富饶港粮食泊位初步设计

学 号_ xxxxxxxxxx_密 级_XXXXX大学本科生毕业论文富饶港粮食泊位初步设计 院（系）名 称：XXXXXX 专 业 名 称：港口航道与海岸工程 学 生 姓 名：XXX 指 导 教 师：XXX 高级工程师20XX年X月富饶港粮食泊位初步设计 XXX XXXXXXXXX 大 学XXXXX大学本科生毕业论文富饶港粮食泊位初步设计 院（系）名 称：XXXXXX 专 业 名 称：港口航道与海岸工程 学 生 姓 名：XXX 指 导 教 师：XXX 高级工程师2012年X月哈尔滨工程大学本科生毕业论文摘要东北地区的三江平原和松嫩平原是我国主要的两大粮食基地，近年来随着经济的迅猛发展，陆上粮食运输已经满足不了发展的需求，为保证东北地区粮食的输出，需在富饶港建设一个76104t级泊位的粮食码头。本文的主要内容是对重力式码头进行平面布置以及结构设计计算。本文首先对重力式码头的特点和发展状况进行简单的阐述，然后考虑到当地的自然条件，并结合设计要求，本粮食码头采用实心方块结构形式较为合理。依据相关规范，完成了码头的平面布置、结构设计和结构计算，其中包括水域、陆域的平面布置，码头断面结构及尺寸的确定，预制混凝土方块的尺寸的确定，自重力和土压力的计算，结构的稳定性验算等。最后，依据规范和当地条件，确定出码头的施工组织形式，并作出概预算。关键词：粮食码头；重力式方块结构；平面布置；稳定性验算；概预算。ABSTRACT The northeast region of Sanjiang plain and the Songnen plain is Chinas two major grain base, in recent years ,with the development of economy, the land transport has been unable to meet the needs of development, in order to ensure the Northeast grain output, in the port of Furao to build a 76104t class berth grain wharf.The main content of this paper is for gravity quay-wall of plane layout and structural design calculation.In this paper, at first it is a simple set of the characteristics and the development of the gravity quay-wall. Then considering the local natural condition, and combined with the design requirements, a concrete block structure is more reasonable for this grain wharf. According to the related standards, the plane layout, structure design and the structure computation has been completed, including water, land layout, determination of the wharf section structure and its size, determination of the precast concrete block size, calculation of the gravity and the soil press, structure stability checking and so on. Finally, according to the standards and to the local conditions, the paper determined the terminal construction organization form, and made a budget.Keywords: Grain wharf; gravity concrete block structure; layout; stability checking; budget.