江阴澄通港1万吨高桩码头工程设计说明书.doc

51江阴澄通港1万吨级件杂货高桩码头设计说明书江阴澄通港1万吨高桩码头工程设计说明书戴天成（河海大学港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098）摘要：本次毕业设计的任务是在江阴新建一个10000吨级泊位，货种为件杂货，码头结构形式采用高桩。设计内容包括码头工程设计中的资料分析、装卸工艺及流程、库场面积计算、码头总平面布置、结构选型、内力计算、构造设计及施工等有关问题。 通过方案比选，决定采用纵、横梁连接形式。通过面板及横向排架技术设计决定面板及横向排架的配筋。关键词：江阴港；内力计算；连接形式；配筋A design of 10,000 tons high-pile pier for Jiangyin PortDai tiancheng(College of Harbour,Coastal of offshore Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu,210098,China)Abstract: The task of graduation project is to design a new 10,000-ton high-pile pier for break bulk in Jiangyin. Terminal Project design includes the design of data analysis, handling and process technology, library, field space, terminal general layout, structure, selection, force calculation, structural design and construction of the problem.Through the program selection, decided to adopt the vertical beams connected form. Transverse through the panel and the technical design of the panel and the horizontal bent reinforcement.Keyword:Jiangyin port, internal force and strength calculation, connection type,reinforcement1设计基本条件及依据、设计任务码头拟建位置在长江下游福姜沙水道南岸，肖山与白屈港之间，距鹅鼻嘴3.7kM。1.1.货运量及船型1.1.1货运量本工程货运量由业主提供、根据泊位性质及业主对码头的总体要求，货种及货运量组成如下： A资料：进口大豆54万吨年；进口毛油4万吨年； 合计58万吨年B资料：集装箱10万TEU年C资料：件杂货48万吨年1.1.2船型 设计船型的合理确定取决于货种、货运量、流向、运距等诸多因素，还跟现有船型统计资料及未来船型发展动态有密切关系，除此以外，自然条件、航道等级同样制约着设计船型。大型船舶等级的合理确定对泊位的造价的影响将是决定性的。所以说设计船型的合理确定是本工程设计的重要内容。 从长江口整治规划看，一期工程完成后(2000年底)水深将达8.5m(理论深度基面)，2005年左右二期工程完工后，水深可达10m，最终的三期工程水深达12.5m。交通部长江航务管理局文件(长航工11998783号) “关于内河航道技术等级批复的通知”明确规定石洞口一南京的航道吨级为50000吨级。 从临近相似的码头靠泊情况看，50000吨级的减载散货船在靠泊船舶数量中占有相当的比例，而70000吨级的减载船舶也经常靠泊作业。 各设计代表船型详见表1-1。 设计船型一览表 表1-1船舶载重吨(DWT)总长(m)型宽(m)型深(m)满载吃水(m)设计船型a70000 2533519.313.8b500002303217.512.7c300001902614.610.8d1000015020118.5e5000 10814.686.9f3000 100147.55.71.2.自然条件1.2.1工程位置 拟建中邦粮油仓储(江阴)有限公司码头位于江阴市东北约7km、处于江阴市滨江开发区中部，拟建码头工程位于长江右岸、江阴肖山一白屈港之间岸段。工程址陆路距南京200km。距上海180km，水路距南京港220km、距上海吴淞口150km。