大直径圆筒码头设计DOC.docx

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大直径圆筒码头设计DOC

第一章概述

1.1设计编制依据

1.1.1设计委托书（2001年9月）；

1.1.2业主提供的场地工程地质资料（1996年5月）；

1.1.3业主提供征地测量资料（2000年9月）；

1.1.4广东海事局珠江水道海图（2000年）；

1.1.5中华人民共和国交通部港口工程技术规范。

1.2吞吐任务

根据上述吞吐量预测及泊位现状分析，本码头计划吞吐量为10万TEU，约占东莞集装箱水运吞吐量20%左右。

1.3设计船型

船舶吨级

总长L（m）

型宽B（m）

型深H（m）

满载吃水T（m）

10000DWT

152

20

11.8

8.8

1.4自然条件

1.4.1前言

拟建码头位于东莞西南沙田镇内西大坦管理区，珠江口狮子洋东岸。

1.4.2气象

据东莞市气象台1959～1997年的气象观测资料统计：

1.4.2.1气温

多年平均气温：

22.00C

极端最高气温：

38.200C（1994年7月2日）

极端最低气温：

-0.500C（1957年2月11日）

历年平均350C的日数：

4.9日

1.4.2.2降水

多年平均降水量1774.1mm；

历年最大降水量：

2394.9mm；

历年最小降水量：

972.2mm；

最长连续降水量：

481.3mm；

日最大降水量：

367.8mm；

多年日降水10mm的天数：

46.9天；

多年日降水25mm的天数：

21.0天；

多年日降水50mm的天数：

7.7天；

多年日降水100mm的天数：

1.4天；

雨季月份：

4～9月；

降雨日数占全年的百分比：

40.8%。

1.4.2.3雾

多年平均雾日数：

（能见度1000m）:

