烟台港西港区液体化工码头初设水工说明要点

1、第6章水工结构6.1. 水工建筑物的种类、项目、规模和等级本工程位于烟台港西港区， 拟建一个 3 万吨级泊位。 平面布置两个方案，平面方案一码头为连片布置 ；平面方案二码头为墩式布置。水工建筑物有液体化工码头、 工作船码头 、防波堤、引堤及西、北护岸。3 万吨级泊位的码头（水工结构按停靠5 万吨级船设计），码头前沿水深为 -14.5 米。连片布置方案码头为重力式沉箱结构，码头面顶高程为 5.5 米；墩式布置方案码头为桩基墩式结构，码头面顶高程为7.5米。工作船码头长度为 150 米，码头前沿水深为 -8.0 米。为便于小型船舶的靠泊，码头前方 5.0 米宽度范围码头面顶高程为 4.5 米；其后

2、侧区域顶高程为 5.5 米。码头、防波堤、 引堤及护岸属于一般港口的水工建筑物，结构安全等级为级，结构重要性系数0=1.0。6.2. 自然条件设计水位（高程系统以烟台港西港区理论最低潮面为起算面）设计高水位： 2.46m设计低水位： 0.25m极端高水位： 3.56m极端低水位： -0.95m设计波浪建筑物前沿设计波要素见下列各表：码头前沿（五十年一遇）波浪要素表6-1 表水位 极端高水位设计高水位 设计低水位波向波要素 HH H H H H 13%13%13%1%1%1%TT T9.6 4.3 9.6 3.1 4.4 3.1 4.4 9.6 NNE 3.1E4.74.64.73.37.73.

3、37.77.73.3注： H （ m）， T （ s）防波堤波浪要素表6-2 表水位 极端高水位设计高水位 设计低水位重现期 HHHHHH13%13%1%13%1%1%TTT8.4 4.5 4.5 4.5 8.4 8.4 6.1 6.2 6.1五十年8.14.04.05.58.14.05.58.15.5二十五年注： H （ m）， T（ s）斜坡式引堤、西护岸（二十五一遇）波浪要素表6-3 表水极端高水设计高水设计低水海底131311311-3.00.0m0.7*2.7*2.1*2.7*0.7*8.18.12.1*8.1注： H （ m）， T （ s） , * 为极限波高斜坡式北护岸（二十五

4、一遇）波浪要素表6-4 表水位海底极端高水位设计高水位设计低水位面H1%H13%TH1%H13%THH13%T1%-5.0m4.4*4.4*9.03.9*3.9*9.02.6*2.6*9.0注： H （ m）， T （ s） , * 为极限波高工程地质详见其他章节。地震根据建筑抗震设计规范 GB50011-2001，本区地震基本烈度为7 度，设计基本地震加速度为0.1g 。6. 3. 液体化工码头设计船型化学品船设计船型尺度表6-5 表设计船型(m)称舶名船总长L型宽B 型深尺度H 满载吃水50000 DWT 30000 DWT22932.319.112.817932.015.611.0100

5、00 DWT13019.510.68.35000 DWT11317.88.97.14.45.21000 DWT7032.3T6. 4. 工艺荷载液体化工码头码头面均布荷载：以外为管廊荷载。 20m；20Kpa范围内为 20m码头前沿设备荷载：每个装卸臂荷载：垂直荷载280KN水平荷载 70KN倾覆力矩 780KN.m每个登船梯：垂直荷载 220KN；登船梯工作时，设计风速按 22m/s，倾覆力矩 380KN.m；台风时，设计风速按 55m/s，倾覆力矩 730KN.m每座消防炮塔：垂直荷载 200KN；水平荷载 58.6KN ；倾覆力矩 875KN.m工作船码头码头面均布荷载：码头前沿 20m