1.2.2气象条件本地区处于北亚热带向温带的过渡地带，并受到海洋性气候的调节作用，具有气候温和、四季分明、雨量充沛、霜期短且无冰冻等特征。依据江阴东门气象站19571980年气象资料统计，本地区各气象要素如下：1.2.2.1气温 历年最高气温 38.0 (1959年7月10日) 历年最低气温 -14.2 (1977年1月31日) 多年平均气温 15.2 最热月平均气温 27.8 最冷月平均气温 2.21.2.2.2降水 (1)降水量 多年平均降水量 1025.6mm 最大年降水量 1342.5mm (1957年) 历年月最大降水量 505.4mm (1974年7月) 历年日最大降水量 196.2mm (1962年9月6 日) (2)降水日数 日降水量 0.1mm 123.8d 日降水量 1.0mm 87.9d 日降水量 5.0mm 49.8d 日降水量 10.0mm 30.4d 日降水量 25.0mm 10.1d(3)降雪 年均降雪日数 6.5d 最大积雪深度 22cm (1984.1.19)1.2.2.3风况 (1)风频、风速 常风向及频率 ESE、SSE向，频率各占10 次常风向及频率 ENE、SE向，频率各占 9 强风向 偏SE向 多年平均风速 3.8ms 实测最大风速 20.0ms 江阴气象站各向风频、风速资料统计成果见表(2-1)及风玫瑰图(2-1)。 (2)大风日数 风力7级(风速13.8ms)年平均15d，年最多49d 风力8级(风速17.0ms)年平均8.4d，年最多26d1.2.2.4 雾况 影响本区的雾一般为晨雾，雾延时至上午8时后的雾次出现的频率相对较低，年内以秋、冬季(912月份)出现雾日频率相对较高。本区多年平均雾日数为29.6d。1.2.2.5雷暴多年平均雷暴日数 30.9d1.2.2.6相对湿度多年平均相对湿度80。1.2.3水文条件1.2.3.1 基准面本工程潮位均以吴淞基准面为起算面。1.2.3.2潮汐 工程所处的扬中河段属感潮河段，其潮汐类型为非正规半日浅海潮，即在一个太阴日内有两次涨潮和两次落潮的过程。外海潮波在上溯过程中由于受长江径流的顶托和河床边界条件反射影响，潮波已发生较大变形，表现为潮波前坡变陡、后坡平缓，涨潮历时自下而上逐渐缩短、落潮历时则大大超过涨潮历时(落潮历时约为涨潮历时2.53倍)。工程河段潮汐高潮不等现象较为明显，低潮位应受径流控制而两潮相差不大。（1）工程河段潮汐特征潮值 工程河段潮位资料主要依据工程上游侧江阴肖山水文站(资料年限19151937、19481998年)实测潮位资料进行统计，工程河段潮汐特征值如下： 历年最高潮位 7.22m (1997年8月19日) 历年最低潮位 0.80m (1997年8月19日) 平均高潮位 3.98m 平均低潮位 2.38m 平均潮位 3.19m 最大潮差 3.62m 平均潮差 1.64m（2）设计潮位依据海港水文规范要求，设计高、低水位采用肖山水文站1967i976年共十年高、低潮位资料进行统计，极端高、低水位采用肖山站i948-1998年共51年的年极值高低水位资料进行统计，工程河段设计潮位取值如下： 设计高水位 5.04m(高潮累积频率10潮位) 设计低水位 1.68m(低潮累积频率90潮位) 极端高水位 7.18m(50年一遇高潮位) 极端低水位 0.74m(50年一遇低潮位)防汛水位 7.25m(100年一遇高水位)1.2.3.3水流（1）工程河段水流特征工程河段位于长江下游的感潮与潮流交界处，枯水期长期径流量小，水流一般为往复流型态。洪水期由于上游径流量较大，本河段水流有时为单向流、有时为双向流；工程河段水流运动形态主要受控于上游径流量的大小和河口潮汐的强弱。 本河段落潮流为优势流，落潮流速及落潮流历时均大于涨潮流历时，落潮径流是影响本河段河床形态的主要动力因素。（2）码头区流速、流向资料 依据拟建码头区2000年12月27日1月4日大、中、小潮水文测验资料。 本次测验期间大通站流量在1530016500m3s，从流量量级来看，测验期流量较平水年枯水期的流量偏大。测验期工程区涨潮平均历时3：48，平均落潮历时8：34，最大潮差2.42m。 码头区流向特征：下游侧35万吨级泊位区流态为往复流，涨潮流向一般在240260，落潮流向一般在6585范围摆动。上游侧300010000T级泊位区位于肖山矶头下游侧，由于受矶头的挑流作用，该段岸线在离设计岸堤120m以内存在较强的回流，其中在60m以内近岸流向始终为偏西向流，60120m之间流向旋转性较强；在离堤岸150m以外水流向与大江主流基本一致。该段大江主流涨潮潮流向一般在230260，落潮流向一般在6085。 