5.7日；

最多年份日数：

15日；

年分布情况：

1～4月多，6-8月少；

日分布情况：

早晨多，午间少；

雾日占全年的百分比：

1.56％。

1.4.2.4湿度

多年平均相对湿度：

79％；

最高相对湿度：

100％；

湿度年分布情况：

3-9月。

1.4.2.5日照

历年平均日照时间：

1932小时。

1.4.2.6风况

本地区东风为常风向，频率13％，其次为东北、东北东风向，频率9%。

强风向以南、北风为主，频率8％；其次为东南、南东南风，频率为5％、4％。

年平均风速为1.9m/s，实测最大风速为20.Om/s，对应风向为北、东北、东东北、东。

风速大于10m/s的大风日数为1.5日；

风速大于17m/s的大风日数为0.1日；

年平均风速及风向玫瑰图如下：

1.4.2.7台风

台风对本区影响期为4月至次年1月。

以7-9月为盛行期。

平均年次数为2.6次。

台风风向为东南东向，最大风速26m/s，瞬时风速为35m/s。

1.4.3水文

1.4.3.1潮汐

（1）潮型

珠江河口区域的潮性系数在0.94～1.77之间，属不正规半日混合潮型，即每日出现两次高潮和两次低潮，但有日不等现象。

（2）基准面

据潮位资料分析，利用本工程上游的坭洲头及下游的仙屋处的基面关系，按距离插值求得码头所在河段各基准面关系如下：

（3）潮汐特征值

以当地理论最低潮起算，据泗盛站资料统计（1964～1978年，高低潮1964～1992年）：

历年最高潮位：

4.23m（1989年）；

历年最低潮位：

-0.12m（1968年）；

平均海平面：

1.86m；

平均高潮位：

2.65m；

平均低潮位：

1.04m；

涨潮最大潮差：

3.02m；

落潮最大潮差：

3.35m；

平均潮位：

1.61m；

平均涨潮历时：

5时45分；

平均落潮历时：

6时45分。

（4）设计水位

设计高水位：

3.26m；

设计低水位：

0.55m；

极端高水位：

4.34m；

极端低水位：

-0.16m。

（5）台风增水

据1956～1980年统计，泗盛站高潮时相对台风增水最大值为1.27m。

1.4.3.2潮流

本河段潮流为往复流性质，一般落潮流大于潮流。

大虎附近落潮最大流速1.44m/s，涨潮流速1.32m/s。

干流河段涨潮最大流速1.Om/s左占，平均流速在0.5m/s左右，流向基本与河道走向一致。

1.4.3.3波浪

虎门以内的河段，外海波浪对水工建筑物无显著影响。

主要影响为小风区波浪和船行波，因风区较短，故波浪作用较小。

虎门内河段50年一遇设计波要素H%小于1.5m。

1.4.3.4泥沙动力特性

在码头上游狮子洋水道中，泥沙主要来源于东江南支流。

出东江南支流的泥沙一部分在河口下游左岸的西大坦水域堆积，一部分进入狮子洋水道随潮汐涨落作往复运动，一部分悬移物质在盐水楔作用下絮凝沉降加积于狮子洋两岸滩地，大部分输向伶仃洋。