目录第1章绪论1 1.1 引言1 1.2 设计依据2 1.3 设计背景2 1.4 设计内容概述3 1.5 重力式码头简介3 1.5.1 概念3 1.5.2 码头上的作用3 1.5.3 重力式码头的基本计算4第2章 码头基本资料5 2.1 自然条件5 2.1.1 地理位置5 2.1.2 地形地貌5 2.1.3 设计水位5 2.1.4 工程地质条件5 2.1.5 水文情况6 2.1.6 气象条件6 2.1.7 地震烈度6 2.2 吞吐量及船型6 2.2.1 货种及运量7 2.2.2 船型7 2.3 码头年运营天数7 2.4 泊位数的确定7 2.4.1 泊位年通过能力7 2.4.2 码头所需泊位数8 2.5 本章小结8第3章 码头总平面布置9 3.1 总平面布置原则9 3.2 装卸工艺9 3.2.1 装卸工艺概念9 3.2.2 装卸工艺设计原则9 3.2.3 装卸设备9 3.2.4 装卸流程10 3.3 陆域布置10 3.3.1 码头泊位位置的确定11 3.3.2 码头设计高程12 3.3.3 码头泊位长度及码头岸线长度12 3.3.4 码头前沿宽度13 3.3.5 库场面积计算13 3.3.6 港区道路14 3.3.7 港区其他设施及绿化15 3.4 水域布置16 3.4.1 锚地及停泊水域16 3.3.2 码头前沿设计水深16 3.4 本章小结16第4章 结构设计计算18 4.1 工程概况18 4.2设计条件18 4.2.1码头面及码头前沿水深18 4.2.2结构安全等级18 4.2.3自然条件18 4.3 材料指标19 4.4 作用的分类计算19 4.4.1 结构自重力计算20 4.4.2 土压力标准值计算21 4.4.3 船舶荷载计算25 4.4.4 门机荷载计算26 4.5 码头稳定性验算28 4.5.1 持久状况组合28 4.5.2 承载能力极限状态设计表达式29 4.6 基床和地基承载力验算39 4.6.1 基床顶面应力计算39 4.6.2 地基承载力验算41 4.7 本章小结41第5章 施工条件41 5.1 施工概述43 5.2 工程概况43 5.3 施工条件43 5.3.1 施工场地43 5.3.2 交通条件44 5.3.3 建筑材料44 5.3.4 水电供应44 5.3.5 劳动力供应44 5.3.6 机械设备44 5.3.7 生活条件44 5.4 施工原则44 5.5 施工进度安排44 5.6 本章小结45第6章 码头概预算45 6.1 编制说明45 6.1.1 工程概况46 6.2 编制依据46 6.2.1 相关文件46 6.2.2 工程费用46 6.3 概预算结果48 6.4 本章小结50结论51参考文献52致谢54第1章绪论1.1引言自20世纪以来，世界经济飞速发展，特别是在二战结束后，发达国家为了发展经济，提出了经济全球化的概念，到目前为止，经济的全球化已经成为世界范围内的大趋势。在这样的一个经济体系中，国际贸易占据了不可替代的主导地位，而这其中绝大多数的贸易量则是通过水上运输和港口完成的。水上运输的重要意义在当今的世界经济发展中占据着越来越重要的位置，发展水上运输以及水运所需要的基础设施建设是势在必行的。世界发展到今天，我国的现代交通运输系统，主要包括公路、铁路、水路、航空以及管道五大子系统，这些子系统有机组合，共同形成了当今中国的运输网。我国不但海岸线长、岛屿众多，同时是一个运河、河流、湖泊众多，陆域水系四通八达的国家，这对于发展我国的内河航运和内河港口建设具有十分优越的条件。而且随着中国可持续性经济的发展，内河水运具有的占地少、耗能小、运量大、污染小等优势使之成为经济可持续性发展的重要战略资源。因此，完善综合运输体系，促进水资源综合开发利用，积极倡导发展内河水运，符合建设节约型、环境友好型社会的需要。在内河水运中，具备水陆联运设备和条件，能提供船舶安全进出和停泊的港口是水陆联运的重要组成部分，在水陆联运过程中，港口起到了物资集散、货物装卸、船舶停靠、补充给养的综合作用，是交通运输的枢纽、水陆联运的咽喉，同时也是铁路、公路、水路以及管道等几种运输方式的汇聚之处，在推进经济的交流和发展中起到了枢纽的作用，对地区的经济发展也起到了很大的推动作用。目前来讲，我国的内河港口建设仍然处在一个发展阶段，全国各地的内河港都面临着功能扩展、完善以及扩大建设的新阶段，因此，我们要重视港口的建设和完善，积极做好港口的发展规划，为经济发展提供更方便的平台。1.2设计依据 1.设计任务书2.河港总体设计规范（JTJ 212-2009）； 重力式码头设计与施工规范（JTS 167-2-2009）； 港口工程地基规范（JTS 147-1-2010）； 港口工程荷载规范（JTS 144-1-2010）； 码头附属设施技术规范（JTJ297-2001）。1.2设计背景中国的五个粮食基地中，松嫩平原和三江平原都在东北地区，东北人口相对较为稀疏，因此，大量的粮食需要输出到南方人口众多的省市，一方面是国家经济宏观调控的手段，另一方面也是当地经济发展的需要。随着人口流动性的增加，陆上运输更多的需要承担客流量的运输，而水上运输作为一种历史悠久的粮食运输路线，再次在交通运输中起到了重大的作用。为了增加粮食运输的周转速度，适应经济发展的需要，需建设一个76104t级的专用粮食码头。