实测潮位资料统计，其潮位特征值如下（理论深度基准面 起算，以下同）：最咼潮位5.54m（出现在1986年7月22日）平均高潮位3.67m平均潮位2.27m平均低潮位1.12m最低潮位-0.29m （出现在1991年11月1日）最大潮差5.39m平均潮差2.55m设计水位：工

8、程设计潮位据2004年和2005年潮位资料分析：设计高水位4.64m设计低水位0.30m据19762005年的年极值潮位资料分析计算：极端高水位5.69m （重现期为50年一遇）极端低水位-0.73m （重现期为50年一遇）施工水位：2.20m2.4.2潮流防城港的海流主要有潮流和防城河流以及风浪流共同影响构成。防城湾入海河流主要是防城河，其主流沿渔万岛的西侧经牛头岭出海，另一支则经渔万岛北端海峡流入暗 埠江。防城河多年平均流量为 58.7m3/s，由于河床地势平缓，入海口流域面积宽广，流 速极缓慢；防城河只有在台风影响的短短几天内，对海流造成一些影响，其余的时间都 是风平浪静，对海流的影响甚

9、微，即防城港的潮流在海流中占主导地位。湾内涨潮流速 慢，落潮流速快，涨潮最大流速约为0.40.6m/s,落潮最大速度为0.60.9m/s。航道口外三牙石灯塔附近为逆时针回转流，其余各处均为与航道基本一致的往复流。经实测 分析得出，潮流流速对工程影响不大。2.4.3波浪本港无实测波浪资料，港址 E-N-W向为陆地所环抱，其波浪是小风区所生成的， 其浪不大。并且NE侧当码头建成时形成陆域，波浪被挡。唯有 SSW-S-SSE方向。向北 部湾海域敞开，外海波浪在高潮时可以越过浅谈传到港区。因此港区主要受该向波浪影 响。外海波浪可以参照白龙尾海洋站的实测资料。白龙尾海洋站位于防城港SW向，距外航道口门约

10、14km，海滩地形和波浪情势甚为相似，对防城港具有良好的代表性。白 龙尾海洋站位于白龙尾半岛南端，坐标为北纬 21 30，东经108 13，采用岸用测波仪测 波。据19701984年实测波浪资料统计，常波向为 NNE，频率为21.1%，次常波向为 SE向，频率为16.4%，S向频率为15.4%。强浪向为SSE向，最大波高为7.0m。次强 浪向为SE，最大波高为6.0m，均为台风袭击时产生的大浪。年内浪向的分布：一般10月至翌年4月多NNE向浪，5月到9月则多偏S向风浪。涌浪全年都有出现，涌浪向 大多为SE和S向，都以风、涌混合浪型式出现，不存在纯涌浪。根据19702003年实测波浪资料统计，各

11、向各波级频率见表 2-4。设计波浪：取小风区波浪，波向为 W向，50年重现期的波要素:设计高水位：H1%=1.7mT=4.2s校核咼水位：H1%=1.7mT=4.2s设计低水位：H1%=1.4mT=3.9s校核低水位：H1%=1.4mT=3.9s航道：防城港航道分三牙、西贤、牛头三段，三牙段底宽160m、底标咼-16m，西贤、牛头段底宽125m，底标高-14m表2-4各向各波级频率波向波级0-2 0.4( m)30.5-1.4 (m)41.5-2.9 (m)53.0-4.9 (m)65.0-7.4 (m)N0.30.20NNE8.912.10.1NE6.65.30ENE1.60.90E2.71