6、范围内为 20Kpa；20m以外均载为管廊荷载。6.5. 水工结构方案液体化工码头结构根据中交一航院提供的 烟台港西港区液体化工码头工程地质勘察报告，本工程所处区域岩土层分布简单而有规律，自上而下分为四大层，上部为海相沉积的粉土、粉细砂；第二层为陆相沉积的中粗砂；第三层为陆相沉积的粉质粘土；第四层为陆相沉积的粗砾砂，风化岩埋深较大未能揭露。按以上地质条件， 根据平面布置的两个方案， 平面方案一连片码头采用重力式沉箱结构型式， 以陆相沉积的中粗砂层为持力层； 平面方案二墩式码头采用高桩墩台结构型式。 本阶段对液体化工码头上述两种结构型式进行了结构方案的比较平面方案一重力式沉箱连片码头结构方案码头

7、采用混合平面方案一利用码头结构自身形成半掩护港池。式结构型式，即东部港池侧采用连片的重力式沉箱结构形成码头岸壁，西部临海侧采用人工块体护面的抛石斜坡式防波堤结构抵御NW 及NNW 向波浪的作用，码头承受 NNE 及 E 向的波浪作用。码头使用宽度 40 米，码头面顶高程为 5.5 米 。码头结构采用重力式沉箱结构，沉箱底宽14.5 米，码头基础开挖基槽后换填 10100kg 抛石基床，持力层为陆相沉积的中粗砂。抛石基床上部安放预制钢筋混凝土矩形沉箱，沉箱重约1100t ，沉箱顶标高1.5 米，沉箱内下部抛填石渣，上部回填550kg 块石。沉箱顶现浇钢筋混凝土胸墙，胸墙上布置装卸臂、登船梯、消防

8、炮、系船柱、快速脱缆钩、橡胶护舷等各种码头设施。临海侧的抛石斜坡式防波堤结构，护面采用 5.0 吨的扭王字块体， 护面边坡为 1：1.5 ，垫层块石重量为250400kg，护底块石重量为 150200kg，堤心石为 10100kg 块石。顶部现浇混凝土挡浪墙，墙顶标高按照 <<海港水文规范 >>(JTJ213-98) 计算波浪爬高取为9.5 米，还需经波浪模型试验后进行调整。平面方案二高桩墩台的墩式码头结构方案平面方案二西侧设有人工块体护面的抛石斜坡式防波堤，形成半掩护港池。码头采用高桩墩台结构， 码头由三个工作平台及四个系缆墩组成，码头面顶高程为7.5 米。斜坡式防波

9、堤东侧受NNE及 E 向的波浪作用，通过计算波浪爬高， 确定防波堤顶高程为7.5 米。防波堤宽度20 米，兼作管廊和车辆通道。中间工作平台尺度30×20 米，现浇钢筋混凝土结构。桩基采用1200mm钢管桩，整个工作平台共施打30 根钢管桩，包括 3 根直桩和27 根斜桩，斜桩坡度为4:1 或 3:1 。两侧各设置一个工作平台尺度50×20 米，现浇钢筋混凝土结构，厚度 4.0 米。桩基采用 1200mm钢管桩，每个工作平台共施打48 根钢管桩，全部为斜桩，斜桩坡度为4:1 或 3:1 。工作平台两侧各设置二个尺度10×10 米系缆墩，现浇钢筋混凝土结构。桩基采用

10、1200mm钢管桩，每个系缆墩共施打7 根钢 。3:1 或4:1 管桩，全为斜桩，斜桩坡度为所有 1200mm钢管桩均打入粗砾砂层，桩尖底标高约 -40.0m。钢管桩防腐采用水位变动区涂刷防腐涂料，水下区牺牲阳极的防腐措施，以满足设计使用年限。三个工作平台分别通过各自的架管钢桥与防波堤相连接， 各工作平台及各系缆墩之间由人行钢桥沟通连接。 架管钢桥采用平行弦型下承式桁架桥，材质为 16Mnq，桥净跨 30 米，钢桥与混凝土支座基础之间均采用钢支座连接，为抵抗波浪的作用，在基础上设置了钢结构的拉、压支座。人行桥采用板梁钢桥。各工作平台上分别布置装卸臂、登船梯、消防炮、系船柱、快速脱缆钩、橡胶护舷

