港口海岸及近海工程毕业设计重力式码头讲解.docx
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港口海岸及近海工程毕业设计重力式码头讲解
第一章、码头设计资料
1.1建筑物的种类和等级
1.1.1建筑物的种类：
依据总平面布置和工艺要求，本工程码头为10万吨级集装箱泊位，码头水工结构按停靠10万吨级集装箱船舶设计。
本工程东端与客运码头毗邻。
为了形成码头陆域，东端设有斜坡抛石护岸；形成连续岸壁。
1.1.2建筑物等级
码头：
集装箱泊位工程属于一般港口的主要建筑物，按“规范”规定，结构安全等级为二级。
护岸：
本期工程建设时，需在码头东端前沿线与现有陆域之间设置护岸，按三级建筑物设计。
1.2建筑物的主要尺度
码头共长324m（包括工作船泊位后方20m）；码头面高程为8.0m；码头底高程为-17.50m。
东护岸长235m。
1.2.1设计船型尺度
设计船型的主要尺度见表1-1。
表1-1
船舶
类型
船舶吨级DWT
（t）
主要尺度（m）
备注
总长
型宽
型深
满载吃水
散货船
50000
225
32.3
18.0
13.0
集装箱船舶
50000
294
32.3
21.7
13.0
集装箱船舶
100000
347
42.8
24.4
14.5
1.3自然条件
1.3.1气象
根据当地气象站1968～1980年的观测资料统计：
1.3.2气温：
属于亚热带海洋性气候。
年平均气温：
20.8℃
平均最高气温：
21.3℃
平均最低气温：
20.3℃
极端最高气温：
38.5℃（1979.8.5）
极端最低气温：
2.7℃（1977.1.31）
日最高气温：
≥30℃，平均年出现日数为105.3天
日最高气温：
≥35℃，平均年出现日数为7.9天
1.3.3降水
年平均降水量：
1173.5mm
年最大降水量：
1771.8mm（1973年）
年最小降水量：
892.4mm（1970年）
月平均最大降水量：
204.6mm（6月）
月最大降水量：
494.5mm（1973年4月）
降水多集中于4～8月份，月平均降水均超过100mm，这五个月降水量占全年总降水量67%，其中6月份降水量最大。
平均年降水日数：
128.7天
降雨强度≥中雨的年平均降雨天数为32.7天
降雨强度≥大雨的年平均降雨天数为12.4天
降雨强度≥暴雨的年平均降雨天数为3.6天
1.3.4风况
据1975～1979年气象台每日24次观测资料统计，其常风向与强风向均为NE，出现频率为14.86%，全年≥6级平均出现158小时，频率为0.15%，≥7级平均出现3.8小时。
详见风频率统计表1-2和总平面图中的风玫瑰图。
气象站1975～1979年风频率统计表
表1-2
风级
风向频率
0.3-5.4
（m/s）
5.5-7.9
（m/s）
8.0-10.7
（m/s）
≥10.8
（m/s）
合计
（m/s）
N
3.1
0.1
0.02
3.22
NNE
7.1
1.3
0.3
0.05
8.75
NE
12.3
2.1
0.4
0.06
14.86
ENE
8.0
1.3
0.2
9.5
E
10.1
1.0
0.08
0.01
11.19
ESE
8.4
0.2
0.03
8.63
SE
9.4
0.06
0.01
9.47
SSE
4.1
0.2
0.02
4.32
S
3.4
0.2
0.03
3.63
SSW
2.0
0.1
0.01
2.11
SW
2.0
0.01
2.01
WSW
5.8
0.08
0.01
5.89
W
8.0
0.1
0.03
0.02
8.15
WNW
3.5
0.02
0.01
0.01
3.54
NW
1.8
1.80
NNW
2.0
0.03
0.01
2.04
C
0.08
0.80
合计
91.8
6.80
1.16
0.15
99.91
台风及热带风暴：
本地区经常受台风（含热带风暴，强热带风暴）袭击，几乎每年7～10月都受台风影响。
