港口水工建筑物课程设计指导书.docx
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港口水工建筑物课程设计指导书
港口水工建筑物课程设计
指导书
设计开始日期……………………
设计完成日期……………………
指导教师……………………..
港航教研室主任…………………
港口水工建筑物课程设计指导书
一、课程设计的目的
通过本课程设计使学生学会综合运用有关学科的知识，对沉箱重力式顺岸码头结构的设计步骤和方法有一初步了解，巩固和加深所学的部分基本知识、基本理论和基本技能，并在运算、编写说明书和绘图等方面得到基本训练。
初步培养学生解决实际工作问题的能力。
二、课程设计的步骤
（一）沉箱重力式顺岸码头标准断面一般由墙身、胸墙、抛石基体、墙后回填和码头设备等几部分组成。
进行一项工程设计时，首先根据设计任务书提供的水文、气象、地质等资料，考虑施工条件和使用要求拟定码头标准断面各部分构造和尺寸即构造设计，然后进行强度和稳定性验算。
1、码头前沿顶标高和码头前沿底标高
根据设计水位和《规范》及实际地质、水文、使用要求等综合确定。
2、码头底宽
码头底宽是决定码头工程量和造价的一个主要尺度。
确定码头底宽的方法，一般是按已往工程实践的经验并对比已建成的、设计资料类似的码头初步拟定码头底宽，然后粗略的进行沿码头底面的抗滑稳定性和抗倾稳定性及地基应力的验算。
根据验算结果，加大或减少码头底宽，直至获得一个比较合适的底宽为止。
根据这个底宽进行码头断面构造设计和沉箱的构造设计及沉箱浮游稳定验算，再详细进行码头的各项稳定验算，最后确定出比较经济合理的码头底宽。
3、胸墙设计
（1）顶宽：
胸墙上有安装门机前轨、管沟、系船柱等设备要求时，其顶宽应满足安装设备要求；当没有上述设备时，其顶宽一般不应小于0.8米。
2）底宽：
应满足沿胸墙底面的抗滑稳定性和抗倾稳定性的要求并满足安装设备（如管沟）的要求。
安装系船柱的部位，如胸墙的稳定性不够，可局部加大胸墙的顶宽和底宽。
3）底部标高：
一般胸墙均采用现场灌注混凝土，所以胸墙底部标高不得低于施工水位。
再沉箱码头中，胸墙底部宜嵌入沉箱内0.3～0.5米。
如不采用现场灌注混凝土结构，其底部标高的确定可参见有关规定确定。
4）变形缝间距等于沉箱的长度加上一个沉箱构造缝宽；当地基为岩基且基床较薄时，亦可两个或三个沉箱设一个变形缝。
缝宽采用2～5厘米，做成上下垂直通缝。
本次设计因地基土为很厚的亚粘土，所以变形缝间距取为一个沉箱长度加上一个沉箱构造缝宽。
4、墙后回填
对于重力式顺岸码头，由于水深的要求，码头前沿线一般都布置在离岸一定距离的地方，为了形成码头路面，墙后的回填量很大，它占码头总投资的比例也比较高。
应该根据建造码头地区的具体条件和码头使用要求选择最经济合理的回填料及合理确定墙后回填料断面各部分尺寸。
对墙后一定范围内的回填料有两个基本要求，一是对墙的土压力小；二是透水性好，而且不能从码头缝隙中流失。
墙后回填一般有设抛填棱体和不设抛填棱体的两种类型。
对于地震活动区，不宜采用可液化的土料为回填料。
1）抛填棱体
抛填棱体有明显的减小土压力的作用，但耗用大量抛填材料也未必是经济的。
因此，码头墙后是否设置抛填棱体和棱体断面尺寸的选择应根据结构型式和当地材料情况通过技术经济比较确定。
在减压效果不变的情况下，为节省抛填材料可采用分级式棱体。
分级式棱体一般不多于两级，棱体较高时，可采用三级。
采用分级式棱体，要求下级棱体坡面的倒滤层宜伸入上级棱体不少于0.5米。
对于沉箱码头，由于墙身缝少并且比较集中，可在变形缝处设置倒滤层空腔，墙后可不设置抛填棱体，而全部用土或砂回填。
但当有量大廉价的棱体材料时，也可设置抛填棱体。
如大连地区，块石比砂宜取，价格也较便宜，所以沉箱码头墙后都设抛石棱体。