建设此粮食码头能够暂时贮存运输到港口的粮食，同时能更快地对粮食进行装卸，大大缓解了陆上交通运输的压力，加快了运输的速度。此外，内河水运是综合运输体系和水资源综合利用的重要组成部分，内河水运具有占地少、运能大、能耗低、污染小的优势，是实现经济社会可持续发展的重要战略资源。完善综合运输体系，促进水资源综合开发利用，积极倡导发展内河水运，符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求。 近年来，内河航道、港口设施建设取得了显著成绩，内河水运货运量持续增长，运输船舶大型化、标准化趋势明显，水运市场日趋活跃，内河水运进入了快速发展的较好时期。我国对内河港口建设的重视与日俱增，加快内河港口建设也将对当地经济发展有着重要意义。在这样的背景下，根据地方水运建设的需要建设该港口。1.3设计内容概述本码头的设计需要做出陆域、水域的平面布置，装卸工艺的确定，码头结构形式的设计，结构计算，结构稳定性验算，需要绘制出码头的平面布置图、码头平立面图、码头断面图，码头组织施工形式的确定，最后需要做出概预算。1.4重力式码头简介1.4.1概念重力式码头（Gravity quay-wall），是一种靠自身的结构和墙后回填料的重力来保持稳定的码头。重力式码头的主要组成部分包括墙身和胸墙、基础、墙后回填土、码头设备四个部分【2】。重力式码头建筑物的结构形式可以分为方块结构、沉箱结构、扶壁结构、大圆筒结构、格型钢板桩结构、现浇混凝土结构、砌筑结构和混合式结构。本码头选用的是方块码头形式。重力式码头多采用水下安装预制结构的施工方法，其工序为：基床夯实和整平开挖基床抛填块石基床预制墙身构件抛填墙后块石棱体在抛石基床上安装墙身预制件铺设倒滤层浇筑胸墙码头后回填铺设路面安装码头设备1.4.2码头上的作用本码头上的作用主要分为两种：一种是永久作用，包括建筑物的自重力、门机自重力、墙后回填料产生的主动土压力；一种是可变作用，包括堆货荷载、码头面可变作用产生的土压力、船舶荷载。1.4.3重力式码头的基本计算1） 码头的稳定性验算 （1）码头的抗滑稳定性验算 （2）码头的抗倾稳定性计算2） 承载力验算 （1）基床承载力验算 （2）地基承载力验算第2章码头基本资料2.1自然条件2.1.1地理位置富饶港位于我国北方黑龙江水系，地处松花江中游右岸，哈尔滨市区北偏东方向，地理位置优越，集水路、公路、铁路三边优势于一身，交通发达，后方哈尔滨是黑龙江的经济、政治、文化中心，地缘、地域优势明显。2.1.2地形地貌富饶港地处哈尔滨、双城地区的平原之中，地势平坦、低洼，陆面高程在20m以上，本段河床由于长期受到水流冲刷，逐渐演变成为条带狭窄的高漫滩。2.1.3 设计水位设计高水位：10.0m；设计低水位：3.14m；施工水位：6.74m；2.1.4 工程地质条件本港地区的地层大体分为四层，最上面是河底淤泥质粘土，土层较薄，厚度在1m左右，然后是厚度为半米的细砂层，其质的黄色、稍密、稍湿，粒径均匀，允许承载力为140kPa，重度，内摩擦角，细砂层之下为圆砾，厚度较大，质地黄色、中密，颗粒均匀，颗粒成分主要是长石，允许承载力为300kPa，重度，内摩擦角，是承担码头结构的主要持力层，最下面一层由石灰系片麻岩构成，遍及全港。本地区地质结构比较简单，地层的密实度、抗压能力和承载力都比较强。2.1.5 水文情况黑龙江水系属于封冻河流，一般11月下旬封冻，直到第二年4月中旬开江，封冻期持续时间5个多月，畅流期超过200天。冰层厚度1.21.8m，冰冻和流冰对港口水工建筑物影响很大。2.1.6 气象条件1. 气候：富饶港区地处中高纬度，属寒温带大陆性气候，冬季受极地冷气团的影响，常为强大的蒙古高压缩控制，严寒而干燥，夏季受热带海洋气团影响，常为东南季风所控制，温热多雨，由于地势影响，小气候变化明显，低温、早霜时有发生。2. 风况：常风为西北风，次常风为西风。强风向为西南，但七级以上的大风基本不出现。3. 降水：历年平均降水量521.8mm，最大年降水量815.2mm，最小年降水量410.8mm，最大日降水量108.5mm。降水量主要集中在6-9月份，占全年降水量的80%以上。4. 气温：历年平均气温为-0.8，累年各月平均最高气温28，发生在7月份，累年各月平均最低气温-25.6，发生在1月份，极端高气温为38.9，极端低气温为-42。5. 湿度及雾况：历年各月平均相对湿度为64%，平均最高值78%，发生在8月份，平均最低值46%，发生在5月份。在通航期间，出现3级以上的雾的累计时间平均为4.6d，多出现在69月份，对港口的装卸作业无影响，对船舶的进出港和港区作业有轻微影响.2.1.7 地震烈度地震烈度为度，不考虑抗震设防。2.2 吞吐量及船型2.2.1 货种及运量码头为专用的粮食码头，货种为粮食，主要为袋装大米、黄豆。港口设计年吞吐量为76104t。