1958～1980年23年中，影响本地的台风共68次，平均每年3次。
出现最多的是1961年，共6次。
68次台风过程中，当地最大风级≥9级（风速20.8m/s）出现10次。
1973年7月，7301号台风路经厦门，实测最大风速为30m/s，风向为WSW。
1952年以来，实测最大台风风速为38m/s，风向为ESE，5903号台风路经本海区时瞬时最大风速达60m/s，出现于1959年8月23日。
1.3.5雾况
该地区年平均雾日为22.4天，最多为36天（1973年），最少为8天（1971年）。
每年雾日多集中在2～4月，夏、秋两季很少出现。
能见度小于1km的大雾平均每年出现3.7天。
1.3.6相对湿度：
每年3月～8月较潮湿，10月至翌年2月较为干燥。
年平均相对湿度为78%，6月份平均相对湿度最小为67%。
1.4水文
1.4.1潮位
本海区属规则半日潮，其潮汐性质参数为（H01+HK1）/HM2=0.34
本设计所有潮位值及高程均从当地理论最低潮面起算。
1.4.2潮位特征值：
据1957～1983年验潮站资料统计：
最高高潮位：
7.17m（1959年8月23日）
最低低潮位：
-0.13m（1983年1月30日）
平均高潮位：
5.46m
平均低潮位：
1.47m
平均潮差：
3.99m
最大潮差：
6.42m（1972年11月23日）
最小潮差：
0.99m（1969年10月5日）
平均海平面：
3.35m
另据1907～1983年资料得出：
最高高潮位：
7.56m（1933年10月20日）
最低低潮位：
-0.28m（1921年2月24日和1922年2月14日）
1.4.3设计水位：
设计高水位：
6.14m
设计低水位：
0.72m
极端高水位：
7.34m
极端低水位：
-0.22m
1.4.4乘潮水位：
乘潮水位见表1-3。
乘潮水位统计表
表1-3
频率（%）
延时乘潮水位（m）
50
60
70
80
90
95
乘潮一小时
5.41
5.29
5.15
4.98
4.76
4.58
乘潮二小时
5.16
5.05
4.93
4.78
4.59
4.44
乘潮三小时
4.79
4.71
4.6
4.48
4.31
4.2
乘潮四小时
4.32
4.26
4.19
4.1
3.98
3.86
1.4.5潮流
港区潮流性质属正规半日潮流，潮流为往复流，据1993年4月水文测验测流资料，附近泊位码头前沿及进港航道涨急垂线平均流向250°～320°，垂线平均最大流速大潮0.88～1.l0m/s，小潮0.36～0.61m/s，落急垂线平均流向75°～120°，最大垂线平均流速大潮1.03～1.36m/s，小潮0.66～0.74m/s，落潮流速大于涨潮流速，最大流速均发生在高潮前后2～3小时。
1.4.6波浪
1、波浪概况
根据港区的地理位置分析，本港区主要受ESE、SE向外海传入涌浪（顺浪）和WNW～E向小风区波浪控制。
2、设计波浪
本码头设计波浪要素取小风区波浪计算结果。
码头前50年一遇波要素。
码头：
正向浪为NNE（NE）向，五十年一遇，设计高水位（6.14m）H1%=3.2m，
=5.5s。
护岸：
东护岸，E向浪，25年一遇，H5%=2.0m，
=5.0s（设计高水位）；
其余参见水文波浪表格
重现期
50年一遇
波向
水位
H1%.（m，）
H13%.（m，）
T（s）
NNW
（N）
极端高水位
27
1.9
5.2
设计高水位
2.7
1.9
5.2
设计低水位
2.4
1.7
5.0
NNE
（NE）
极端高水位
3.2
2.2
5.5
设计高水位
32
2.2
5.5
设计低水位
2.9
2.0
5.3
E
（ENE）
极端高水位
3.5
2.4
5.8
设计高水位
3.4
2.4
5.8
设计低水位
3.0
2.1
5.4
重现期
25年一遇
波向
水位
H1%.（m，）
H13%.（m，）
T（s）
NNW
（N）
极端高水位
2.0
1.3