为避免填土在棱体密实下沉后从墙身缝隙中流失，棱体顶面应高出预制安装的墙身不小于0.3米。
2）倒虑层
墙后设置抛石棱体时，为防止回填土的流失，在抛石棱体的顶面和坡面应设置倒虑层。
倒虑层可分层或不分层铺设。
分层倒虑层一般由碎石层和“瓜米石”或粗砂或砾砂层组成，每层厚度不宜小于0.15米，总厚度不宜小于0.4米。
不分层倒虑层应采用级配较好的天然石料（如石渣、砂卵石等）或粒径1～7、2～8厘米碎石，厚度分别不得小于0.6米和0.4米。
对于多级棱体，水下各级的倒虑层厚度可适当加大。
抛填棱体及倒虑层的坡度应根据所用材料的水下自然坡角确定抛石棱体坡度一般采用1：
1，碎石层坡度一般采用1：
1.4。
当施工期间有波浪影响时，坡度应适当放缓。
5抛石基床设计
抛石基床设计包括选择基床型式、确定基床厚度、基槽的底宽和边坡坡度、基床肩宽，规定块石的重量和质量要求等。
抛石基床设计要求可见《港口水工建筑物》重力式码头有关内容。
基床厚度一般根据地基承载力由计算确定，即沉箱底面应力经过基床扩散后应小于地基承载力。
这需要在本设计第四项：
码头基床和地基床力验算时确定。
在本阶段可先假定基床厚度d。
抛石基床一般采用10～100kg块石。
6、码头设备
码头设备主要有系船设备、防冲设备，如码头设有门机和火车还有轨道结构等。
这部分设备及构造的选择可根据《港口水工建筑物》确定。
（二）确定沉箱的尺度并验算沉箱的吃水、干舷高度和浮游稳定性。
1、沉箱的构造
1）沉箱的外形尺寸
顺岸式码头所用的沉箱在平面上一般为矩形。
沉箱的底宽主要由码头的倾倒及水平滑动的稳定性和地基强度所决定，同时也要满足浮运时吃水、干舷高度和浮游稳定性的要求，如不满足时应尽量从施工上采取措施。
这次课程设计中我们在码头断面的设计时，已初步拟定了沉箱的底宽，我们可根据这个底宽进行沉箱的构造设计，接着进行沉箱在浮运的吃水、干舷高度和浮游稳定性的验算，然后再详细进行码头的各项稳定验算。
（工程上，根据验算的结果，还可增大或减少沉箱底宽，进行反复验算，以获得最经济合理的沉箱底宽。
）
为了减小沉箱的底宽，可以在底板的一侧或两侧加设悬趾；为了不影响靠船和配筋太多，底板悬臂的长度不宜大于1米。
沉箱的高度主要取决于码头前水深和施工水位。
一般沉箱顶高程应高出施工水位0.3～0.5米。
沉箱的长度由施工设备能力和码头变形缝间距确定。
本次设计因予制场的滑道宽度为13米，沉箱制作平台最长12.5米，所以沉箱长度不能超过12.5米。
2）沉箱的纵横隔墙
为了增强沉箱的刚度和减小箱壁及箱底的跨度，箱内设有纵横隔墙。
隔墙的间距一般采用3～5米。
为了节省混凝土、减轻沉箱重量和降低重心以改善浮游稳定性，一般在隔墙的上部留孔洞，考虑到箱壁下面1.5l（l为隔墙间距）区段是按三边固定板计算的，为了符合这种计算图式，孔洞下缘到箱底的距离不宜小于1.5l。
箱内的纵横隔墙一般按对称布置，其上所有孔洞的上、下缘应布置在同一高程上。
3）箱内填料
沉箱内的填料一般采用砂或块石。
本次设计采用10～100kg块石。
4）沉箱的尺寸
沉箱和底板的厚度由计算确定，一般沉箱外壁厚度在30厘米左右，不宜小于25厘米，底板厚在30～50厘米之间，且不宜小于壁厚。
隔墙的厚度一般由构造确定，其厚度为隔墙间距的1/25～1/20，并需考虑施工的可能性。
本次设计所有箱格都没有抽干水的要求。
构件转角处是应力集中的地方，为防止干裂，以设置加强角，其尺寸一般为20厘米×20厘米左右。
5）沉箱接头的处理
本次本次设计考虑墙后设有抛石棱体，所以采用平接型式。
接逢宽度一般采用5厘米。
6）用1：
200或1：
100的比例在方格纸上画出沉箱的平面图、纵剖面图和横剖面图。
2、按《港口水工建筑物》有关内容进行沉箱浮游稳定、吃水和干舷高度的验算，确定浮运过程中压水的要求。