码头区流速特征：下游侧35万吨级泊位区实测分层最大涨潮流速0.76ms、最大落潮流速0.86ms，垂线平均最大涨潮流速为0.66ms、落潮流速为0.74ms。上游侧300010000T级泊位区在离堤180m以外主流水域，实测分层最大涨潮流速1.07ms，最大落潮流速1.17ms。垂线平均最大涨潮流速为0.77ms，最大落潮流速为0.92ms。本次测验期为长江枯水期，实测流速值不大，工程河段最大流速一般发生在长江洪水期。在设计洪峰流量下，工程河段最大落潮流速预计可达2.02.5ms。1.2.3.4波浪工程河段波浪为风成浪，一般天气条件下无浪，在持续的吹拢风作用下码头区水域会形成一定波高。工程河段偏东北方位水域较开阔，在持续的偏北大风作用下，拟建港区前沿水域将有一定的波浪生成，按小风区波浪经验公式推算工程近岸段最大波高在1.5m左右。1.2.4可作业天数根据拟建泊位运营特点及作业标准要求分析，影响港区正常作业的不利自然条件因素主要分：不利气象因素包括大风、雨、雾、雷暴、高温及严寒等天气条件，不利水文因素主要为波浪和异常高、低水位等的影响。按海港总平面设计规范要求，港区正常作业的标准如下表： 表21 港区作业标准 影响因素可作业标准风风速13.8ms降雨日降水量5.0mm雾航行要求：能见度1000m作业要求：能见度200m水位不出现异常高、低水位波浪海轮泊位： H1101.0m驳船泊位： H1100.6m 依据江阴气象站19571980年气象资料，按港区作业标准要求统计各影响因素的超标过程次数，剔除其中同时出现的超标现象过程，得到本港区海轮泊位可正常作业天数为300d。1.2.5河势演变分析1.2.5.1河道概况拟建工程位于长江澄通河段上段右岸、江阴肖山白屈港之间岸段，其上接江阴水道、下连福姜沙水道；拟建工程岸段为单一河道(江阴水道)向分汊河道(福姜沙汊道)转变的过渡段。拟建工程上游江阴水道为单一微弯型河道，河道平面形态呈两头窄、中间宽；其进口受右岸天生港矶头导流岸壁的控制，河宽1.8km。水流经天生港后，河道展宽，中间最宽处达4.4km；江阴水道出口受鹅鼻嘴炮台圩节点的控制，河宽约1.5km，该节点对上下游河势均起着有效的控制作用。江阴水道主深槽偏靠南岸一侧，河床最深处达-25m，次深槽偏靠北岸侧，最深处在-15m左右；江阴水道南岸土质结构密实、抗冲性较强，百余年来，经历了多次洪水考验，该水道长期维持基本稳定。江阴鹅鼻嘴至长山河段长约9km，为单一河道(江阴水道)向分汉河道(福姜沙汊道)转变的过渡段；长江主流过鹅鼻嘴一炮台圩节点后，主流趋江中，付流沿南岸而下，江面逐渐展宽，河床抬高：在鹅鼻嘴炮台圩节点江面宽约1400m，平均水深约31m，至长山断面处江面宽达4000m，平均水深约12m。本河段南岸有一系列山丘濒临长江边，其中黄山山体临江长达2000m，肖山山体临江750m，长山山体临江3000以上，由于有一系列山体依江而立，南岸河床边界稳定。长江水流经过长山断面后被福姜沙分为南、北两汊，北汉为主汊，长约11km，河道顺直宽浅；南汊为支汊，长约16km，河道弯曲窄深，弯曲率为1.44。近几十年来过渡段河床变化不大，福姜沙南、北汊分流比均较为稳定(分流比在1：4)。1.2.5.2河势分析主要结论 (1)江阴水道由于进口段右岸上天生港导流岸壁和下游鹅鼻嘴炮台圩节点的有效控制作用，加上南岸土质坚实耐冲，抑制了河床的横向移动，因此今后江阴水道将继续维持长期稳定少变的河势格局。 (2)江阴鹅鼻嘴长山段为单一河道向分汊型河道的过渡段，由于南岸有一系列山丘滨临长江，使南岸边界十分稳定；北岸因扩岸的实施，河床江岸基本稳定，所以过渡段将继续维持现状有利河势。 (3)福姜沙汊道由于左汊河道顺直宽浅，导致左汊内深槽不断扩大、左移，经初步系统的整治抛石护岸后，基本上控制了崩塌，所以随着整治抛石护岸工程的继续实施，福姜沙左、右汊现状河势格局也不会改变。 (4)拟建码头区位于江阴肖山白屈港之间，长江主流在码头区偏靠南岸一侧，且工程岸段江岸为肖山山麓、土质坚实耐冲，从平面、断面比较图可以看出：码头区附近0m、-5m、-l0m河床等深线多年来稳定少变，河床岸坡亦相当稳定。 (5)参照沿江类似工程分析认为，由于拟建工程岸段江面较宽阔，码头工程伸入江中距离亦较短，为80100m，在防洪水位时码头工程阻水面积仅占整个河床断面积的0.56，因此码头工程对长江河势、行洪基本上无影响。 综上所述，上游江阴水道为长江下游近百年来相对稳定的河道，并将继续维持相对稳定。过渡段、福姜沙水道随着护岸工程建设的不断实施、亦趋稳定，现状有利河势条件为工程建设提供了前提条件。