2.2.2 船型设计船型为1000t的驳船，其船长为65.9m，船宽为13m，型深为2.4m，满载吃水为1.6m。2.3 码头年运营天数码头的作业受天气、机械设备、调度等因素的影响。根据气象资料，富饶港不受冰封影响的天数为215d，受七级以上大风影响的天数为Tf=0，三级以上雾日的累计平均天数为Tu=4.6d。根据规范，年运营天数按以下公式计算：Ty=(365-Tf -Tu)K1K2式中:K1为机械完好率，取1.0；K2为调度等综合因素，取0.95；则Ty=（215-0-4.6）1.00.95=200d，故年运营天数按200d计算。2.4 泊位数的确定 2.4.1 泊位年通过能力泊位年通过能力Pt按下式计算【1】： (2.1)式中：各类船舶年装载不同货物的数量占泊位年装卸总量的百分比（%），因本码头为专用的粮食码头，故取值为1；与相对应的泊位年通过能力（t）。式中：Ty泊位年运营天数，根据计算，取200天；装卸一艘设计船型所需的时间(h)；P设计的船时效率（t/h），按运量、货种、船舶性能、作业线数和管理等因素综合分析确定，每个泊位设计用两台10t的门机起重机，且袋装粮食按件杂货取值，船时效率取100t/（h台），则：1002=200t/h；G设计船型在本港的装载量，为1000t；船舶的辅助作业、技术作业时间以及船舶靠离泊位时间之和（h），取值为1.5h；昼夜法定工作小时数（h），本码头取三班制24h；昼夜非生产时间之和（h）。包括工间休息、吃饭及交接班时间。应根据本港实际情况而定，昼夜泊位非生产时间之和取4.5h；港口生产不平衡系数，参照规范取1.8。得到该泊位年通过能力Pt=PS=3.3105t。2.4.2 码头所需泊位数所需泊位数个，所以需要三个泊位才能满足要求。2.5 本章小结本章对码头设计的基本资料进行了阐述，计算出了码头的泊位年通过能力，从而确定了码头所需的泊位数，为下一章的平面布置做好准备。第3章 码头总平面布置3.1 总平面布置原则1. 根据货物的数量、种类、集疏运方式、自然条件等因素合理划分港区；2. 根据港区性质、规模、装卸工艺，合理布置水域和陆域；3. 合理的利用现有的自然资源，因地制宜，并适当留有发展余地；4. 充分考虑港区的自然条件，合理布置码头岸线，以便节省工程投资；5. 港区布置要与城市和交通运输的发展规划相协调，陆路接线便利；6. 做到工程建设与当地的自然保护相协调，尽量保护当地的自然条件；7. 改扩建港区的总平面设计应与原有港区相协调。3.2 装卸工艺3.2.1 装卸工艺概念装卸工艺即按照一定的劳动组织形式，运用装卸机械及其配套设施等物质手段，遵照规定的技术标准和规范，完成货物在不同运输方式之间的换装作业过程。3.2.2 装卸工艺设计原则【4】（1）装卸工艺设计应进行多方案的技术经济比较，尽量降低营运成本。（2）应从全局出发，尽量使工艺流程简捷，作业环节协调，以便于周转。（3）装卸机械设备的选择应考虑技术先进、经济合理、安全可靠、能耗低、污染少、维修简便等因素，选择最优的装卸设备。（4）装卸工艺系统的经济性，既考虑其投资成本，又考虑运营成本，兼顾港口自身和社会的全面效益。（5）装卸件杂货宜发展成组和集装化，装卸设备能力应相适应。3.2.3 装卸设备1.装卸船舶机械门座起重机；船舶吊杆；流动起重机2.水平运输机械蓄电池搬运车；叉式装卸车；牵引车挂车；货车3.库场内机械库场内堆拆垛和装卸车辆除了叉车，还可以使用各种流动起重机，如轮胎吊、汽车吊等。在本码头装卸工艺设计中，采用了门式起重机来进行袋粮的装卸，考虑到袋装粮食的规格，在港区内采用牵引车挂车进行运输，并采用叉车进行袋粮的短距离运输和堆拆垛。3.2.4 装卸流程袋粮通过门式起重机卸下后，直接装到牵引车挂车上，然后运输到堆场，并由叉车进行堆拆垛。从堆场开始，一小部分粮食直接经由货车运输到港口外流入市场，剩下的大部分则继续通过牵引车挂车和叉车运输到罩棚以及仓库进行堆存。其流程如下：流入市场堆场牵引车挂车千吨级驳船罩棚、堆场 （1）千吨驳船（经门式起重机）牵引车挂车（经牵引车挂车和叉车）堆场（经货车）流入市场（2）千吨驳船（经门式起重机）牵引车挂车（经牵引车挂车和叉车）堆场（经牵引车挂车和叉车）罩棚、仓库3.3 陆域布置图 3.1码头平面布置图3.3.1 码头泊位位置的确定港口的基本功能在于接纳车辆、船舶，以完成货物及旅客的转运工作，因此，一个优良的港址应具备下述条件：1. 港区范围内地质要良好、地势要平坦、高程要适宜。岸线要足够长，还要有一定纵深的陆域。2. 港区内需要具备良好而稳定的水域，还要有足够的水面面积。3. 与城市规划相协调，以便更好地促进城市的经济发展。4. 陆域后方与公路、铁路接线方便，便于货物的集散，且要与交通运输的发展规划相协调。5.与其它水上设施有一定距离，以免相互干扰。本设计所选港区的位置所处这一段的河岸比较顺直，河床稳定变化较小，水流缓慢，河道较宽且有足够的水深，且河道中无大中型的水上设施。