预制厂至本港区的水上运输距离约15公里。
3、用1：
100比例画出标准段码头剖视图。
（三）确定各种计算情况的荷载组合图式。
1、荷载
本设计考虑下列设计荷载：
建筑物自重（包括固定设备重量）：
土压力；地面使用荷载（包括堆货、铁路、汽车、流动起重运输机械）：
船舶荷载。
校核荷载根据实际情况确定。
本次设计不考虑波浪力；冰荷载；水流力；剩余水压力，地震荷载。
以上各种荷载的取值标准和计算方法可分别按《港口水工建筑物》及《规范》的有关规定选取。
2、荷载组合
设计时应对可能同时出现的各种荷载进行最不利的组合，并把水位作为一个组合条件考虑。
要求绘制各种计算情况的荷载组合图式。
荷载组合分为设计组合、校核组合和特殊组合三种。
本次设计要求进行﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍组合，即水位采用﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍水位，荷载采用﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍。
（四）进行码头各项稳定的验算
码头稳定性验算包括：
1、沿胸墙底面和沉箱底面的抗倾稳定性；
2、沿胸墙底面和沉箱底面的抗滑稳定性；
3、沿基床底面的抗滑稳定性；
4、基床和地基应力；
5、沉箱底合力作用位置；
6、整体稳定性；
上述各项验算的具体要求可见《港口水工建筑物》和《土力学》中有关内容。
此外1～5各项还可参照《重力式码头设计与施工规范》中的有关规定执行；第6项还可参照《港口工程地基规范》中有关规定执行。
沉箱码头计算断面的平均沉降量的允许值为20～25厘米。
（五）进行沉箱内计算
因本设计时间有限，值要求进行沉箱内力计算，不搞沉箱配筋计算。
1、复习《港口水工建筑物》有关沉箱壁和箱底的计算荷载和计算图式及内力计算方法的内容。
2、分析沉箱的受荷情况并计算外荷载的强度。
3、选择对于沉箱各部位构件的最不利荷载情况。
4、计算个构件的内力，确定设计的最大正负弯矩。
（六）编写设计计算说明书及绘图
1、设计计算说明书内容包括：
1）设计资料；
2）自己计算过程和结果；
3）设计中存在的问题和意见。
要求书写整齐，表达清楚准确，简单扼要，独立完成，并附必要插图。
2、独立完成1#图纸一张。
图中应有码头标准段平面图、立面图和剖视图，要求图面布置匀称、比例得当、整洁、表达正确、注有必要的尺寸。
（七）参考资料
1、《港口水工建筑物》，韩理安主编，人民交通出版社，2000年8月第1版
2、《港口工程荷载规范（JTJ215-98）》，交通部第一航务工程勘察设计院编，人民交通出版社，1998年8月第1版。
《港口工程荷载规范（JTS144-1-2010）》，交通部第一航务工程勘察设计院有限公司、交通部第二航务工程勘察设计院有限公司主编，人民交通出版社，2010年12月第1版。
3、《重力式码头设计与施工规范（JTJ290-98）》，交通部第四航务工程局主编，人民交通出版社，1998年8月第1版。
《重力式码头设计与施工规范（JTS167-2-2009）》，交通部第四航务工程局有限公司、中交四航局港湾工程设计院有限公司主编，人民交通出版社，2009年7月第1版。
4、《防波堤设计与施工规范（JTJ298-98）》，交通部第一航务工程勘察设计院主编，人民交通出版社，1998年8月第1版。
《防波堤设计与施工规范（JTS154-1-2011）》，中交第一航务工程勘察设计院有限公司主编，人民交通出版社，2012年1月第1版。
5、《海港水文规范（JTJ213-98）》，交通部第一航务工程勘察设计院主编，人民交通出版社，1998年8月第1版。