码头处河道深槽边缘为沙质堆积，近岸带则为粉砂淤泥物质，而西大坦河段平均含沙量为0.143kg/m3，枯季大于洪季。

海域泥沙来源较小，对本河段泥沙作用影响相对较小。

由于西大坦不断围恳，虽深水区域离岸较近，但淤涨仍在发展。

据南科院水流泥沙数值计算报告，沙田港区顺岸式码头港池平均淤积厚度为0.76m/年。

1.4.4地质概况

本工程所在西大坦地貌类型主要为冲积平面。

根据地质钻探资料，工程地质层自上而下分述如下：

（1）人工填土层：

以吹填砂为主，厚度为2.00～3.00m，力学性质差。

（2）软土层：

主要为Q4al淤泥、淤泥质土。

呈流塑状，平均标贯击数为1.9击。

呈层状分布，夹有粉细砂薄层或透镜体，厚度为3.30～12.00m。

（3）砂性土层：

主要为Q4al中、粗砂，含少量粉细砂。

松散～稍密，平均标贯10击，承载力标准值fk=130kPa，呈层状分布，厚度5.70～17.50m,常夹淤泥薄层。

（4）卵石层：

Q4al之卵砾石层，饱和，密实。

平均标贯击数为21.0击。

承载力标准值fk=340kPa，厚度2.00～7.70m。

（5）强风化岩层：

大部分矿物成分风化成土的砂岩层，受地下水浸泡，标贯击数偏低，N=8.4～14.9击。

厚度0.9～3.00m。

建议承载力标准值fk=300kPa，桩端承载力标准值3000kPa。

（6）中风化岩层：

主要为砂岩，薄层状构造，裂隙发育。

厚度0.60～2.00m，承载力标准值fk=1100kPa。

（7）微风化岩层：

薄层状构造砂岩，裂隙不发育。

揭露厚度0.50～1.50m。

承载力标准值fk=2000kPa。

第二章总平面布置

2.1港区布置原则

1）港口应按客运量、吞吐量、货种、流向、集疏运方式、自然条件、安全

和环保等因素，合理地划分港区。

2）在布置港区时，应考虑风向及水流流向的影响。

对大气环境有较大污染

的港宜布置在港口全年强风向的下风侧；对水环境有严重污染的港区或危险品港

区宜布置在港口的下游，并与其它码头或港区保持一定的安全距离。

3）港区总平面布置，应根据港口总体布局规划，结合装卸工艺要求，充分

利用自然条件，远近结合、合理布置港区的水域、陆域，并应符合下列要求。

①装卸作业对大气环境产生较大污染的货种的泊位，应布置在港区常风向

的下风侧；装卸作业对水环境产生严重污染的货种的泊位，应布置在港区的下游

岸段，并应注意水流流向的影响。

②顺岸式码头的前沿线位置，宜利用天然水深沿水流方向及自然地形等高

线布置。

并应考虑码头建成后对防洪、水流改变、河床冲淤变化及岸坡稳定的影

响。

码头前应有可供船舶运转的水域。

③港区陆域平面布置和竖向设计，应根据装卸工艺方案，港区自然条件，

安全、卫生、环保、防洪、拆迁、土石方工程量和节约用地等因素合理确定，并

应与城市规划和建港的外部条件相协调。

④港口水域包括码头前停泊水域、回旋水域、进港航道和锚地等，可根据具

体情况组合设置或单独设置。

⑤改建、扩建港区的总平面布置，应与原有港区相协调，充分、合理地利用

原有设施，并应考虑减少建设过程中对原有港区生产的影响。

2.2码头年作业天数

影响码头装卸作用的自然因素一般有风、浪、雨、雾、雪及雷暴等，可以根

据气象条件确定自然因素对码头作业天数的影响。

由于本项目处于亚热带季风型气候区，风、雨以及灾害性天气有较大机会同时出现，故考虑码头作业天数时

应扣除自然因素对码头影响的重叠部分。

表4-1影响码头作业天数的主要因素

控制因素标准平均天数

风风力大于6级14.4

雨中雨以上7

雾能见度小于1km5.5

浪因内河在风力小于6级时，浪高很小，不影响作业。

根据船舶装卸作业的允许风力的规定，并对影响码头作业天数的雨、雾、雪、

雷暴及水流等其他自然因素进行综合分析，扣除各影响因素间的重叠部分，确定

码头年作业天数为330天。

2.3高程及水深的确定

2.3.1设计水深

本设计采用85高程。

设计高水位：

3.26m；

设计低水位：

0.55m；

极端高水位：

4.34m；

极端低水位：

-0.16m。

2.3.2码头前沿设计高程

码头前沿设计高程应考虑码头的重要性、淹没影响、河流特性、地形、地质、

装卸工艺等因素，并结合码头布置及型式、前后方高程的衔接、工程投资及防洪

措施等条件，综合分析确定。

码头前沿设计高程应为码头设计高水位加超高。

超高值宜取1.0~1.5m。

（根

据《河港工程设计规范》（GB50192-93）第4.4.2条）本设计取0.3m。

则码头前沿设计高程为

3.26+1.3=4.56（m）

2.3.3码头前沿设计水深

码头前沿设计水深，应保证营运期内设计船型在满载吃水情况下安全停靠和

装卸作业，其值可按下式计算：

根据《河港工程设计规范》（GB50192-93）表4.4.4

条，其值可按下式计算：

D=T+Z1+Z2+Z3+Z4

式中：

D――前沿设计水深（m）;

T――设计船型满载吃水（m），本次设计的满载吃水T=8.8m;

Z1――航行时龙骨下最小富裕深度（m），本次设计取0.6m；

Z2――波浪富裕深度（m），本港属于有掩护海域，故取0m；2Z

Z3――船舶装载纵倾富裕深度（m），杂货船和集装箱船可不计，油船和散货船取0.15m，本设计取0;

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,本次设计取0.6m；

D=8.8+0.6+0+0+0.6=10.00（m）

2.4泊位数的确定

2.4.1集装箱码头泊位数及年通过能力的计算

综合考虑设计码头的年作业量、泊位性质及船型等因素，按照《海港总平面设计规范》（JTJ211－99）中5.8.1式：

（1）泊位数确定公式如下：

N=Q/Pt

式中：

N――泊位数；

Q――码头年作业量（ｔ），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――每个泊位的年通过能力（ｔ）。

（2）集装箱码头年泊位通过能力的计算公式如下：

Pt=（Ty*Ae）*Q/[Q/（p*tg）+tf/td]