4.8
设计高水位
2.0
1.3
4.8
设计低水位
1.8
1.2
4.6
NNE
（NE）
极端高水位
2.6
1.8
5.1
设计高水位
2.6
1.8
5.1
设计低水位
2.4
1.7
5.0
E
（ENE）
极端高水位
2.5
1.7
5.0
设计高水位
2.5
1.7
5.0
设计低水位
2.3
1.6
4.8
重现期
10年一遇
波向
水位
H1%.（m，）
H13%.（m，）
T（s）
NNW
（N）
极端高水位
1.5
1.0
3.8
设计高水位
1.5
1.0
3.8
设计低水位
1.4
1.0
3.8
NNE
（NE）
极端高水位
2.2
1.5
4.6
设计高水位
2.1
1.5
4.6
设计低水位
2.0
1.4
4.4
E
（ENE）
极端高水位
2.5
1.3
4.3
设计高水位
2.5
1.3
4.3
设计低水位
2.3
1.2
4.2
1.4.7作业天数
1、码头作业标准：
风：
≤6级
雾：
能见度≥1km
雨：
≤小雨
浪：
顺浪：
H4%≤1.5m
≤6s
横浪：
H4%≤1.2m
≤6s
2、作业天统计结果：
码头年作业天为318天。
1.5地质
根据本工程地质勘察资料，拟建场地水域泥面标高一般在0.41～-8.04米之间，地形呈南高北低趋势。
勘察结果表明，岩土层分布较为简单，一般上部为海相成因的淤泥土层，中部为残积土层，下部为强（中）风化岩。
现按地层特点及分布规律分述如下：
①1流泥：
灰色～深灰色，流塑状，高塑性，含有腐植物，一般分布于泥面表层，全区均见，厚度0.5～5.0米不等，底标高-6.99～-12.97米不等，平均标准贯入击数N＜1击。
①2淤泥：
灰～深灰色，流塑～软塑状，高塑性，夹砂斑，含有机质及少量的碎贝壳，夹有流泥、淤泥混砂、淤泥质粘土、中粗砂、孤石、淤泥质粉质粘土等透镜体，局部混较多的碎贝壳及细砂，该层全区均见，最厚处位于MB13孔处厚约19.3米，最薄处位于MB34孔处厚约2.1米。
底标高一般为-11.04～-31.23米不等。
平均标准贯入击数N=1.5击。
②残积土：
灰白～褐黄色，坚硬状，局部为可塑或硬塑状，中塑性，含较多的石英颗粒，具有基岩的残余结构，土质不均。
该层分布较为广泛，局部缺失，厚度变化较大，其中尤以M50及M34孔处厚度最大，达10～13m不等，最薄处缺失或仅为0.4m左右。
底标高一般为-18.17～-31.23米不等，平均标准贯入击数N=39.7击。
在该层顶部和淤泥质土层底部分布有相当数量的微风化花岗岩孤石，（本次勘察表明：
MB3、MB4、MB21、MB31、MB43、MB46等孔均有孤石揭示），已钻穿孤石厚度约0.6～3.0米不等。
③强风化花岗岩：
褐黄夹灰白色，风化程度不均上部风化较强烈，原岩结构清晰，主要成份为风化的长石、石英和云母等矿物，长石和云母已大部分风化变质，下部一般为碎块状，岩块多数手掰易碎，遇水易崩解软化。
该层平均标准贯入击数N＞50击，该层强风化岩位于1-1及2-2剖面岩面出露为全区较高点，一般为-14～-17米。
而31-31剖面及其剖面附近处（4-2剖面中M44～K9段）达-11～-14米，为码头区浅点段，其余一般都在-20～-26米不等，最深处达-36米（M50孔）。
总之，强风化岩面分布较为复杂，大致呈锯齿状，高低不等分布，总趋势为中间高，东西两头低。
④中风化花岗岩：
褐黄色～青灰色，原岩花岗结构清晰，主要成份为长石、石英和云母等矿物，节理和裂隙发育，岩样坚硬，锤击可碎，岩芯采取率为35%～98%左右，出露顶标高为-12.35米～-37.69米不等。
钻孔剖面图、柱状图以及各岩土层单元的物理、力学性指标统计结果见下页图表。
1.6地震
本区基本地震烈度为7度（0.15g）。
土层主要物理、力学性指标统计表
土层编号
土名
指标
项目
天然含水率w%
天然重度γkN/m3
孔隙比e
塑性界限
直剪试验
三轴剪切试验
三轴剪切试验
压缩系数a0.1-0.2MPa-1