码头区河床冲淤变化较小，且水域条件较好。码头工程建设后对长江河势、行洪、航行基本无影响。因此从河势角度分析，码头工程建设是可行的。1.2.6地质概况1.2.6.1地层 场地勘探深度内地层主要有： (1)第四系全新统(Q4al+ pl)为近代沉积的长江三角洲冲积层灰色、流塑状淤泥质粘土夹砂和灰至青灰色、松散至中密状粉、细砂层，局部夹角砾。 (2)第四系更新统(Q1-3 el+ dl) 褐色碎石层。 (3)泥盆系上统五通组(D3w) 灰白色石英岩。1.2.6.2地质构造场地位于新华夏系夏式构造体系中的和桥北涸断裂带(北东向)内，江阴复式背斜的北翼，复式背斜轴向5060，呈微向北突出的弧形，总长约50公里，宽约12公里，与褶皱面大致直交的北西向扭性、张扭性断裂较发育。1.2.6.3地形、地貌拟建码头所在地江阴位于长江三角洲冲积平原之上，附近有君山、黄山、肖山等弧丘突起，该处平原大都地势低平，拟建码头位居中山码头和白屈港之间，近代长江河谷地貌，长江的岸线自上游向下让肖山后，在场地内转而向北，在孔ZK18一L7一线以南形成长江高漫滩，高程在4.515.41m之间(吴淞基准面)；长江河谷在场地的西部争肖山一带，地形陡峻，坡降大；沿岸有人工构筑的长江防洪大堤，堤面高程9.25m左右。场地附近的水深条件良好、航行槽宽、后方陆域宽广。1.2.7地震拟建码头所在区的基本地震烈度为六度，水工建筑物按六度设防。1.3 材料供应及施工条件本工程位于长江下游的江阴市，该地区砂、石料十分丰富、质地良好；工程区陆域场地平整，紧邻港区的滨江大道及通港路与港外道路相连，水、陆交通十分方便；施工用电接自邗江县供电局；施工用水接自江阴市邗江滨江自来水有限公司；通信引自江阴电信局邗江电信分局，施工条件良好。2总平面布置设计计算该码头所处河段处于长江潮区界与潮流界之间，属于河口港码头。该河段内水位在潮汐的作用下变化较为明显，所以平面布置与工艺设计均按海港总平面设计规范有关规定确定，以下引用规范时不再赘述规范名称。根据地质钻孔资料，拟建码头位置的水下表层土为淤泥质粉质粘土层，此土层工程性质极差，再结合水文、货种、装卸工艺、施工条件以及与已建内港池泊位的协调等因素综合分析，本港区宜采用高桩梁板式码头结构型式。由设计资料可知港区存在的主要问题是码头吨级低，水深浅，无法接纳大型船舶停靠装卸且内港池淤积严重，需常年挖泥。所以，考虑到通过浚深来满足码头建设要求后可能会出现常年淤积的问题及港口的长远发展，拟将码头直接建在所需要的水深处，同时码头应尽量顺从水流方向，即码头布置型式选用顺岸式。根据地形地质剖面图可知其岸坡平缓，故无需挖方填方， 即可利用天然岸坡，由于码头前方工作地带与岸边有一定的距离故宜用引桥连接，接岸结构用挡土墙。2.1码头主要尺度的拟定2.1.1泊位长度根据规范，对有掩护港口的通用码头，单个泊位长度可按下式确定：式中码头泊位长度（m）； 设计船长（m）；富裕长度（m），采用表2.1.1中的数值。表2.1.1 富裕长度8615012152.1.2 泊位宽度码头前沿停泊水域宽度不小于2倍设计船宽，所以取，如图2.1所示。 2.1.3 码头前沿顶高程码头前沿高程应考虑当地大潮时码头不被淹没，便于作业和码头前后方高程的衔接。有掩护港口的码头前沿高程为计算水位与超高值之和，应按基本标准（即计算水位为设计高水位，超高值为1.01.5m）计算，同时按复核标准进行校核，二者取大值，但由于资料本身缺乏水文资料无法得到极端高水位（重现期为50年的极值高水位），故本计算中只以基本标准来确定码头前沿高程，如图2.1所示。2.1.4 码头前沿设计水深码头前沿设计水深，是指在设计低水位以下保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深。其深度可按下式确定：式中：码头前沿设计水深；设计船型满载吃水，取；龙骨下最小富裕深度（m），淤泥土取0.20m,含淤泥的砂、含粘土的砂和松砂土取0.30m，含砂或含粘土的块状土取0.40m，岩石土取0.60m，这里取；波浪富裕深度（m），当计算结果为负值时，取；系数，顺浪取0.3,横浪取0.5，这里取；码头前允许停泊的波高（m），波列累积频率为4%的波高，根据当地波浪和港口条件应远小于1。船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值（m），杂货船可不计，散货船和油船取0.15m，这里取；备淤富裕深度（m），根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的性能确定，小于0.40m，这里取。