P=n*P1*k1*k2*（1-k3）

式中：

Pt――集装箱泊位年通过能力（TEU）,两个以上耳朵集装箱泊位连续布置，且装卸前同轨时，可适当加大；

Ty――泊位年营运天数（ｄ），综合考虑风、雨、雾等气候条件影响后，本次设计年营运天数取330d；

Ae――泊位有效利用率（％），取50%～70%，泊位数少宜取低值，泊位数多宜取高值，本次设计取65％；

p――设计船时效率（TEU/h）；

Q――集装箱单船装卸箱量（TEU），按本港历年统计资料确定，若无资料时，可采用《海港总平面设计规范》中表5.8.4-1中的数值，取=500（TEU）；

tg――昼夜装卸作业时间（h），取22～24h，泊位小、航线少时可适当减小，但不应小于22h，取23h；

tf――船舶的装卸辅助作业及船舶靠离泊时间之和（h）,取3～5h，取4h。

td――昼夜小时数，取24h。

n――岸边集装箱装卸桥配备台数，采用《海港总平面设计规范》JTJ211-99表5.8.4-2中的数值，取2台；

P1――岸边集装箱装卸桥台时效率（自然箱/h），采用《海港总平面设计规范》

JTJ211-99中表5.8.4-3中的数值，取22（自然箱/h）;

K1――集装箱标准折算系数，取1.2～1.6，取1.4；

K2――岸边集装箱装卸桥同时作业率（%），采用《海港总平面设计规范》中表5.8.4-3中的数值，取95%；

K3――装卸船作业倒箱率（%），采用表5.8.4-3中的数值，取2%。

P=nP1k1k2（1-K3）=2×22×1.4×95%×（1-2%）=57.35（TEU/h）

Pt=（Ty*Ae）*Q/[Q/（p*tg）+tf/td]=196526.71

集装箱年吞吐量10万TEU,故N=Q/Pt=100000/196526.71=0.51

所以取N=1.

泊位数利用率ρ=0.51/1=51%

拟取值的泊位利用率为65%，两者相差不大，在允许的范围内，故取两个泊位的方案可行，能够满足泊位利用率要求。

2.5码头水域布置

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）规范的港内水域部分确定：

2.5.1航道水深

航道水深包括通航水深和设计水深：

航道通航水深的计算公式如下

D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3

航道设计水深的计算公式如下

D=D0+Z4

式中：

Z0――船舶航行时船体下沉值（m），集装箱的船舶航行速度较快，本次设计

取=0.3m；

Z1――航行时龙骨下最小富裕深度（m），取0.6m；

Z2――波浪富裕深度（m），取0.44m；

Z3――船舶装载纵倾富裕深度，杂货船和集装箱船可不计，油船和散货船取0.15m，本设计取0;

4Z――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,本次设计取0.6m；

D0=T+Z0+Z1+Z2+Z3==8.8+0.3+0.6+0+0.44=10.14（m）

D=D0+Z4=10.14+0.6=10.74（m）

2.5.2进港航道

航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边间的富裕宽度组成。

本设计采用双线航道：

航道有效宽度的计算公式如下：

W=2A+b+2c

航迹带宽度的计算公式如下：

A=n（Lsinγ+B）

式中：

n——船舶漂移倍数，取1.45；

γ——风、流压偏角（0），取14；

b——船舶间富裕宽度（m），取设计船宽B，取22m；

c——船舶与航道底边间的富裕宽度（m），取0.75B=16.5m。

A=1.45×（152×sin140+22）=85.22（m）

W=2A+b+2c=2×85.22+22+2×16.5=225.44（m）

2.5.3港池

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）规范4.2.5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1.5倍设计船长。

取两倍船长。

港池宽度取：

2.0L=2.0×152=304（m）

2.5.4制动水域

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）规范4.2.2船舶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。

船舶制动距离可取3～4倍设计船长。

取L=4×152=608（m）

2.5.5回旋水域

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）规范4.2.3船舶回旋水域应设置在进出港口或方便船舶靠离码头的地点。

有掩护的水域，港作拖船条件较好，可借岸标定位。

取回旋圆直径2.0L=304（m）

2.5.6码头前沿停泊水域

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）规范4.2.4码头前沿停泊水域为码头前2倍设计船宽B的水域范围。