压缩模量Es0.1-0.2MPa
固结系数
压缩指数CckPa
自然休止角
标贯击数N63.5（击）
液限wL%
塑性指数Ip%
液性指数IL
快剪CqkPa
快剪Φq度
固快CcqkPa
固快Φcq度
粘聚力CkPa
内摩擦角Φ（度）
总应力粘聚力CkPa
总应力内摩擦角Φ（度）
有效应力粘聚力C/kPa
有效应力内摩擦角Φ/（度）
垂直Cv×10-3cm2/s
水平CH×10-3cm2/s
干αC度
水下αω度
①1
流泥
件数
129
20
20
129
129
129
20
20
2
2
14
14
1
1
109
最大值
117.4
14.9
2.94
65.1
34.8
3.38
6
0.0
10
12.4
2.66
2.02
0.60
1.26
<1
最小值
85.2
13.8
2.34
50.9
24.7
1.73
2
0.0
6
12.2
1.66
1.34
0.60
1.26
<1
平均值
92.4
14.5
2.53
57.9
29.9
2.16
4
0.0
8
12.3
2.08
1.66
0.60
1.26
<1
变异系数
0.08
0.02
0.05
0.05
0.06
0.12
0.30
0.35
0.01
0.16
0.12
①2
淤泥
件数
765
313
313
765
765
765
160
160
107
107
4
4
3
3
3
3
177
177
47
46
33
48
最大值
87.2
16.4
2.51
65.7
35.2
2.66
12
1.6
13
15.1
6.0
2.8
8.0
14.5
7.0
26.7
2.61
2.91
1.04
1.92
0.91
3.0
最小值
55.2
14.2
1.56
37.8
17.6
1.01
2
0.0
5
12.7
4.0
0.0
4.0
13.4
3.0
22.3
0.92
1.23
0.26
0.58
0.38
1.0
平均值
72.2
15.1
2.07
54.4
27.7
1.65
5
0.1
8
14.4
5.3
1.1
6.3
13.8
4.7
25.2
1.87
1.69
0.76
1.12
0.68
1.5
变异系数
0.08
0.03
0.08
0.09
0.10
0.14
0.39
3.59
0.21
0.04
0.18
0.33
0.04
0.45
0.10
0.18
0.17
0.21
0.27
0.16
0.39
②
残积土
件数
77
50
50
77
77
77
24
24
22
22
43
43
19
19
15
26
最大值
26.7
20.0
0.92
34.2
15.0
0.75
58
24.8
42
27.0
0.61
4.70
14.57
13.95
0.24
50.0
最小值
17.6
17.6
0.60
25.4
10.1
0.11
19
15.6
18
20.6
0.38
2.90
8.33
7.56
0.18
29.0
平均值
21.7
18.7
0.74
28.6
12.1
0.43
31
21.6
26
24.5
0.47
3.74
10.86
10.81
0.20
39.7
变异系数
0.09
0.02
0.07
0.05
0.10
0.35
0.29
0.11
0.22
0.08
0.11
0.10
0.19
0.19
0.09
0.14
③
强风化
件数
288
最大值
>50
最小值
48.0
平均值
50.0
变异系数
0.00
土层地基承载力标准值
区域
土名
地基承载力标准值（KPa）
码头
①2
淤泥
25
②
残积土
240
③
强风化岩
500
护岸
①2
淤泥
25
②
残积土
250
③
强风化岩
500
1.7工艺荷载
1.7.1堆货荷载：
码头堆货均布荷载：
码头前沿15.5m宽度内为q1=30KN/m2，其后为q2=60KN/m2。
1.7.2设备荷载：
（1）岸机
集装箱装卸桥：
轨距×基距=30m×16m，最大轮压800KN/轮，每腿8轮。