计算设计水深为：2.1.5 码头前沿底高程码头前沿实际底高程小于该值。2.2装卸工艺2.2.1基本原则装卸机械设备应根据装卸工艺的要求选型，并综合考虑技术先进、经济合理、安全可靠、能耗低、污染少、维修简便等因素。装卸机械的选型应适应多种货物装卸作业的要求，在货种、包装形式和流量流向较稳定的情况下，可配置专用机械。件杂货码头水平运输机械的选型，应根据运距、组关型式、货件重量等因素确定，通常情况下，运距在150m以内时，宜采用叉车，运距较长时，宜采用拖挂车。库场装卸作业机械的选型，宜选流动机械。2.2.2港口装卸工艺装卸设备：10t门机水平运输：国产平板挂车库场作业：叉车和轮胎式起重机进出口流程图：见图2.2所示。2.2.3、机械设备配备用年通过能力反算泊位利用率其中: 年通过能力，为48万t；为泊位年营运天数，即泊位年可作业天数，为全年天数减去大风日和大雨日，；取300d 设计船型实际载货量（t），； 设计船时效率（t/h），根据经验确定每台门机工作效率为50t/h，拟配三台； 为装卸一艘船所需时间， ，n为门机数； 为船舶操作时间之和，规范参考范围5.007.75h，取6h； 为昼夜非生产时间之和，取6.0h； 泊位利用率。=63.2%,符合国内码头的实际情况。考虑48万吨/年的设计吞吐能力，以及岸线长度、码头规范等因素，经过计算配备3台10t门机、布置3条作业线能满足设计吞吐量要求，并可预留一定的发展空间。水平运输机械采用一拖三挂（各8t）的牵引车为一组，每台门机配备一组平板挂车即可。库场作业机械，根据经验及仓库和堆场布置数量决定堆场机械采用2台10t轮胎起重机；仓库采用4台10t叉车进行作业，并配备2台叉车用于场内运输。2.3港口主要建设规模件杂货仓库或堆场所需容量可按下式确定：式中:仓库或堆场所需容量（t）；年货运量(t)， ；仓库或堆场不均衡系数，取为1.5；货物最大入仓库或堆场百分比（%），取；仓库或堆场年营运天（d），范围350365d，取；堆场容积利用系数，对件杂货取1.0；货物在仓库或堆场的平均堆存期（d），根据规范取。 则，。件杂货仓库或堆场总面积A可由以下公式求得： 式中:仓库或堆场的总面积（）；单位或有效面积的货物堆存量（）；根据规范仓库，堆场；仓库或堆场总面积利用率，为有效面积占总面积的百分比（%），根据规范仓库，堆场。需仓库面积，堆场面积，实际配置仓库4*50*90=18000（数量*宽度*长度）实际配置堆场2*38*90=6840（数量*宽度*长度）总库场面积248402.4总平面布置总平面布置图见附图2.4.1码头前沿工作地带根据港口装卸工艺布置基本原则，门机海侧轨道距码头前沿距离取为2.5m，门机轨距为10.5m，陆侧轨道外侧再留有5m的距离用于临时堆货（不包括靠近门机柜区域）。在前方桩台之后设置后方桩台，用于通过牵引平板车等流动机械及临时堆货，流动机械尽量不通过前方桩台，使门机在装卸时水平摆动幅度缩小；后方桩台为单向行驶，设两引桥，使作业线成环形减少流动机械调头。所以最终确定码头宽为30m，其中前方桩台18m，后方桩台12m。2.4.2引桥布置根据装卸作业配备机械数量可知，需3台门机，故设置3条作业线，设2座引桥，采用环形作业线，引桥布置在后方桩台两侧。引桥属于主干道，根据规范，取其宽度为10米，另设人行道2m。引桥长度由码头前沿线、码头前方工作地带和陆地共同决定，因码头前沿与后方陆域存在角度，故两引桥长度不同，分别为88.9m，122.2m。在引桥与码头前方工作地带和陆域道路连接处需设置一定的扩展以方便运输机械转弯，根据规范主干道转弯半径取为12 m。引桥与陆域的接岸结构采用挡土墙2.4.3道路布置港区宜设置两个或两个以上的出入口，港内道路应按环形系统布置，尽头式道路应具备回车条件。港内道路主要指标，采用表2.4.1中的数值。表2.4.1 港内道路主要技术数值指标名称主干道次干道支道路面宽度（m）一般港区915793.54.5交叉口路面内缘最小转弯半径（m）20t平板挂车101010仓库引导宽度应与库门宽度相适应。港内道路边缘至相邻建筑物的净距不应小于表2.4.2中的数值。表2.4.2 道路边缘至相邻建筑物的最小净距相 邻 建 筑 物 名 称最小净距（m）建筑物边缘建筑物面向道路一侧无出入口1.5建筑物面向道路一侧有出入口，但不通行机动车辆3.0建筑物面向道路一侧有流动机械出入口4.5建筑物面向道路一侧的出入口经常有汽车出入时 6.0货堆边缘 1.5围墙边缘 1.02.4.4库场布置库场横向长度不应超出本码头的涉及范围。码头后方陆域宽度范围不应超过码头的长度，因为会超过该码头的工作管理权限。