重力式码头工程简介

重力式码头设计

简介二零零九年十月第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21、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

3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。4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

5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

项目靠泊时间离泊时间开工准备结束公估联检时间（h）0.5～1.00.5～0.750.75～1.00.75～1.01.5～21~26第一章平面设计年吞吐量(104t)货种

<4040～8080～120

>120矿建材料1.70～1.551.55～1.451.45～1.351.35～1.30钢铁及机械设备1.65～1.551.55～1.501.50～1.401.40～1.30木料1.70～1.651.65～1.551.55～1.451.45～1.30袋粮1.70～1.601.60～1.501.50～1.401.40～1.30水泥1.70～1.601.60～1.501.50～1.401.40～1.30化肥及农药1.70～1.601.60～1.501.50～1.401.40～1.30件杂货1.60～1.501.50～1.401.40～1.301.30～1.20综合货种1.65～1.451.45～1.351.35～1.301.30～1.20

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

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。8第一章平面设计

1.2港口主要规模的确定

1.2.2、港内水域的确定使用范围回旋圆直径（m）有掩护的水域，港作拖船条件较好，可借岸标定位20.L无掩护的开敞水域或缺乏港作拖船的港口2.5L允许借码头或转头墩协助转头的水域1.5L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）L9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。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：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(Lsinγ＋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。13第一章平面设计

1.2港口主要规模的确定

1.2.2、港内水域的确定船舶与航道底边的富裕宽度c项目杂货船或集装箱船散货船油船或其他危险品船航速（kn）≤6>6≤6>6≤6>6c(m)0.50B0.75B0.75BBB1.50B满载船舶飘移倍数n和风、流压偏角γ风力横风≤7级横流V（m/s）V≤0.250.25<V≤0.50.5<V≤0.750.75<V≤1.0n1.811.691.591.45γ°377014当斜向风、流作用时，可近似取其投影值查表。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：基本标准复合标准计算水位超高值（m）计算水位超高值（m）设计高水位（高潮累计频率10％的潮位）1.0～1.5极端高水位（重现期为50年的年极值高水位0～0.515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；

16第一章平面设计

1.2.2、港内水域的确定L(m)<4041～8586～150151～200201～230>230d(m)58～1012～1518～2022～25308.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=ξL+d/2富裕长度d船长系数ξ两直立岸壁间夹角θ60o70o90o120oDWT>5000t1.451.351.251.15DWT≤5000t1.551.401.301.2017第一章平面设计

1.2.3、船舶装卸作业允许波高和风力船舶吨级DWT(t)允许作业波高（m）允许风力顺浪H4%横浪H4%≤6级油船散货船杂货船集装箱船油船散货船杂货船集装箱船10000.6—0.6—0.6—0.6—20000.6—0.6—0.6—0.6—30001.0—0.8—0.8—0.6—50001.0—0.8—0.8—0.6—100001.01.01.00.80.80.80.80.615000—1.01.00.8—0.80.80.6200001.21.21.0—1.01.00.8—25000———1.0———0.8300001.21.2—1.01.01.0—0.835000———1.0———0.840000—1.2———1.0——500001.51.5——1.21.2——70000—1.5———1.2——800001.5———1.2———1000001.51.5——1.21.2——1200001.51.5——1.21.2——≥1500002.02.0——1.51.5——182.1.1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

地基型式岩石地基：预制安装墙身：以二片石或碎石整平，厚度不小于0.3m现浇砼或浆砌石结构：直接作用在岩面上，当岩面向水域倾斜时，宜做成阶梯形，最低一层台阶宽度不小于1m。非岩石地基：地基承载力不足：抛石基床地基承载力足够：设置100~200mm厚的贫砼，其埋置深度在冲刷线以下不清不宜小于0.5m。192.1.1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；4.基槽底宽度：总宽度：2d后方有填土：前方大于1.5d，后方大于0.5d后方无填土：前方大于d，后方大于d5.基床肩宽：夯实基床：不宜小于2m不夯实基床：不宜小于1m6.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。202.1.2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