港区后方陆域面积广阔，海拔较低，地形地势比较平坦，且有省内干道经过，与城市距离较近，交通便利。码头的货种只有粮食，造成的污染较小，所以港区内的风向对泊位、堆场的影响较小。整个港区的坡度为0.5%，这样设置可以使码头内的积水自动流向河流，减少了排水设施的工程量和开支。3.3.2 码头设计高程码头的前沿面顶高程应充分考虑到货物的种类、设计船型、装卸工艺、前后方高程衔接条件、地形地貌、码头布置形式、工程投资等因素，码头前沿面顶高程应为码头设计高水位加超高，超高取值0.2m，设计高水位为10.0m，故码头前沿面顶高程为10.2m。3.3.3 码头泊位长度及码头岸线长度本码头需要设置三个泊位。根据河口港的设计规范，直立式码头的泊位长度和码头长度，应该满足船舶安全靠离、系缆和装卸作业的要求。对于端部泊位： Lb =L+1.5d （3.1）对于中间泊位： Lb =L+d （3.2）当泊位数目为三时，泊位的总长度为: Lb =（L+1.5d）2+（L+d） =3L+4d 式中：L设计船长（m）；d泊位富裕长度（m）。本设计的设计船长L=65.9m，富裕长度d=10m，算得泊位长度Lb=237.7m。码头长度为同一码头内各泊位占用的码头长度之和。端部泊位占用的码头长度Lm0.8L+0.5d，中间泊位占用的码头长度Lm=L+d，为了尽量不增加工程量，缩减工程投资，故取端部泊位占用的码头长度为0.8L+0.5d，由此可以得出码头长度为：2（0.8L+0.5d）+（L+d）=192m。3.3.4 码头前沿宽度根据袋装粮食的装卸工艺，采用100t/（h台）的门式抓斗卸船机，轨距为10.5m，码头前沿距前轨道中心线2m，考虑各种车辆正逆向通行，码头后沿距后轨道中心线取17.5m，则码头宽度D=10.5+2+17.5=30m。3.3.5 库场面积计算本码头为专用的粮食码头，后方需要堆场、罩棚以及仓库。库场面积计算参考河港总体及工艺设计规范。件杂货、散货库场总面积通常按下式估算：（3.3）式中： A仓库、堆场总面积（m3）； q单位有效面积的货物堆存量（t/m2）； Kk仓库、堆场总面积利用率，为有效面积占总面积百分比（%）； E仓库、堆场容量（t）；库（场）所需容量按下式估算：（3.4）（3.5） 式中：Qn货物的年吞吐量（t）； KBK仓库、堆场不平衡系数； Kr货物最大入库、入场的百分比（%）； Tyk仓库、堆场年营运天数（d），取200d； tdc货物在仓库、堆场的平均堆存期（d），可取7-15天，码头前方库场不宜超过10天； Hmax月最大货物堆存天（t天）； H月平均堆存吨天（t天）。根据相关要求，保证粮食的稳定供应，取货物平均堆存期tdc=8d；本库场的年运营天数为Tyk =200d；Kr=1；由于粮食为袋装粮，根据规范查表可得袋粮的单位有效面积的货物堆存量q=2d，库场不平衡系数KBK=1.8，库场总面积利用率Kk=0.8，根据以上数据，代入公式得：煤码头库场所需容量： E=QnKBKKrtdc/Tyk=54720t库场总面积： 后方堆场、罩棚、仓库按照3:2:1的比例进行划分，而且根据前方的三个泊位，库场选择三列排布。计算可得，堆场面积为17100m2，罩棚面积为11400m2，仓库面积为5700m2。在码头的平面陆域布置中，将库场分成三个部分，沿着船舶的泊位位置进行纵向布置，靠近码头泊位方向是粮食堆场，分三列三排布置，共9个；堆场之后是罩棚，其作用是防止下雨淋湿粮食，分三列两排布置，共6个；罩棚再向后是仓库，仓库是贮存粮食的地方，其面积较小，只有三列一排，共3个。3.3.6 港区道路港内道路按其重要性分为以下三种：主干道：全港的主要道路，一般为连接港区主要出入口的道路；次干道：港内码头、库场、生产辅助设施之间交通运输角繁忙的道路；辅助道路：库场引道、消防道路以及车辆和行人均较少的道路。在本码头的陆域布置中，库场是沿着泊位的位置纵向布置的，因此，横向之间的库场之间以及库场与港区边缘绿化带之间的道路设计为主干道，而纵向之间的库场之间的道路设计为次干道，生活辅助区内的道路也一律设计为次干道。主要的进出港道路设置在港区的左侧和生活辅助区，一方面是为了港区内货物的疏散，另一方面则是考虑到港区内工作人员的进出港的便利性。本港区道路接到疏港道路上，疏港道路直接通往国道和城市道路，以便于货物的快速集散。根据规范，本码头的规模较小，所以主干道设计取12m，次干道设计取6m即可满足要求。3.3.7 港区其他设施及绿化1.港区其他设施本码头为专用的粮食码头，码头上的生产辅助设施主要为装卸设备，辅助生产设施建筑有消防站、机械修理所、小型流动机械库、办公楼等，必要的辅助生活设施有锅炉房、招待所、员工休息室、娱乐场所、医务室等，另有停车场、门卫、变电所等码头必需设施。其中，本码头的变电站设置在了前沿作业地带的左侧，因为主要的用电设备就是港区内的门机式起重机，将变电站放在此处有利于及时检修和开关电闸。