11、等各种码头设施。抛石斜坡式防波堤结构，西侧为抵御 NW及 NNW向波浪的作用，护面采用 5.0 吨的扭王字块体，护面边坡为 1：1.5 ，垫层块石重量为 250400kg，护底块石重量为 150200kg，顶部现浇混凝土挡浪墙，墙顶标高暂取 9.5 米；东侧受 NNE及 E 向的波浪作用， 护面采用 3.0 吨的扭王字块体，护面边坡为 1：1.5 ，垫层块石重量为 150300kg，护底块石重量为 80100kg，堤心石为 10100kg 块石。重力式沉箱结构与高桩墩台结构方案比较： 6-6 各方案的优缺点比较详见表表 6-6方案 1.重力式沉箱方案高桩墩台方案便于分期建设，强。对荷载适1.2

12、.结构简应能单，力安装工作量少。使用材料总量较少。2. 码头顶3.挖标高低，便泥和于小船型抛石靠泊。棱体工程量少。3. 码头整体性好，耐久性好，不需优点 专设防腐处理。4. 安装速度快，近期形成岸壁快，适应开敞海域的施工。5. 沉箱安放一次出水，施工周期短，施工难度小。6. 与后方陆域直接相连，的布便于管设。线1.耗用钢材量大。2.码头顶面需设置较高，专用靠船设施才能兼顾较小船舶。 1. 基槽挖泥和抛石棱体工程量较 3. 在开敞海域现浇混凝土数量多。缺 点 大。 4 通过管线钢桥与后方陆域相连，不便于管线的布设。5钢管桩及钢桥均需防腐处理，且需定期维护。投资比 1 1.32根据以上方案比较，

13、两种结构方案在本工程中都是可行的。本地区已建工程基本采用沉箱结构， 当地建有专用的沉箱预制场地，沉箱施工能力强，施工建设及管理经验丰富。 同时高桩墩台方案的斜坡式防波堤与工作船码头相接时要占据工作船码头的岸线或延长工作船码头结构长度，造成投资的增加。综上所述，沉箱方案具有更大的优越性，本阶段拟推荐重力式沉箱连片码头的结构方案。5.2. 工作船码头结构6. 工作船码头与主体液体化工码头平行相接 ，结构型式同液体化工码头推荐的沉箱结构方案。工作船码头前沿水米宽5.0 码头前方为便于小型船舶的靠泊，米。 -8.0深为度范围码头面顶高程为4.5 米；其后侧区域顶高程为5.5 米。为在无掩护的开敞海域保

14、证码头结构的施工期稳定，工作船码头结构也采用重力式沉箱结构， 沉箱底宽 9.9 米，包括 1.0 米前趾，码头基础为陆相沉积的中粗砂，由于沉箱底至中粗砂持力层之间的基床约 6 米厚， 故开挖基槽后在中粗砂上铺设二片石垫层 ，换填约 23 米的开山石 ，再抛填 3.0 米厚10 100kg 抛石基床 。抛石基床上部安放 预制钢筋混凝土矩形沉箱，沉箱重约 700t ，沉箱顶标高为 1.5 米，箱内回填石渣及块石，沉箱顶现浇钢筋混凝土胸墙，安放系船柱、橡胶护舷等码头设施。工作船码头胸墙上部横向通长布置GD280H型橡胶护 舷，每段胸墙竖向布置两套DA-500H 型橡胶护舷 , 为便于小型船舶在较低水

15、位停靠后人员上下船舶，在适当位置将其中一套DA-500H 型橡胶护舷调整为舷梯型橡胶护舷。胸墙上布设250KN系船柱。西侧抛石斜坡式防波堤结构与液体化工码头西侧防波堤结构相同。斜坡式引堤结构引堤长 150 米，引堤处海底面约为-7.0 -5.5 米，水深较浅，适于采用常规的抛石斜坡堤结构，且当地石材丰富，这种结构具有结构简单、施工方便的特点。引堤使用宽度20 米，顶高程为5.5 米 。引堤直接抛填在海底表层的粉细砂上， 西侧护面块体采用5 吨扭王字块体，护面边坡为1：1.5，垫层块石重量为250 400kg，护底块石重 墙顶标高取 顶部现浇浆砌块石挡浪墙， ， 200kg 150 量为8.5