轮距1.2m。
（2）40t门座起重机：
轨距×基距=10.5m×12m，最大轮压280KN/轮，每腿12轮。
（3）流动机械：
10t叉车及25t轮胎吊荷载分别参见“港口工程荷载规范”表C.8和表C.5。
55t载重汽车见“规范”29页表8.0.2。
第二章、码头结构选型
2.1码头结构
根据地质资料及本地区的施工经验和施工工艺，在多方案比选的基础上，码头主要考虑了重力式沉箱结构。
方案一是带卸荷板的填石沉箱结构，重量控制在2400t内；沉箱纵向长22.58m，底宽12.15m；方案二为不带卸荷板的填石沉箱结构，沉箱重量控制在2400t，沉箱纵向长18.25m，底宽15.85m。
二者比较起来各有其优势，具体见下表。
方案二具有码头结构更合理，码头重心低，封仓板与沉箱连成整体，抗震性能好。
且工期较短，施工简便，其工程造价与方案一相比较少，故本阶段推荐方案二。
码头结构方案比较表
带卸荷板的沉箱方案（方案一）
不带卸荷板的沉箱方案（方案二）
主
要
工
程
量
沉箱17个15980m3
沉箱21个19740m3
盖板及卸荷板204块10195m3
顶盖板252块8002m3
胸墙8262m3
胸墙378m3
抛石棱体及箱内填石123366m3
抛石棱体及箱内填石132473m3
基床抛石87241m3
基床抛石97102m3
挖泥52.74万m3
挖泥54.03万m3
基槽炸岩460m3
基槽炸岩420m3
工程费
23.61万元/m
24.89万元/m
主
要
优
缺
点
1、当地工程案较多。
1、当地已有工程案例。
外地工程案例较多。
2、沉箱长度较长，码头整体性好，沉箱个数略小。
2、沉箱较短，沉箱个数略多，码头结构受力更合理。
3、沉箱混凝土用量略少。
3、沉箱混凝土用量略多。
2.2护岸结构
本护岸为Ⅲ级建筑物。
基于当地石料丰富，价格便宜，为方便施工，便于陆域形成，本着经济合理的设计原则，护岸结构型式为斜坡抛石护岸。
据钻孔资料揭示，东护岸所处位置淤泥层较厚；东护岸淤泥平均厚约16m，且分布不均匀。
在M88、M87孔处淤泥层厚达23.8m；鉴于地质资料情况，本阶段共做两个方案比选。
方案一，为了基础稳定，先挖除6.0m厚淤泥，而后铺砂垫层，打塑料排水板加固地基。
方案二，基础采用大开挖。
在保证现有岸坡稳定的前提下，在距陆侧一定距离外的地段，将残积土以上的淤泥层挖除换填开山石，形成护岸。
护岸的上部结构均采用带挡浪墙的抛石斜坡堤形式。
方案一：
堤心为10-100kg块石，外侧边坡1：
2.5，东护岸护面采用安放450-550kg块石护面，压脚为100-150kg块石，堤顶设浆砌块石挡墙，堤内侧设倒滤层结构，后方回填中砂和开山石。
方案二：
堤心大部分采用开山石，在1.0m以上及外坡垫层采用10-100kg块石，外侧边坡1：
1.5，东护岸护面为1.0t四脚空心方块，其余同方案一。
由于东护岸为规划工作船码头陆域，工作船泊位采用趸船结构形式。
方案一外侧边坡1：
2.5，势必带来撑杆跨度较大，结构处理有一定难度。
故东护岸采用方案二较为适宜。
2.3结构概述
码头设计方案一为带卸荷板的重力式沉箱填石方案，沉箱底宽12.15m；方案二为不带卸荷板的重力式填石方案，沉箱底宽15.85m，按当地施工能力沉箱重量均按2400t控制。
基床厚度：
根据地质报告，码头持力层选在强风化岩层，由于该层埋深起伏较大，基床平均厚约8.5m，基床最小厚度为2.0m。
2.3.1带卸荷板的重力式沉箱填石方案（方案一）
沉箱码头主要构件为预制安装钢筋混凝土沉箱，预制安装钢筋混凝土卸荷板和现浇混凝土胸墙。
预制沉箱为15个仓格，沉箱高为17.3m，底宽12.15m，其中前趾长1.0m；沉箱每个仓格尺寸为4.2×3.3m；沉箱前墙厚0.40m，后墙厚0.35m，侧墙厚0.35m，隔墙厚0.25m，每
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