其余生活辅助设施则主要集中在了港区的后方，以办公大楼为中心，其余停车场、食堂、锅炉房、医疗室等环绕办公大楼进行布置，方便工作人员的生活休息，这样可以使加快办公速度，提高工作效率。候工室、机修所布置在靠近码头工作区的地方，可以保证工作的及时顺利进行。2.港区绿化虽然本码头运送的货物只有粮食，对环境的影响比较小，但是由于本码头的地势低洼，且靠近市区的工业区，所以为了防止对粮食造成污染，同时也为了保护港区，在港区外围种植了12m宽的防护林，而且在港区内部也进行了一定的绿化建设，用以美化港区环境。在整个港区的布置中，绿化面积占到了港区总面积的12.7%。3.4 水域布置3.4.1 锚地及停泊水域1.锚地锚地指在水域中指定的地点专门用来提供给船舶停泊及船舶进行水上装卸作业的水域。本码头的锚地设置在码头下游方向2km处，位于河流中间。2. 停泊水域本码头的停泊水域位于泊位的正前方，其宽度为设计船宽与富裕宽度之和，富裕宽度设计为一倍船宽，所以码头前方的停泊水域宽度为26m。3.3.2 码头前沿设计水深码头前沿水深，即泊位水深，通常指设计低水位以下的深度。由停靠在泊位的设计船型满载吃水和必要的富裕水深构成。富裕水深主要考虑水深误差、波浪引起的船舶垂直升降、配载增加的吃水等因素。码头前沿水深可用下式计算：D=T+Z+Z（3.6） 式中：D码头前沿设计水深（m）；T设计船型满载吃水（m）；Z龙骨下最小富裕深度（m）；Z其他富裕深度(m)；这里取T=1.6m，Z =0.3m，Z=0.3m，得：D=2.2m。3.4 本章小结本章确定了港口的装卸工艺，对港口的陆域和水域进行了规划与布置，确定了码头前沿设计高程、泊位长度、码头长度和库场的面积；规划了港区道路、辅助生产和辅助生活等设施。第4章 结构设计计算4.1 工程概况由于该码头地处北方冰凌严重，且地基良好，结合码头的规模，故选择为重力式方块结构，且采用实心方块进行建造。4.2 设计条件4.2.1 码头面及码头前沿水深码头面高程：10.2m码头前沿水深：2.2m码头前沿河底高程：0.94m4.2.2 结构安全等级结构安全等级为二级4.2.3 自然条件1.计算水位设计高水位：10.0m设计低水位：3.14m施工水位：6.74m2. 工程地质条件见表4.1。3.抗震设计地震基本烈度为度，不进行抗震设计。4.码头面荷载当用于构件计算时：q=40kPa；当用于整体计算时：q=20kPa。图4.1码头结构断面图表4.1 土层图层号名称顶标高（m）底标高 （m）干重度(kN/m3)湿重度(kN/m)内摩擦角淤泥质粘土2.401.20181014细砂1.200.60189.532圆砾0.60189.5334.3 材料指标材料指标见表4.2【5】。4.4 作用的分类计算表4.2 材料指标 材料名称重度（kN/m3）内摩擦角（） 钢筋混凝土卸荷块体C302413.5路面混凝土C302313混凝土胸墙C302313混凝土方块C252313墙后回填块石棱体181121454.4.1 结构自重力计算第1章 设计高水位情况：表4.3 自重力计算表格项目计算式自重力G（kN）胸墙2.50.223+2.52.261384.95混凝土路面2.50.22311.5碎石垫层2.50.2115.5回填砂2.51.069.525.18倒滤层2.50.69.5+2.50.41125.25卸荷板4.60.813.5+（0.5+0.8）0.40.513.551.2块体13213+（2+0.4）0.40.51384.24块体2321378块体33213+（0.5+2）0.30.513.582.88448.7 表4.4 自重力分层计算结果层号自重（kN）力臂（m）力矩（kN*m)1152.342.26344.29251.222.44124.98384.241.92161.744781.8140.4582.881.7140.9第2章 设计低水位情况表4.5 自重力计算表格项目计算式自重力G（kN）胸墙2.52.4623141.45混凝土路面2.50.22311.5碎石垫层2.50.2189.0回填砂2.51.061847.7混合倒滤层2.50.61827二片石2.50.41818卸荷板4.60.824+（0.5+0.8）0.40.52490.62块体13223+（2+0.4）0.40.523149.04块体231.823+30.213132块体33213+（0.5+2）0.30.51382.88709.194.4.2 土压力标准值计算主动土压力系数计算：表4.6 自重力分层计算结果层号自重（kN）力臂（m）力矩（kN*m)1254.652.26575.51290.622.44221.113149.041.92286.1641321.8237.6582.881.7140.9根据重力式码头设计与施工规范（JTS167-2-2009），墙后回填抛石棱体内摩擦角=45，回填砂的内摩擦角=32，根据公式： (4.1) 对于块石棱体：Ka=0.172 对于回填砂：Ka=0.0.307 卸荷块体以下墙背，取=/3 水平土压力系数Kax=Kacos (4.2) 竖直土压力系数Kay=Kasin (4.3) 同样，对于块石棱体：Kax=0.9659，Kay=0.2588； 对于回填砂：Kax=0.9826，Kay=0.1856；1.