取码头前沿停泊水域：

2B=2×22=44（m）

2.5.7连接水域

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）规范4.2.9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。

取转弯半径3L=3×152=456（m）

2.5.8码头前停泊水域

码头前停泊水域为码头前2倍设计船宽B的水域范围。

对回淤严重的港口，根据维护挖泥的需要，此宽度可适当增加。

取码头前停泊水域2B=2×22=44（m）

2.5.9码头岸线长度

本设计为单个泊位，故L=Lb+2d=192m，其中d取为20m。

2.6码头陆域布置

2.6.1集装箱码头堆场

根据《海港总平面设计规范》JTJ211-99第5.8.9.4条，集装箱码头堆场所需容量及地面箱位数可按下列公式计算：

Ey=Qh*tdc*KBK/Tyk

Ns=Ey/（N1As）

式中：

Ey——集装箱堆场容量（TEU）；

Qh——集装箱码头年运量（TEU）；

tdc——到港集装箱平均堆存期（d）,按本港统计资料确定，若无资料可采用表5.8.9-1中的数值，本次设计进口取8；出口取4；

KBK——集装箱不平衡系数，按本港统计资料确定，若无资历料可取1.1～1.3，本次设计取1.2；

Tyk——集装箱堆场年工作天数（d），取350～365d，本次设计取360；

Ns——集装箱堆场所需地面箱位数（TEU）；

N1——堆场设备堆箱层数，采用《海港总平面设计规范》JTJ211-99表5.8.9-2中的数值，取6；

As——堆场容量利用率（%），采用《海港总平面设计规范》JTJ211-99表5.8.9-2中的数值，取65%；

（1）进口集装箱箱位数：

Ey=50000*8*1.2/360=1333TEU

Ns=1333/（6*0.65）=342TEU

（2）出口集装箱箱位数：

Ey=50000*4*1.2/360=667TEU

Ns=667/（6*0.65）=171TEU

一个标准集装箱箱位的面积为22.7—28.87，取一个标准箱的面积为25m2，则集装箱堆场所需面积：

A=（342+171）*25=12825m2

2.6.2集装箱码头拆装箱库所

根据《海港总平面设计规范》JTJ211-99第5.8.9.5条，集装箱码头拆装箱库所需容量可按下式计算：

式中：

Ew——拆装箱库所需容量（t）；

QH——集装箱码头年运量（TEU），取100000TEU；

Kc——拆箱比例（%），不宜大于15%，本次设计取10%；

qt——标准箱平均货物重量（t/TEU），按本港统计资料确定，若无资料可取5～10t/TEU，本次设计取10t/TEU；

KBW——拆装箱库货物不平衡系数，按本港统计资料确定，若无资料可取1.1～1.3，本次设计取1.2；

tdc——货物在库平均堆存期（d）,按统计资料确定,若无资料可取3～5d,本次设计取4天；

Tyk——拆装箱库年工作天数（d），取350～365d，本次设计取360；

一个标准箱约等于20吨，且每个集装箱拆装箱库所需面积为40m2，则

EW=100000*10％*10*1.2*4/360=1333t

Ns=1333/20=67

因此拆装箱库面积：

A=67*40=2680m2

2.7集装箱码头大门所需车道数

根据《海港总平面设计规范》JTJ211-99第5.8.9.6条，集装箱码头大门所需车道数计算：

N=Qh（1-Kb）KBV/（TykTdPdqc）

式中：

N——集装箱码头大门所需车道数；

Kb——水运、铁路中转及港内拆装箱的集装箱之和占码头年运量的百分比（%），本次设计取20%；

KBV——集装箱车辆到港不平衡系数，按本港统计资料确定，若无资料可取

1.5～3，本次设计取2；

Tyk——堆场年工作时间（h），取350～360，本次设计取360；

Td——大门日工作时间（h），取12～24h，本次设计取18h；

pd——单车道小时通过车辆数（辆/h），取20～40辆/h，本次设计取30辆/h；

qc——车辆平均载箱量（TEU/辆），可取1.2～1.6TEU/辆，本次设计取1.5TEU/h；

根据公式知：

N=100000*（1-0.2）*2/（360*18*30*1.5）=0.55

故取集装箱码头大门所需车道N=1.