212.1.2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地区大气区浪溅区水位变动区水下区南方C30C40C30C25北方C30C35C30C25海水环境混凝土部位划分大气区浪溅区水位变动区水下区设计高水位加1.5m以上设计高水位加1.5m至设计高水位减1.0m之间设计高水位减1.0m至设计低水位减1.0m之间设计低水位减1.0m以下

注：①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；

②对掩护条件良好的建筑物，其浪溅区上限可适当调低。222.1.2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)建筑物所处地区大气区浪溅区水位变动区水下区北方50505030南方50655030注：①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；

②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；

③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；

④南方指历年最冷月月平均气温大于0℃的地区。232.1.2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建筑物所在地区海水环境淡水环境钢筋混凝土及预应力混凝土素混凝土钢筋混凝土及预应力混凝土素混凝土严重受冻地区（最冷月月平均气温低于-8o）F350F300F250F200受冻地区（最冷月月平均气温在-4～-8o之间）F300F250F200F150微冻地区（最冷月月平均气温在0～-4o之间）F250F200F150F100注：①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；

②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。242.1.2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

252.1.3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。262.1.4一般计算规定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

272.1.4一般计算规定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

282.1.4一般计算规定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

292.1一般构造与计算

2.1.4一般计算规定7.材料重度第二章水工结构设计

材料名称重度γ（KN/m3)水上水下浆砌块石22～2512～15砼23~2413~14钢筋砼24~2514~15302.1一般构造与计算

2.1.4一般计算规定8.填料重度γ和内摩擦角φ的标准值第二章水工结构设计

填料名称重度γ（KN/m3)内摩擦角φ（o）水上水下水上水下细砂1893028中砂189.53232粗砂189.53535砾砂18.5103636碎石171138～4038～40煤渣10～124～535～3935～39块石17～1810～114545312.1一般构造与计算

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

材料摩擦系数砼与砼0.55浆砌石与浆砌石0.65墙底与抛石基床顶面墙身为预制砼0.6墙身为预制浆砌石结构0.65抛石基床底面与地基土顶面地基为细砂－粗砂0.5～0.6地基为粉砂0.4地基为砂质粘土0.35～0.5地基为粘土、粉质粘土0.30～0.45322.1一般构造与计算

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δ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φ/2～2φ/3，阶梯形墙背采用2φ/3；2）垂直的砼或砌体墙背采用φ/3～φ/2，卸荷板以下采用φ/3；3）附斜的砼或砌体墙背采用φ/3。332.1一般构造与计算

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

不考虑波浪作用，由可变作用产生的土压力主导：不考虑波浪作用，由系缆力主导：考虑波浪作用，波浪力主导可变作用考虑波浪作用，堆载土压力主导可变：342.1一般构造与计算

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

不考虑波浪作用，由可变作用产生的土压力主导：不考虑波浪作用，由系缆力主导：考虑波浪作用，波浪力主导可变作用考虑波浪作用，堆载土压力主导可变：352.1一般构造与计算

2.1.5码头稳定性验算3.结构重要性系数安全等级一级二级三级γ01.11.00.9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。组合情况永久作用可变作用γEγPWγEγPRγPγU持久组合1.351.051.35（1.25）1.40（1.30）1.30（1.20）1.30（1.20）短暂组合1.351.051.251.31.21.2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。362.1一般构造与计算

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。372.1一般构造与计算

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

382.1一般构造与计算

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

作用种类作用分项系数永久作用构件自重力、固定设备重力、填料重力1.2回填料产生的土压力1.35剩余水压力1.05静水压力及其浮托力1.2可变作用可变作用引起的土压力1.35（1.25）波浪力及其浮托力1.5

基床反力1.35注：①持久组合采用设计高低水位取表中大值；②持久组合采用极端水位时取表中括号内小值；③短暂组合取表中小值392.2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

402.3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