墙后回填料产生的土压力标准值设计高水位情况土压力强度计算：e0=0e1=230.20.172+110.20.172+9.51.660.307+110.40.172=6.77（kPa)e2=230.20.172+110.20.172+9.51.660.307+110.40.172+110.80.172=8.28（kPa)e3=0； e3=1.467110.16=2.58（kPa)e4=(230.2+110.2+1.669.5+110.4+110.8+113.86)0.16=12.52（kPa)e5=(230.2+110.2+1.669.5+110.4+110.8+113.86+112.14)0.16=16.29（kPa)土压力合力计算：根据图示法，土压力产生的合力Ei（以单宽米计）即为土压力强度分布图中所围成的梯形（三角形）的面积。土压力的水平分力：EHi=EiKacos； (4.4)土压力的垂直分力：EVi=EiKasin； (4.5)同样的，土压力产生的倾覆力矩和稳定力矩分别为： MEHi=EHidi；MEVi=EVidi (4.6)表4.7 土压力力计算结果土层编号土压力（kN）水平分力（kN）水平力臂（m）倾覆力矩(kNm)竖向分力（kN）竖向力臂（m）稳定力矩(kNm)18.338.057.6261.300026.025.87.3442.61.564.97.6433.943.814.6217.61.023.73.77417.917.32.8849.94.653.315.4529.128.10.9626.97.523.324.8设计低水位情况土压力强度：e0=0e1=230.20.172+180.20.172+181.660.307+180.40.172=11.82（kPa）e2=230.20.172+180.20.172+181.660.307+180.40.172+180.80.172=14.30（kPa）e3=0； e3=181.4670.16=4.23（kPa）e4=(230.2+180.2+181.66+180.4+180.8+181.467+182.33+110.06)0.16=20.60（kPa）e5=(230.2+180.2+181.66+180.4+180.8+181.467+182.33+110.06+112.14)0.16=24.37（kPa）表4.8 土压力计算结果土层编 号土压力（kN）水平分力（kN）水平力臂（m)倾覆力矩(kNm)竖向分力（kN）竖向力臂(m)稳定力矩(kNm)18.338.057.6261.3400026.025.87.3442.571.564.97.6433.943.814.6217.61.023.73.77417.9417.332.8849.914.653.315.35529.0528.060.9626.947.523.324.822.码头面堆存荷载q=20kPa产生的土压力标准值【6】 土压力强度计算：e=qKqKa (4.7) 其中，Kq=1 故e=qKa与计算墙后回填料的土压力相同的，墙后回填抛石棱体内摩擦角 =45，回填砂的内摩擦角=32，根据公式： (4.8)对于块石棱体：Ka=0.172，对于回填砂：Ka=0.307，且取=/3水平土压力系数Kax=Kacos，竖直土压力系数Kay=Kasin同样，对于块石棱体：Kax=0.9659，Kay=0.2588；对于回填砂：Kax=0.9826，Kay=0.1856；e0=200.172=3.44（kPa）e1=200.307=6.14（kPa）e2=200.172=3.14（kPa）e3=0； e4=200.16=3.2（kPa）表4.9 土压力计算结果土层编 号压力值（kN）水平分力（kN）水平力臂（m)倾覆力矩(kNm)竖向分力（kN）竖向力臂（m)稳定力矩(kNm)115.114.848.03119.200022.752.666.417.020.714.93.4830.20.24.190.8400044.113.972.811.111.033.33.456.46.1816.181.63.35.28图4.2土压力分布图 根据前述的土压力、土压力分力及其力矩的计算方法计算，码头面堆存荷载产生的土压力计算结果如表4.9。4.4.3 船舶荷载计算按照规范，对于DW=1000t的船，其系缆力标准值不应小于100kN，考虑到本码头处于内河，常年无七级以上大风，且港口内的水流流速很小，产生的系缆力可以忽略不计，因此，系缆力取N=100kN。