2.4.5港区生产、生活辅助设施布置根据河港工程设计规范及当地实际陆域情况，确定港区成员：装卸工人数，按下式计算：式中:装卸工人数；作业线数，；昼夜作业班次数，；每条作业线的配备工人数，装卸流程每个环节平均需要2人则人；装卸工人出勤率，可取90%95%，；装卸工人轮休率，可取；取装卸工人数人，辅助工人数按5%10%的装卸工人数计算，取为6人。所以，装卸工人总数为86人。机械司机人数：港内生产机械主要有门机、平板挂车、轮胎式起重机、叉车；按一日三班制。配备人数见表2.4.3表2.4.3 机械司机人数设 备 种 类设备数量司机数所需人数合计考虑出勤率增加10%门 机37人/台21(人)60(人）64(人)平板挂车33.5人/台10.5(人)10t轮胎式起重机23.5人/台7(人)10t叉车63.5人/台21(人)工人总数为装卸工人总数与机械司机数之和，即150人。 管理人员按10%的工人总数设置，为15人。合计165人。生产辅助设施的建设按海港总平面设计规范附录B有：（1）综合办公室：管理人员为1012，取10，所需面积为150；（2）候工室：2.54.0，取4.0，所需面积为200；（3）地磅房：2030，取30，共2座，每个大门各配一个；（4）小型流动机械库：按流动机械入库百分比确定。宜采用30%，所需面积为120；（5）维修保养间：根据当地条件，按工艺要求定，取面积为100；（6）材料供应站：100200，取200；（7）修建队：每100延米码头为40，所需面积为72，取80；（8）码头水手间：1520，不宜小于1.5，取20，设有50人，所需面积100，则需设置5间；（9）加油站：加油站站房面积，不包括雨篷面积，按工艺要求确定，宜为100200，取200；（10）消防站：可参照公安部消防站建筑设计标准的有关规定确定，这里大概取为400；（11）门卫：1530，取25，共2座。（12）厕所：1530，取25，共2座。（13）生活区：包括职工宿舍、食堂、幼儿园、浴室、小卖部、休息室、医务室、文化站、后勤车库、自行车棚等建筑物。2.5总体布置码头前沿大致平行于长江主流向；引桥与后方陆域垂直，与码头前沿斜交，并在相交处设防洪闸门。3方案比选设3.1一般条件说明本部分设计结构形式依据为高桩码头设计与施工规范、港口工程I；荷载依据为港口工程荷载规范；桩基依据为港口工程桩基规范。根据附图A可知本港址天然岸坡相当平缓，故直接采用天然岸坡。码头结构缝：码头结构型式为板梁式高桩码头，前方桩台宽15m，后方桩台宽12m。上部结构为装配整体式结构，码头结构缝的间距宜取为 60m70m，根据本码头实际情况来确定，码头长215m，将码头沿纵向分为4段分别为52m，52m，59m和52m，每段两端各设有悬臂1.5m；在结构缝处采用悬臂式结构，结构缝宽度取为20mm；分段处在面上宜作成凹凸缝，凹凸缝的齿高可取为200mm400mm，取为400mm。见图3.1所示。横向排架布置依据等跨原则，取7m为一跨；纵梁布置为边纵梁，轨道梁，中纵梁各2根。图3.1 单位（mm）3.1.1荷载：永久作用：结构自重 ，；可变作用：施工荷载：； 前沿堆货荷载：； 门机荷载： 门机采用，支腿荷载P=250kN，两机共同作用时荷载图间的最小距离为1.5m； 流动机械荷载：8t平板挂车满载轮压25.0kN。3.1.2码头结构方案初选：第一方案：上部结构采用纵横梁不等高连接，即上横梁现浇，预制纵梁支撑在下横梁上，预制面板两边支撑在纵梁上，最后现浇；第二方案：上部结构采用纵横梁等高连接，即预制纵、横梁均支撑在桩帽上，预制面板四边支撑在纵、横梁上，最后现浇。3.2第一方案3.2.1面板计算3.2.1.1面板基本尺寸拟定：见图3.2所示面板采用叠合板：板厚，其中预制层，现浇层；面板上设有磨耗层，厚度拟为；面板采用混凝土强度等级为。3.2.1.2面板取最大跨度的一段来计算，如图3.2：面板只搁置在纵梁上，搁置长度为，此种情况面板按单向板计算；弯矩的计算跨度为：在计算自重产生弯矩时，由于现浇部分未达到强度标准，所以按简支梁计算，弯矩计算跨度取：但不大于；在计算使用期可变荷载产生弯矩时，预制部分与现浇部分联接成整体，所以按连续梁计算，弯矩计算跨度取：（1）当时：（2）当时：式中: 纵梁上翼缘宽度计算跨度；净跨，；板的厚度，施工期，使用期；板的搁置长度，。计算得到：施工期，使用期取每米板宽进行计算。3.2.1.3荷载计算（1）永久作用：面板自重，垫层自重；自重总和；跨中弯矩： （2）可变作用：施工荷载产生跨中弯矩：；堆货荷载产生跨中弯矩：；流动机械荷载：初步设计不予计算。