16、米；东侧护面块体采用3 吨扭王字块体， 护面边坡为1：1.5 ，垫层块石重量为150 300kg，护底块石重量为80100kg ，顶部现浇浆砌块石挡浪墙，墙顶标高取7.5 米。堤心石为 10 100kg 块石。护岸结构本工程的护岸包括西护岸和北护岸，护岸结构考虑不越浪。西护岸西护岸总长 735 米，西护岸处海底面约为 -5.5 陆地，水深较浅，适于采用常规的抛石斜坡堤结构。根据西护岸的波浪条件， 按海底面标高，抛石斜坡堤的护面块体采用两种型式的混凝土人工块体。护岸结构直接抛填在海底表层的粉细砂上。在海底面约-5.5-3.0米范围内，护面块体采用一层3 吨扭王字块体，护面边坡为1:1.5。垫层块

17、石重量为150300kg，护底块石重量为 80100kg。浆砌块石挡浪墙顶标高为8.0 米。在海底面约 -3.0 陆地范围内，护面块体采用一层 2 吨四脚空心方块，护面边坡为 1:1.5 。垫层块石重量为 100150kg，护底块石重量为80100kg。浆砌块石挡浪墙顶标高为 7.5 米。两种护岸断面的堤心填料均为含泥量小于 10%的开山石，为防止后方回填料流失，开山石外层设置混合倒滤层及二片石， 再覆盖 10100kg块石。北护岸北护岸总长 750 米，护岸处海底面约为 -5.5 米，水深适于采用常规的抛石斜坡堤结构。 护岸结构直接抛填在海底表层的粉细砂上。根据波浪条件，护面块体采用一层 3

18、 吨扭王字块体，护面边坡为1:1.5 。垫层块石重量为150300kg，护底块石重量为 80100kg。浆砌块石挡浪墙顶标高为8.0 米。堤心填料均为含泥量小于 10%的开山石，为防止后方回填料流失， 开山石外层设置混合倒滤层及二片石，再覆盖10100kg 块石。6.6.液体化工码头推荐方案结构计算船舶撞击力：按照港口工程荷载规范JTJ215-98 计算，分别计算靠泊和系泊状态时的船舶撞击能量。靠泊时，根据船舶吨级限制其靠泊速度，系泊时按照附录 F 计算，逃跑波高为1.5m，周期 6.0s 。根据计算结果，最大撞击能量 E=703.4kJ ，选用超级鼓形 SUC1250两鼓一板标准反力型橡胶护

19、舷，设计吸能量为764J，反力为 1478KN。船舶系缆力：按照港口工程荷载规范JTJ215-98 第 10.4 条计算，计算风速取22m/s，综合考虑风和水流的共同作用，选用750KN系船柱。当风速超过设计风速时船舶需要离港，去锚地停泊，码头不设风暴系船柱。荷载组合根据相关规范要求， 对岸壁承载能力极限状态考虑持久组合、短暂组合和偶然组合，对正常使用极限状态考虑长期效应组合。主要建筑物的计算内容稳定性验算（ 1）码头墙身抗倾、抗滑稳定性验算；（ 2）码头基床承载力验算；（ 3）码头整体验算；荷载种类（ 1）永久作用：包括自重力及土压力；（ 2）可变作用：包括码头面均载、使用荷载（装卸臂、登船