横向分力：Nx=sincos竖向分力：Ny=sin根据规范（JTJ215-98），系船缆夹角、取值为：=30，=0由此可计算得出：Nx=50kN，Ny=0。水平力：PRHi=Nx/B，倾覆力矩：MRHi=PRHid1；垂直力：PRVi=Ny/B，倾覆力矩：MRVi=PRVid2；总倾覆力矩MPR=MRHi+MRVi表4.10 系缆力计算结果层号B（m）PRHi(kN)d1（m）MRHi(kNm)PRVi(kN)d2（m）MRVi(kNm)MPR(kNm)17.037.112.7619.6200.75019.6229.325.363.5619.0800.75019.083124.175.5622.1900.35022.194143.577.5626.9900.35026.995163.139.5629.9200.65029.92B为分布宽度，d1为水平力的力臂，d2为垂直力的力臂。系缆力的横向分力、竖向分力沿码头高度的分布及其产生的倾覆力矩计算结果如上表所示，船舶系缆力分布图如下所示。图4.3系缆力分布图4.4.4 门机荷载计算1. 门机后腿重载情况后腿：Pmax=1000kN；前腿：Pmax=600kN；（1） 后腿形成的土压力及力矩：；（门机轨道梁宽1.3m）；（2） 前腿形成的重力：；2. 门机前腿重载情况下：后腿：Pmax=600kN；前腿：Pmax=1000kN；（1) 后腿形成的土压力及力矩： ； ； ； （2) 前腿形成的重力：； 将门机后腿产生的土压力通过墙后回填料的内摩擦角的角度向码头结构扩散后发现，后腿产生的土压力对码头结构不产生影响。门机前腿产生的重力只对码头整体的基床承载力产生影响，其结果如下图所示：图4.4门机后腿压力扩散图4.5 码头稳定性验算4.5.1 持久状况组合1设计高水位：持久组合一：设计高水位时的永久作用+系缆力（主导可变）+均载（非主导可变）持久组合二：设计高水位时的永久作用+均载（主导可变）+系缆力（非主导可变）2 设计低水位： 持久组合三：设计低水位时的永久作用+系缆力（主导可变）+均载（非主导可变） 持久组合四：设计低水位时的永久作用+均载（主导可变）+系缆力（非主导可变）4.5.2 承载能力极限状态设计表达式1） 码头分层稳定性验算系缆力为主导可变作用，均载为非主导可变作用时，用下式计算：抗滑稳定：（4.9）抗倾稳定：（4.10）均载为主导可变作用，系缆力为非主导可变作用时，用下式计算：抗滑稳定：（4.11）抗倾稳定：（4.12）式中：结构重要性系数；土压力的分项系数；结构系数；自重力的分项系数，取1.0；系缆力的分项系数；沿计算面的摩擦系数设计值，按规范取用；作用效应组合系数，取0.7；分别为填料所产生的主动土压力在计算面以上的水平分力和垂直分力的标准值（kN）；分别为码头面可变作用产生的主动土压力在计算面以上的水平分力和垂直分力的标准值（kN）；分别为系缆力的水平分力和垂直分力的标准值（kN）；作用在计算面上的结构自重力的标准值（kN）；分别为码头填料产生的主动土压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩（kNm）；分别为码头面可变作用产生的主动土压力标准值对计算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩（kNm）；结构自重力标准值对计算面前趾的稳定力矩（kNm）；系缆力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）。码头结构各层的稳定性验算结果见表4.11-4.18：2.沿基床底面抗滑稳定性验算根据前述抗滑稳定性的计算结果比较，持久组合三为控制情况以此种组合验算码头沿基床底抗滑。计算公式为： （4.13） 基床抛石增加的自重： 墙前被动土压力： （折减系数取0.3）表4.11 作用组合一抗滑层号123451.01.01.01.01.01.351.351.351.351.351.01.01.01.01.01.01.01.01.01.01.41.41.41.41.40.550.550.550.550.60.70.70.70.70.7（kN）152.3851.2284.247882.88（kN）8.055.83.8117.3328.06（kN）01.561.024.657.52（kN）14.842.660.23.976.18（kN）00.7101.031.6（kN）7.115.364.173.573.13（kN）0000037.6316.512.3632.1439.1883.8129.8634.0947.1267.11备注稳定稳定稳定稳定稳定表4.12 作用组合一抗倾层号123451.01.01.01.01.01.351.351