12、.80ESE2.73.20.1SE7.38.90.20.0SSE2.83.40.10.00.0S4.69.90.90.0SSW1.85.61.1SW0.91.40.1WSW0.10.20W0.10.2WNW0.10NW0.10NNW00C3.82.4.4冰凌防城港地处亚热带，无结冰现象。2.5地质条件2.5.1地层本工程区域内地层是由第四系松散沉积层和侏罗系基岩组成。地层由上到下为：1第四系1）全新统海陆交互沉积层第一层：中粗砂混深灰色淤泥，局部为砾砂、混贝壳碎屑，淤泥含水量大，呈流 塑软胶状。细粗砂层含水量饱和，密室度一般为稍密，局部呈中密状，部分含淤泥 较多而呈松软状。砂粒成分以石英为主。

13、流层广泛分布于勘察区内，层面高程-3.83-12.89m，厚度为 0.456.60m。第二层：灰黄、灰红浅黄红色亚粘土，淤泥质亚粘土，局部夹砂。含水量大，呈软塑可塑状。层面高程为-6.66-13.28m，厚度为0.405.60m。2) 上更新统河流冲击层：卵石、圆砾混砂及亚粘土，局部混淤泥，卵石含量不均， 一般为5055%,局部卵石含量较少。其密室度为稍密中密状。该层一般覆于基岩顶 面，在勘察区内分布较广，其层面高度为 -6.30-14.57m,厚度为0.354.00m。2. 侏罗系：紫红色泥质粉砂岩夹泥岩、浅紫红色石英砂岩。中厚厚层状构造。根 据勘察区西侧牛头岭所出露岩层产状推测，勘察区内岩

14、层产状为：倾向130150，倾角528 o岩石高倾角裂隙发育，裂隙内泥质充填。勘察区内基岩起伏较大，高度为-4.66-17.41m。根据风化程度将基岩分为强风化 和中风化两层。1) 强风化层泥岩：矿物已强烈风化，岩石结构、够造基本保留。岩石多风化呈坚硬硬塑土状， 钻探进尺快，扰动后岩石易成可塑粘土状。岩芯易碎，基本呈粘土夹岩块状，岩块用手 容易捏碎。砂岩：岩石裂隙发育，胶结较差，锤击易碎，钻进时跳动，岩芯基本破碎呈薄饼状 或碎块混岩粉状。强风化层分布于基岩表层，厚度不一，其厚度为0.23.2m。2) 中风化层泥岩：部分矿物已风化，岩石结构、构造特征清晰，钻进进尺均匀，刻取平稳。锤 击易碎，岩芯

15、干燥易裂。砂岩：岩芯多呈短柱状中柱状，坚硬、锤击声脆，不易击碎。2.5.2各层土主要物理力学指标及持力层选择1. 中粗砂混淤泥或淤泥混砂该层做标准贯入试验击数标准值 “63.5=8/8 ( 12-5 )击，天然休止角 化=35：/14 (38 34 )，其水下休止角标准值为m= 30 /14 ( 33 29 )，容许承载力 =丄 150 kPa。2. 灰红浅红色亚粘土，淤泥质粘土。该层标准贯入实验击数N63.5=1/7 (2-1)，内 摩擦角 =6 40 ，容许承载力t/-100kPao3. 卵石混砂及泥质。原始击数为 N 一5010击，天然休止角标准值 c=36，水下 休止角标准值m =30

16、，允许承载力o】= 250kPa。4. 基岩强风化层泥岩：天然抗压强度平均值为 0.39MPa,最大值为0.83MPa,最小值为0.07MPa, 容许承载力 *L300kPa。5. 基岩中风化层泥岩：天然抗压强度平均值为 0.75MPa,最大值为1.62MPa,最小值为0.24MPa, 容许承载力 匕丄450 500 kPa。砂岩：饱和抗压强度平均值为31.4MPa,最大值为113.55MPa,最小值为0.08MPa, 建议容许承载力采用 匕丨=700 800 kPa。2.6地形、地貌及泥沙运动2.6.1地形地貌防城湾三面丘陵环抱，东为企沙半岛，西为白龙尾半岛。湾口朝南，口门宽10.4km，