3.2.1.4截面抗裂验算：式中：抗裂安全系数，参考范围为级钢筋0.70.8，级钢筋0.60.7； 截面抵抗矩的塑性系数，矩形截面；为砼抗拉强度标准值，砼为C30时；截面抗弯摸量，施工期，使用期跨中弯矩标准值。（1）施工期：，满足要求（2）使用期： ，满足要求所以，面板截面尺寸满足抗裂要求。3.2.2纵梁计算 纵梁均采用C30钢筋砼，必要时采用预应力结构。3.2.2.1纵梁尺寸：纵梁分为预制部分和现浇部分，其断面呈花篮形，如图3.3所示，根据b、h的不同分为边梁、中纵梁、轨道梁三种，其中边梁断面呈半花篮形：边 梁：b=300mm，h=500mm中纵梁：b=400mm，h=900mm轨道梁：b=500mm，h=900mm3.2.2.2计算跨度横向排架间距为7m，下横梁宽为1m，纵梁搁置在下横梁上，搁置长度e=0.2m，如图3.4所示。在计算自重产生弯矩时，由于现浇部分未达到强度标准，所以按简支梁计算，弯矩计算跨度取：但不大于；在计算使用期可变荷载产生弯矩时，预制部分与现浇部分联接成整体，所以按连续梁计算，弯矩计算跨度取：（1）当时：（2）当时：式中:计算跨度；净跨，；梁的搁置长度，。计算得到：施工期，使用期3.2.2.3荷载计算（1）永久荷载：预制纵梁自重，面板和磨耗层传递的自重在计算时分别取左右两跨跨长的一半进行计算，其传递范围如图3.5所示。所以：（2） 可变荷载：已知堆货荷载 ，则由于堆货荷载产生纵梁的内力。（3） 门机移动荷载：对于门机轨道梁，需计算门机荷载。3.2.3截面抗裂验算（1）外边梁两边梁使用相同尺寸，验算时验算前沿荷载较大的边跨。永久作用：使用期可变作用： 则：总弯矩，截面抗弯模量，经计算抗裂安全系数:施工期可变作用：则总弯矩截面抗弯模量，满足要求。（2）内边梁永久作用：可变作用：(3)中纵梁和边纵梁，验算荷载较大的跨,即轨道梁之间的两跨永久作用：较大跨 内轨道梁内测荷载较小跨使用期可变作用： ,则：总弯矩，截面抗弯模量，经计算抗裂安全系数:施工期可变作用：则总弯矩截面抗弯模量，满足要求。（4）内轨道梁永久作用： ,可变作用：a、堆货荷载b、门机荷载10t门机，型号，支腿荷载计算图见图3.6。门机在工作状态下的支腿竖向荷载标准值见表3.2.1,吊臂位置图见图3.7.表3.2.1 支腿竖向荷载标准值（kN）吊臂位置支腿编号Mh-4-251A880B880C320D3202A1000B600C200D600一台门机：取2位置时支腿压力最大，即此时最危险，每个支腿的，取最危险情况验算，简化计算图示为图3.8。根据结构力学中影响线的知识来求跨中弯矩较简便：式中:作用力；力作用位置对应的位移。计算得到： 两台门机：两台门机相邻两支腿对称于跨中布置，此时不可能出现两台门机均处于位置2的情况。最危险情况为，两台门机都处于1位置，每个支腿，并且这种情况下可以发现两支腿的6个轮子可以同处于一跨，根据计算确定出图3.9所示情况为最危险状况。则总弯矩为：，又截面抗弯模量：验算发现需采用预应力才能满足要求，即，满足要求。其中，砼标号采用，；预应力施工期荷载与中纵梁相同，且截面尺寸大于中纵梁，故不再验算。（5）外轨道梁永久作用：可变作用：最后确定各纵梁预制部分高度及布置情况如图3.10所示，其中边梁需在对应位置对横梁进行加高，即起垫块作用。图3.10 各纵梁断面尺寸及布置（单位mm）3.2.3横梁计算尺寸如图3.11所示，采用倒T型梁，砼标号为C30，横梁中和轴位置确定：，由于横梁面积较大，一般能满足承载力要求，故无需验算。3.2.4桩力估算、桩长确定桩基布置如图3.12所示：3.2.4.1荷载计算1、永久荷载计算:横梁支撑在桩基上，永久荷载包括磨耗层、面板、纵梁和横梁的自重。其中，磨耗层和面板以纵梁为支撑，连同纵梁的自重一起以集中力的形式作用在横梁上，横梁自重为均布荷载作用在桩基上。纵梁传递范围分配见图3.13，图中中间阴影区域为分配范围。（1）、纵梁传递的集中力为：外边梁：，其中外轨道梁：中纵梁：内轨道梁：内纵梁：内边梁：（2）、靠船构件自重：靠船构件尺寸见图3.14所示。2002002004004006001000501000图3.14靠船构件（单位mm）计算得到：，（为自重作用位置距码头前沿的距离）。（3）横梁自重为均布荷载，。2、可变荷载计算：可变荷载作用包括堆货荷载、门机荷载以及船舶荷载。（1）、堆货荷载堆载作用于面板上，由面板传给纵梁，再以集中力的形式传递到横梁上，这种传递方式与图3.13相同，故计算得到各纵梁传递的集中力：外边梁： 外轨道梁： 中纵梁： 内轨道梁： 内纵梁：内边梁： （2）、门机荷载门机荷载作用在轨道梁上，轨道梁简化为以各横梁为支座的多跨简支梁，所以门机荷载通过轨道梁传递给横梁的集中力相当于各支座反力，经计算发现两台门机时的情况较一台门机更危险。