《海港水文规范（JTS145-2-2013）》，中交第一航务工程勘察设计院有限公司主编，人民交通出版社，2013年4月第1版。
6、《水运工程抗震设计规范（JTJ225-98）》，中交水运规划设计院、交通部第一航务工程勘察设计院主编，人民交通出版社，1998年8月第1版。
7、《码头附属设施技术规范（JTJ297-2001）》，中交水运规划设计院主编，人民交通出版社，2002年4月第1版。
8、《港口工程地基规范（JTS147-1-2010）》，中交天津港湾工程研究院有限公司主编，人民交通出版社，2010年8月第1版。
说明：
规范新旧版对照，以新版为准。
附录一
沉箱予制场
沉箱在离码头所在地15公里左右（海上距离）的予制场制作。
设计沉箱时应考虑予制场的设备条件。
予制场的沉箱制作平台的平面尺寸为10×12.5米；溜放平车载重量不超过600吨；架立钢模板和现场灌注混凝土使用的塔吊。
其起重能力为2～6吨（与吊臂有关）；滑道末端标高-6.0米；台车和平台的总高度为2.5米；从予制场至拟建码头处的航道底标高≤-6.0米；予制场的滑道宽度为13米。
为节约材料、加速工程施工，予制场予制普通沉箱采用标准模数化的外形尺度，其有关规定如下：
（一）沉箱平面尺度对照表
序号
沉箱分格净距（m）
沉箱长边长度（分三格）（m）
沉箱短边长度（分三格）（m）
1
3.8
12.4
8.4
2
3.7
12.1
8.2
3
3.6
11.8
8.0
4
3.5
11.5
7.8
5
3.4
11.2
7.6
6
3.3
10.9
7.4
7
3.2
10.6
7.2
8
3.1
10.3
7.0
9
3.0
10.0
6.8
10
2.9
9.7
6.6
11
2.8
9.4
6.4
12
2.7
9.1
6.2
13
2.6
8.8
6.0
说明：
1、表中沉箱分格按等分考虑（长分三格、短分三格）则长边级差0.3m，短边级差0.2m；若不等分格时则长短边级差均可将为0.1m。
2、长短边尺寸可按设计要求任意组合。
3、长边最大长度不得超过12.5m。
（二）沉箱高度分级
根据大连地区施工潮位，沉箱顶标高一般取﹢2.5m，又根据予制场设备能力，一般12.5m以下任意高度均可予制，一般可参考下表取值。
抛石基床顶标高（m）
﹣5
﹣6
﹣7
﹣8
﹣9
﹣10
沉箱予制高度（m）
7.5
8.5
9.5
10.5
11.5
12.5
（三）细部尺寸的确定
1、沉箱底板厚度分别0.4m、0.45m、0.5m及0.55m四级。
2、外墙厚度分0.3m、0.35m、0.4m三级。
3、隔墙厚度一律为0.2m。
4、转角处水平及垂直八字尺寸定为21.3×21.3厘米。
5、脚趾尺寸，分三种：
（图中尺寸为米）
附录二
码头整体稳定验算
重力式码头主要有沿圆弧面及沿对数螺旋面滑动的整体稳定性计算，本次设计只对圆弧面进行验算，验算方法可参阅《土力学》中的有关知识，亦可参阅下述方法：
根据大量的计算分析，发现最危险的滑弧中心、荷重和滑动面及水底下的深度（图中t）之间存在着一定的关系，据次作出了附表2—1。
实际圆心的坐标为表中的坐标参数x及y各乘以h值。
按下表给出的最危险圆心的位置，当地基土壤粘结力对整体稳定性的影响越小时越准确；当粘结力的影响较大时，则表中给出的圆心位置，其横坐标偏小而纵坐标偏大。
附图2－１
附表2—1
Δh/h
L/h
滑动圆心坐标参数
x
y
0
0.5
0.25
0.26
0
1.0
0.33
0.41
0.5
0.5
0.31
0.35
0.5
1.0
0.41
0.53
1.0
0.5
0.34
0.39
1.0
1.0
0.44
0.57
附录三四面支撑矩形板均布荷载作用下内力计算表
附录四四面支撑矩形板三角形荷载作用下内力计算表
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