17、纵深约15km，水域面积（高潮线）约为 146km2。NE-SW走向的渔漫岛隔与湾中，将 防城湾分成东西两湾，西湾面积为35.5km2,东湾面积为111km2。防城湾掩护条件良好。防城湾属弱谷式河口湾，岸线曲折，为典型基岩港湾海岸，湾内潮滩宽阔，占水域 面积较大，滩面比降甚小，组成物质多为中细沙，湾口及稍外发育两道拦门沙坝。西湾 有防城河注入，东湾除防城河经渔漫岛与大陆间海峡有部分水流注入外，无较大河流注 入。防城河为山溪性河流，多年平均流量为 55m2/s，由于流域范围地处广西暴雨区，山 洪爆发时含沙量剧增，故对防城港区及航道淤积有一定影响。随着海漫的发展和陆地构 造下降，防城河口三角洲不断

18、下降，现已退至牛头岭以北十几公里的针鱼岭附近。牛头 岭以南的老河口三角洲已被海水淹没。防城港老港区位于牛头岭以北，进港航道位于牛 头岭以南，规划二区9、10号泊位位于牛头岭对面。2.6.2泥沙运动据中国科学家海洋研究所对海底表层沉积物的调查资料，港区和航道全程，包括牛 角沙、西贤沙、三牙沙坝广大区域，泥沙主要来源于防城河。根据科学院海岸研究所、 广西规划院推算防城河每年平均输沙量为 20万t。拦门沙坝堆积体粗颗粒物质为防城河 早期输出的。现代防城河入湾泥沙，其颗粒物质主要沉积在仙人桥以北的现代河口三角 洲上，影响不到防城港老港区和本工程范围。细颗粒悬移质扩散远，对老港区和本工程 有影响。由于防

19、城湾潮滩颗粒较粗，不易被浪和流所起动，再加上防城湾内掩护条件较好， 所以平时泥沙运动不活跃。显著的泥沙运移主要发生在雨季防城河山洪爆发以及台风影 响时，泥沙运动有明显的季节性。雨季山洪爆发时，防城河入湾水沙剧增，其中细颗粒悬移物质扩散交远，较多的落 淤在仙人桥和牛头岭之间水域内，其余落淤在牛头、西贤航道段，有的甚至达到拦门沙 航道段。冬季在强劲的北向风浪作用下，航道发生回复性冲刷，落淤在牛头、西贤航道 段泥沙一部分随着潮水流逐步移到拦门沙坝外的较深水域。9、10号泊位对面为牛头岭，水域较窄，落潮潮流较强，落速大于涨速，过境泥沙不易停积。再加上码头走向基本与 湾外传入的浪向一致，故泊位区的回淤量

20、将是轻微的。牛头航道和西贤航道的水深也易 于维持。在拦门沙坝区，由于沙坝组成物质颗粒较粗，故需有5级以上的波浪方可导致泥沙强烈活动和显著输移，因此只有在强台风过境，出现大风浪时，在大波浪强烈掀动和冲击下，使航道产生边坡座淤和相当数量漂沙落淤。 据科学院海洋所研究年回淤量为 万m2，最大不超过10万m2,所以淤积也不严重。2.9施工条件、施具备良好的“三通一平”条件。其材料供应、现场施工条件（水、电、运输） 工技术力量及机械性能、混凝土构件的预制能力、水上施工能力等均能满足施工需要 工程设计能够与施工能力相匹配，以便顺利实施。第三章 设计成果3.1总体设计成果 防城港位于我国南海北部湾，广西境内

21、防城湾内，按照设计要求，设计了 10000 吨 级的 1 号集装箱泊位。码头面高程6.2m,码头前沿水深9.4m,航道设计水深10.1m,航迹带宽度54.263m。 采用的装卸设备为装卸桥，装卸桥轨距为16m。重箱堆场作业机械采用轮胎式集装 箱龙门起重机,堆场集装箱层数为 4 层。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 12.5m,宽度为11.9m,高为12.1m,总 共设 13个沉箱,其中端部 1 个为异型沉箱。沉箱仓格纵向分为 3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