20、梯、消防炮等）、可变作用引起的土压力、船舶荷载、波浪力等荷载组合码头稳定性验算考虑持久作用效应组合，偶然作用（地震作用） 效应组合：持久作用效应组合：（含设计高、低水位和极端高、低水位）持久组合一：结构自重（永久作用）+均载（主导可变作用） +系缆力（非主导可变作用）+设备荷载持久组合二：结构自重（永久作用） +均载（主导可变作用） +波谷吸力（非主导可变作用） +设备荷载持久组合三：结构自重（永久作用） +系缆力（主导可变作用） +码头面均载（非主导可变作用） +设备荷载持久组合四：结构自重（永久作用） +波谷吸力（主导可变作用） + 均载（非主导可变作用） +设备荷载偶然作用（地震作用）效

21、应组合： （含设计高、低水位）按现行水运工程抗震设计规范 （TJT225-98）规定执行结构自重 +50%码头面均载 +50%系缆力 +地震荷载 +设备荷载计算公式：（1）沿沉箱底面抗滑稳定性验算。持久组合一情况：1f)G E(E EP (E P)qVEVHEPRPWRHWEEGqHd持久组合二情况：1fPE E )P ()G E (E PBUqHEPBEUGEHPWVWqVE d持久组合三情况：1fEPPE) ()G E(E P qVPRRVRHPREqHEEVEHGPWW d持久组合四情况：1E)fP ( ) P E(PEGEqVEVGEWHEPWPBqHEUBU d式中：结构重要性系数，

22、=1.0 ； oo结构系数，无波浪作用时取 =1.0 ，有波浪作用时 dd =1.1 ； d自重力的分项系数，取 =1.0 ； GGG作用在计算面上的结构自重力标准值（ kN）；f 沿计算面的摩擦系数设计值，沉箱底与抛石基床顶面的摩擦系数标准值取 f =0.6 ；土压力的分项系数，取 =1.35 ； EEE、E分别为计算面以上永久作用总主动土压力的水平分 VH力标准值和垂直分力标准值 （kN）；剩余水压力的分项系数，取 =1.05 ； PWPWP作用在计算面以上的剩余水压力标准值（ kN）； W=1.4 ；系缆力的分项系数，取 PRPRP系缆力水平分力的标准值（ kN）； RHE、E分别为计算

23、面以上可变作用总主动土压力的水平 qVqH分力标准值和竖向分力标准值（ kN）；作用效应组合系数，持久组合取 =0.7 ；波浪水平力分项系数， =1.3 ； PpP波谷作用时水平波压力标准值（kN）； B波浪浮托力分项系数， =1.3 ； uuP波谷作用时波浪浮托力标准值 （kN）； BUP系缆力竖向分力的标准值（kN）； RV计算结果均能满足要求。（2）对沉箱底面前趾抗倾稳定性验算：持久组合一情况：1)MM()MM (MMMEqVEGGPRPWEHEPWEEqHPREEV d 持久组合二情况：1M)MMM )( (MM M M PBUPEPBEqVPWGPWEVEEEqHEEHUG d持久组

24、合三情况：1)M)M M( M M MMEqVEqHEGPEPREEVEHGPWEPWRd持久组合四情况：maxo1M)MMM MMM )( (MEqVPWPWGPBUPUPBEEEGEHEqHEVEd式中：结构系数，无波浪作用时取=1.25 ，有波浪作用时dd=1.35 ； dM结构自重力标准值对沉箱底面前趾的稳定力矩（kN?m）；GM剩余水压力标准值对沉箱底面前趾的倾覆力矩PW（kN?m）；M、M分别为永久作用土压力的水平分力标准值与竖向EVEH力标准值对沉箱底面前趾的倾覆力矩和稳定力矩（kN?m）；M、M分别为可变作用总主动土压力的水平分力标准值EqVEqH和竖向分力标准值对沉箱底面前趾

25、的倾覆力矩和稳定力（kN?m）；M系缆力标准值对沉箱底面前趾的倾覆力矩（ kN?m）； PRM波谷作用时水平波压力标准值对沉箱底面前趾的倾覆 PB矩（ kN?m）；M波谷作用时作用在沉箱底面上的波浪浮托力标准值对PBU沉箱底面前趾的稳定力矩（ kN?m）；（3）基床承载力验算：基床承载力应符合下列规定：式中： ； =1.0 结构重要性系数， oo基床顶面最大应力分项系数， ；=1.0基床顶面最大应力标准值 （kPa）；max基床承载力设计值，由于基床下地基为中粗砂，地质 条件较好，取 =600kPa V 6e基床顶面应力计算： maxK )(1minBB B e=-2M M 2V =当 <

