1、学 号 密 级 公 开 哈尔滨工程大学本科生毕业论文某重力式码头结构初步设计研究院(系)名称：船舶工程学院专业名称：港口航道与海岸工程学生姓名：XXX指导教师：XXX哈尔滨工程大学2013 年 6 月某重力式码头结构设计初步研究 XXX哈尔滨工程大学学 号 密 级 公 开某重力式码头结构设计初步研究The Research on Preliminary Design of a Gravity Wharf Structure 学 生 姓 名：XXX所 在 学 院：船舶工程学院所 在 专 业：港口航道与海岸工程指 导 教 师：XXX职 称：所 在 单 位：论文提交日期：论文答辩日期：学位授予单位：
2、哈尔滨工程大学本科毕业论文摘 要某重力式码头结构初步设计研究的主要设计内容有码头主要尺寸的确定码头断面结构设计及码头前沿布置。通过阅读毕业设计任务书，确定该重力式码头的结构为空心方块式和沉箱式两种型式。之后根据设计条件查阅相关工程规范，初步作出两种码头型式的断面平面及立面草图。设计符合规范要求后，运用 EXCEL 软件对结构自重永久土压力系缆力门机荷载堆货荷载等的进行计算；再依据各计算结果对初定的码头结构进行各项稳定性的验算（如若符合要求则结构合理，不符合要求则需要对结构进行必要的修改） 。运用 CAD 软件作最终确定的两种码头型式的结构图；最后完成施工组织设计的内容并综合考虑比较空心方块和沉
3、箱两种结构型式的优劣，选择最优的一种型式作为施工选择。通过此次毕业设计，进一步熟悉了重力式码头的特点以及专业软件的使用，为今后的工作和进一步的学习打下了很好的基础。关键词：重力式空心方块码头；重力式沉箱码头；断面结构图全套图纸加 153893706某重力式码头结构设计初步研究AbstractThe main design content for the preliminary design study of a gravity quay-wall structure is to determine the main dimensions of the dock and its quay str
4、ucturelatout of its area.By reading the design plan description of the graduation,we determine the structures of gravity type wharf is hollow concrete block quay wall and concrete cassion quay wall two type kinds model.Refferring to the related project specifications according to the design conditio
5、ns,then design two terminal type sectionplane and elevation drawing.After design conforms to the specification requirements,using the EXCEL software to calculate the structure dead weightpermannent soil pressuremooring forcepile of the cargo loading and crane load;then on the basis of the calculatio
6、n results we can do the stability checking calculation of the initial pier structure(if calculation results meet the requirements,the structure is reasonable;if not ,the structure needing some necessary changes).Using CAD software for finalizing the two terminal type structure;Finally complete the d
7、esign of construction organization and comparing two kinds structure to choose one of them as construction option.Through the graduation design,getting a further knowing about the characteristics of gravity quay-wall and the use of specialized software;laying a good foundation for the furture study