22、变作用为由码头面堆货荷载和流动机 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、抗倾稳定性以及基床和地基承载力进行验算结果均稳定。绘制 7 张图纸,其中一张为手绘图,包括码头总平面图、码头结构图、沉箱平面布 置图、沉箱断面图、沉箱模板图、沉箱前面板配筋图、沉箱前底板配筋图。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 设计成果评价在本次的毕业设计任务中,客观的考虑了防城港的实际地形与地质条件,对搜集

23、的气象与波浪资料进行了详细的考证,严格按照施工以及设计规范进行设计。综合各种条 件,选择了经济且便于施工的重力式沉箱结构作为码头的基本结构。设计计算时,对可 能出现的各种情况进行了作用效应组合以及验算,确保了工程的耐久性。这次设计加强了我对基本知识及专业技能的理解和掌握, 进一步提高了应用计算机 绘图的能力,并且对于 office 办公软件,尤其是对制作 excel 表格进行运算的技巧更加 熟悉。同时 也培养了我独立思考问题和解决问题的能力。第四章总平面设计总平面设计主要包括工程规模的确定、主要水工建筑物的总体尺度以及生产作业的 工艺设计。4.1工程规模防城港是西部第一大港，其运输腹地广大，运

24、量稳定增加。为了满足运输发展的 要求，促进港口的发展，有利于港口的合理布局，为港口营运创造更大的社会及经济效 益，新建泊位是非常重要的。本次毕业设计负责防城港集装箱码头1号泊位工程设计，1号泊位是一个长约170m,设计船型为10000吨级的大型集装箱泊位。防城港位于我国 南海北部湾，广西境内防城湾内。地理坐标为北纬21 37，东经108 20，距离北海62nmile，距湛江港 294nmile，距广州 519nmile，距海口 174nmile，距香港 476nmile, 距越南海防港151 nmile。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

25、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设计船型根据港口的使用要求，参考海港集装箱码头设计船型标准（JTS165-2-2009）选取船型12。10000DWT集装箱船型见表4-1:表4-110000t集装箱船型总长L型宽B型深H满载吃水T141m22.6m11.3m8.3m4.5总体尺度4.5.1码头泊位长度本码头为有掩护水域的顺岸式码头，其单个

26、泊位长度可以由以下公式确定：Lb =L 1.5d（4-1）式中，Lb :单个泊位的长度（m）; L :设计船长（m），L=141m； d :泊位间富裕长度（m）,可按表4-3根据船长L的大小确定表4-3泊位间富裕长度取值表L (m)230d (m)581012 1518 2022 2530取 d =14 （ m）。贝码头泊位长度为L 2d =141 2 14 =169（ m）。4.5.2码头横向宽度1码头前沿作业地带：考虑装卸桥轨距为16m，前轨距码头前沿3m,后轨外吊臂外伸距为10m，考虑行 车道路的宽度，码头前沿作业地带的宽度取为45m。平面布置见码头总平面图。4.5.3码头前沿高程包括码

27、头前沿的码头面高程及设计底标高（由码头前沿水深决定）。（一）码头前沿设计水深D ,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：D = T Z1 Z2 Z3 Z4（4-7）式中，D :码头前沿设计水深（m）; T :设计船型满载吃水（m）, T=8.3m；乙：龙 骨下最小富裕深度（m），基岩地基取乙=0.6m； Z2 :波浪富裕深度（m），本码头为有 掩护水域，取Z2 =0m； Z3:船舶因配载不均匀而增加的尾吃水 （m），取Z3=0m；乙： 港池备淤深度（m）,考虑一年进行一次维护性挖泥，取 Z4=05m。综合以上各值，得D =9.4m。码头前沿水底高程