26、;B/3 时， ORK max3V K 式中： ；分别为基床顶面的最大和最小应力标准值（kPa）max minV作用在基床顶面的竖向合力标准值 （kN/m）； KB 墙底宽度（ m）；e墙底面合力标准值作用点的偏心距（m）；合力作用点与沉箱前趾的距离（m）；M、M分别为竖向合力标准值和倾覆力标准值对沉箱底面OR前趾的稳定力矩和倾覆力矩（kN·m/m）。（ 4）码头整体验算进行码头地基整体稳定性验算时，其危险滑动弧面应满足下式要求：1M M RKsd R 式中：值的设计矩滑弧面上滑动力险作Msd用于危 ）KN·m/m（值标准矩上滑弧面抗滑力的险于作 M用危 RK ）·

27、;（KNm/m1.3 抗力分项系数， 取 R ）码头地基承载力计算 5（有抛石基床情况按下式计算：1 'd FkR 式中： ；kN'作用于抛石基床底面上竖向合力的设计值（） V；抗力分项系数，取3.0R；（kN） '有抛d石基床的地基极限承载力的竖向分力设计值推荐方案的主要计算结果 6.6.4.4：重力式沉箱码头计算结果汇总见表6-7 6-7表抗力组合值单位计算项目作用组合值 20318.6对墙底面抗倾稳定性10598.3 Kn.m2011.9 Kn沿墙底面抗滑稳定性1319.91696.8Kn沿基床底面抗滑稳定性1319.93.14地基承载力抗力分项系数整体稳定 Rd

28、/Sd=1.39>1.3非地震工况时基床顶面最大应力为556.8Kpa，地震工况时基床顶面最大应力为 525.8Kpa。注：以上计算结果为多种工况的极限情况，并非同时发生。6.7.工作船码头结构计算船舶撞击力：按照港口工程荷载规范JTJ215-98 计算，分别计算靠泊和系泊状态时的船舶撞击能量。靠泊时，根据船舶吨级限制其靠泊速度，系泊时按照附录 F 计算，逃跑波高为 1.0m，周期 4.0s 。根据计算结果，选用 DA-500H-2000L标准反力型橡胶护舷，设计吸能量为 154kJ，反力为 956KN。船舶系缆力：按照港口工程荷载规范JTJ215-98 第 10.4 条计算，计算风速取

29、22m/s，综合考虑风和水流的共同作用，选用250KN系船柱。荷载组合、主要建筑物的计算内容、计算公式：工作船码头与液体化工码头的结构型式均为重力式沉箱结构，沉箱基床的持力层也为陆相沉积的中粗砂，故工作船码头荷载组合、 主要建筑物的计算内容、计算公式等基本与液体化工码头相同。主要计算结果重力式沉箱码头计算结果汇总见表6-8 ：表 6-8计算项目单位 作用组合值抗力组合值6863.7 Kn.m对墙底面抗倾稳定性4402.0988.5沿墙底面抗滑稳定性Kn 855.01017.3Kn855.0 沿基床底面抗滑稳定性3.92地基承载力抗力分项系数 非地震工况时基床顶面最大应力为397.8Kpa，地震工况时基床顶面最大应力为375.7Kpa。6.8.斜坡式防波堤、引堤及护岸结构计算的主要内容、计算公式及计算结果计算内容和荷载组合：（ 1）计算内容斜坡堤地基整体稳定性验算；斜坡堤护面结构计算；波浪爬高计算；挡浪墙稳定计算）荷载种类： 2（永久作用：包括自重力及土压力；可变作用：包括波浪力、均载、可变作用引起的土压力等；考虑偶然（地震力）作用