2.8港区道路

（1）主干道设置宽度为25m；

（2）次干道宽度设置为15m。

2.9辅助生产和辅助生活建筑物

港区辅助生产建筑物有综合办公室、超级市场、电力站、消防站等。

第三章装卸工艺

3.1装卸工艺的设计原则及一般要求

3.1.1装卸工艺的设计原则

（1）遵循和贯彻港口发展规划。

工程设计时，根据港口规划的指导思想，遵从长远全面规划，搞好近期施工和原期结合。

（2）贯彻执行国家职业安全卫生，环境保护等有关政策，法规。

注意保护作业劳动条件，人身安全。

应尽可能的避免或减少工程对环境的影响。

（3）装卸工艺设计，应从全局出发。

结合考虑港口及水，陆路运输，流程工艺简捷，作业环节协调，车船周转迅速。

（4）装卸作业系统和机械选型符合国家有关技术政策，并在兼顾现代化建设发展的基础上结合工程需要，力求技术先进，实用。

（5）装卸工艺系统的经济性，应既考虑其投资成本，又考虑运营成本。

评价其经济效益时，应兼顾港口自身和社会的全面效益。

3.1.2装卸工艺的设计的一般要求

装卸系统的各环节的能力应基本平衡，并以保证船装卸为主；装卸机械的选型应在可能的条件下统一，规格简化，以便于维修管理，同时装卸机械应尽量选用定型的标准产品，或技术成熟的鉴定产品，优先选用技术可靠的国产机械。

装卸作业方面，工艺流程设计应减少环节设计，各流程之间可灵活转换，以提高系统作业的可靠度。

车，船直取作业，虽然传统观念认为它对港口来说是最经济的作业方式，但时间证明，由于车、船、货的配合，某些条件下，直取作业难以发挥系统效率。

因此是否采取直取流程，应根据实际情况决定，而不要作为一种追求的作业方式。

凡条件具备的，应按专业化码头设计，以提高装卸作业水平。

专业化散货码头装卸作业线应以高小少线为原则。

件杂货应尽可能采用成组运输，扩大单元重量，提高装卸效率，装卸工艺设计，应对附属的配套设施统一考虑，留好接口。

3.2集装箱泊位装卸工艺

3.2.1装卸工艺方案设计

集装箱码头装卸工艺主要有码头前方的装卸船作业、堆场作业和水平运输这三部分组成。

专用集装箱码头的装卸船作业均采用岸边集装箱起重机；堆场作业主要有底盘车方式、正面吊方式、跨运车方式、轮胎式龙门起重机方式、轨道式龙门起重机方式及高架龙门起重机方式；根据本港区的具体情况，配合总平面设计本阶段考虑两个方案。

方案一：

码头前方装卸船作业采用岸边集装箱起重机，水平运输采用集装箱牵挂车和堆场作业采用轮胎式龙门起重机；而拆装箱可以直接由岸边集装箱和集装箱拖挂车从码头前方作业地带运送到拆装箱库门口，拆装箱库内采用叉车。

方案二：

码头前方装卸船作业采用岸边集装箱起重机，水平运输和堆场作业采用集装箱跨运车；而拆装箱可以直接由岸边集装箱和集装箱拖挂车从码头前方作业地带运送到拆装箱库门口，通过集装箱叉车将集装箱放入拆装箱库。

3.2.2集装箱装卸工艺流程比选

方案一：

门座起重机方式

方案二：

跨运车方式

3.3机械数量及选型

3.3.1机械台时效率

岸边集装箱起重机24TEU/h

轮胎式龙门起重机22TEU/h

集装箱