图3.15门机工况：吊臂位于临水面，并与码头前沿垂直,如图3.15。海侧：， 陆侧：, 门机工况：吊臂位于驳岸方向，并与驳岸垂直。海侧：,；陆侧：,（3）、船舶荷载计算系缆力：考虑风荷载与水流力对设计船舶的共同作用。a、风荷载：由港口工程荷载规范可得作用在船舶上的风压力的垂直于码头前沿线的横向分力和平行于码头前沿线的纵向分力分别为式中:，分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力（kN）； ，分别为船体水面以上横向和纵向受风面积（m2）；，分别为设计风速的横向和纵向分量（m/s）；风压不均匀折减系数。船舶水面以上受风面积采用货船的半载或压载公式计算：式中:为船舶载重量（），。代入计算得到：，船舶在水面上的最大轮廓尺寸为、，则：，设计风速取控制风速： ，所以：；。b、水流力水流对船舶作用产生的水流力船首横向分力和船尾横向分力分别为：,式中:船舶吃水线以下的横向投影面积（）；水流速度()，取；海水密度（），取；船首横向分力系数，由相对水深查表取为0.14；船尾横向分力系数，查表取为0.08。由公式计算得到：所以：，。水流对船舶作用产生的水流纵向分力为：式中:船舶吃水线以下的表面积（） 水流力纵向分力系数，按下式确定：式中:系数； 水流对船舶作用的雷诺数，按下式确定：式中:船舶吃水线长度，取为150m； 水的运动粘滞系数，取水温查得，则：由和流向角查表得， 所以：船舶吃水线以下表面积按下式计算：式中 船长，取150m； 船舶吃水，取8.5m； 船宽，取20m； 船舶方形系数，根据港口工程荷载规范查得杂货船为0.625。代入计算得到：所以水流对船舶作用产生的水流纵向分力：。系缆力： 式中:，分别为系缆力标准值及其横向、纵向和竖向分力（），分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力和竖向分力总和（）；系船柱受力不均匀系数，取；计算船舶同时受力的系船柱数目，取； 系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角，取 ；系船缆与水平面之间的夹角，取。见图3.16。情况一：，此时：情况二：，此时：10000T海船N不应小于4000KN，故取N=400KN所以取情况一验算，计算得：，系缆力作用点距离码头前沿线为1.0m，距离码头面高为0.3m。按7跨的结构段查得在直接受力排架上的水平力分配系数为0.261，折减为：又方向竖直向上，初步设计不予考虑，所以系缆力对横向排架产生弯矩为：撞击力：标准值根据船舶有效撞击能量和橡胶护舷性能曲线及靠船结构的刚度确定。船舶靠岸时的有效撞击能量计算为：式中:有效动能系数，取；船舶质量（），按满载排水量计算：，得到船舶靠岸法向速度（），取。则有效撞击能量为：。图3.17船舶撞击点位置假设有效撞击能量全部被橡胶护舷所吸收，即，码头采用型护舷标准反力型，即V型护舷。取2段尺寸为1500/1750的护舷连续竖向布置于各横向排架前沿，并取一段横向不至于竖向护弦上放，按设船舶干舷与橡胶护舷的接触情况取接触长度查得撞击力。考虑水平力分配系数，撞击力折减为。假定撞击力作用点在船舶与橡胶护舷接触长度的中点，取最不利情况验算，撞击力距离靠船构件底部0.875，荷载图示如图3.17。则撞击力对横梁中和轴产生的弯矩为：挤靠力：船舶挤靠力相对撞击力而言很小，不予考虑。图3.183.2.4.2桩力计算系缆力水平分力和撞击力完全由叉桩承受，竖向力引起的桩力按横向排架为铰接计算。初步设计时为简化计算，横向排架按多跨简支梁进行计算。横向排架计算图示如图3.18所示。列表计算，结果见表 3.4.1。表3.4.1 桩力计算荷载 桩力N1N2N3N4N5N6N7永久荷载470.22470.22325.14515.59251.25251.25586.93堆货荷栽360.00360.00365.00490.00234.54234.54500.00门机628.76628.760.000.00241.00241.000.00门机228.64228.640.000.00662.77662.770.00系缆力11.6411.64-23.270.0079.72-79.720.00撞击力88.4188.41-176.810.00-419.46419.460.00组 合1871.611871.61901.171304.711021.22892.851404.321303.741303.74901.