28、二设计低水位-D = 0.3-9.4=-9.1m。（二）码头面高程：按规范计算，基本标准为：设计高水位+1.01.5= 4.64+1.01.5=5.646.14m；复 核标准：极端高水位+00.5=5.69+00.5 = 5.696.19m;故预留码头面标高取 6.20m。 4.5.4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B不小于2倍设计船宽，2X22.6= 45.2m,取B =50m。4.5.5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。本设计为有掩护的水域，港作拖船条件较好，

29、可借岸标定位，根据规范，船舶回旋圆直径为 2.0L =2.0 141 = 282m。回旋水域的设计水深可取航道设计水深。下文中算得航道设计水深为10.1m，所以 回旋水域设计水深为10.1m。4.5.6陆域设计高程港区陆域主要作为生产区、辅助区、和生活区等使用生产性建筑物及主要辅助生产 建筑物宜布置在陆域前方的生产区，其他辅助生产建筑物及港区内的辅助生活建筑物宜布置在陆域后方的辅助区，使用功能相近的辅助生产建筑物和辅助生活建筑物宜集中组 合布置。后方陆域高程取同码头前沿相同的高程，即+6.200m,地面排水坡度取0.5%。4.5.7航道设计尺度航道水深：与确定码头水深相比，航道设计水深D需考虑

30、船舶航行时船体下沉而增 加的富裕水深，即：D = T Z0 Zi Z2 Z3 Z4（ 4-8）式中，D :航道设计水深（m）; T:设计船型满载吃水（m）, T=8.3m； Z。：船舶航 行时船体下沉增加的富裕水深（m）,取Z=0.7m; Zi:航行时龙骨下最小富裕深度（m）, 取乙=0-6m； Z2 :波浪富裕深度（m）,取Z0m； Z3 :船舶装载纵倾富裕深度（m）, 取Z3=0m ；乙：备淤富裕深度取（m）, Z4=0.5m。综合以上各值，得D = 10.1m。航道通航水深 D0 =D-Z4 =10.1-0.5 =9.6m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

31、间距b以及 克服岸吸作用的船舶与航道侧壁间富裕间距 C。航迹带宽度A（ m）按下式确定：A = n Lsin B（ 4-9）式中，n：船舶漂移倍数，见表 4-4; Y :风、流压偏角（; L :船长（m）; B :船 宽（m）。表4-4船舶漂移倍数风力横风勺级横流V(m/s)V 0.250.25V 0.50.5V 0.750.75V 6W66W66C(m)0.5B0.75B0.75BBB1.5B所以船舶与航道底边间的富裕间距 C=0.75 B=0.75 226 =16.95m。综上所述，双向航道宽度 W =2A B 2C = 165.03m。近似取为166m。设计底标高为-9.100m。4.6

32、工艺设计包括装卸工艺设计及码头设备的选择和布置。4.6.1装卸工艺装卸船采用装卸桥，水平运输采用拖挂车，堆场作业采用轮胎式龙门起重机。装卸桥额定效率20TEU/h，取t =18 h，N = 330d，每台装卸桥每年可完成装卸量 10万标准 箱以上，根据14万吨集装箱的设计吞吐能力，2台装卸桥装卸即可满足要求，装卸一艘 1wt级船舶1天就能完成，船舶正常周转。根据船舶宽度与装载量可选择巴拿马型集装 箱装卸桥，具体性能指标与与荷载指标见表4-6。表4-6装卸桥规格起重量（t）起升高度（m）外伸距（m）内伸距（m）轨距（m）30.538351016重箱堆场作业机械采用轮胎式集装箱龙门起重机，堆场集装箱层数为4层。4.6.2缓冲设备根据设计船型的撞击力，采用鼓型橡胶护舷，鼓型橡胶护舷具有受力均匀，吸收能 量大，反力低，用橡胶量小等特点，不宜磨损或者撞坏。由港工建筑物附录 A :我 国常用橡胶护舷性能表（沈阳胶管厂），查得符合条件的橡胶护