8、and workKey words:gravity quay-wall;concrete block quay wall;concrete caission quay wall哈尔滨工程大学本科毕业论文目 录第一章 绪论 .11.1 港口概论及我国港口发展 11.2 重力式码头研究现状 21.2.1 重力式码头结构形式 .21.2.2 重力式码头一般构造 .41.3 某重力式码头结构设计研究主要内容 51.4 本章小结 5第二章 码头结构方案设计 .62.1 设计依据 62.2 设计基础资料 62.2.1 设计船型 .62.2.2 水文及气象资料 .72.2.3 地质条件 .72.2.4 地震
9、 .72.2.5 施工条件 .82.2.6 结构安全等级 .82.3 结构选型 82.4 码头结构初步设计 82.4.1 码头立面尺寸设计 82.4.2 码头泊位尺寸 92.4.3 码头前沿平面布置 .102.4.3 码头断面设计 .102.4.4 装卸工艺设计 .142.5 本章小结 .15第三章 空心方块结构荷载计算与稳定验算 163.1 作用分类与计算 .163.1.1 结构自重力（永久作用） .163.1.2 波浪力（可变作用） .21某重力式码头结构设计初步研究3.1.3 土压力标准值计算 .213.1.4 地震时的主动土压力和惯性力（偶然作用） .343.1.5 船舶荷载（可变作用
10、） .343.1.6 撞击力 .373.1.7 挤靠力 .373.2 码头稳定性验算 .373.2.1 持久状况 .373.2.2 短暂状况和偶然状况 .493.3 本章小结 .49第四章 沉箱结构荷载计算和稳定验算 504.1 作用分类与计算 .50 4.1.1 结构自重力（永久作用） .504.1.2 土压力标准值计算 .544.1.3 船舶荷载（可变作用） .584.1.4 贮仓压力（永久作用） .594.2 码头稳定性验算 .604.2.1 作用效应组合 .614.2.2 码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算 .614.2.3 码头沿基床顶面抗倾稳定性验算 .624.2.4 基床承载力验算
11、.644.3 本章小结 .65第五章 结构比选 665.1 自然条件 .665.2 施工条件 .665.3 经济效益 .66结论 .67参考文献 .68致谢 .69附录 .70第一章 绪论1第 1章 绪论1.1 港口概论及我国港口发展港口是临海、临河地区人与货的重要出入关口，是具有足够水深受风浪影响较小便于船舶进出和安全停泊的停泊区域。它作为交通交汇处的港口城市产生了内陆经济腹地与远洋运输，实现了内陆经济腹地与世界连通，并使处于运输交汇处的港口城市产生了内陆经济腹地与国际港口城市两个极为宽阔的辐射面。港口作为交通运输系统中的枢纽和水陆联运的咽喉，是综合运输体系中各种运输方式的集汇点。同时随着全
12、球经济一体化的推进，港口也发展成为国际贸易的重要组成部分，国际贸易量的近 90是通过水陆运输（主要是海洋）完成的。以我国为例，内河干线和沿海水运在“北煤南运”“北粮南运”和油矿中转等大宗货物运输中发挥了主通道作用，保障了重点物资运输，有力推动了我国现代物流的发展，为经济社会发展提供了坚实的运输保障。由此可见，无论是国际发展趋势还是我国经济发展的实际需要，港口都扮演着日益重要的角色。我国发展港口的条件十分优越：拥有陆地国土面积 960 万平方公里，岸线长 1.8 万公里；海岛 6961 个，岛屿海岸线长近 1.4 万公里，海岛面积超过 8 万平方公里，其中有人居住的海岛 433 个；我国还拥有
13、300 万平方公里的海洋国土面积。建国初期，我国的港口建设事业处于起步阶段。沿海只有六个主要港口，泊位数仅为 233 个，其中万吨级深水泊位只 61 个，年吞吐量 1000 多万吨。近六十年来，我国水运工程建设工程尤其是港口建设始终得到了党和国家的重视和关怀。1973 年周恩来总理代表党中央发出了“三年改变港口面貌”的号召，使得我国港口航道的建设进入了一个新时期。党的十一届三中全会以来，党的改革开放政策极大地促进了港口建设的步伐，使我国沿海主要港口在大型化机械化和专业化方面步入了世界先进水平。至 2009 年年底，全国沿海和内河港口分别拥有生产用码头泊位 5320 个和 26109 个，其中万
14、吨级及以上的泊位分别为 1261 个和 293 个。现代化的港口是社会经济活动的重要组成部分，在发展国民经济促进社哈尔滨工程大学本科生毕业论文2会进步的进程中起着重要作用。作为沟通外界的窗口，港口是一个城市地区甚至是一个国家、民族对外开放与世界连通的大通道。随着世界经济的发展，现代物流作为现代经济的重要组成部分，凭借其先进的综合服务模式，正在全球范围内迅速发展。于此相适应，现代港口已不再是一个简单的货物装卸和换装场所，而是国际物流与供应链上的一个重要环节。现代港口的概念被赋予了新的、更为丰富的内涵，港口功能有了新的拓展，增加了临港工业保税贸易信息服务和咨询等多种功能。除了经济活动之外，港口还承
15、担着由经济活动延伸而出的社会活动，为城市的开发城市居民生活的改善提供了有效的重要场所。1.2 重力式码头研究现状1.2.1 重力式码头结构形式重力式码头是我国分布范围较广使用较早也较多的一种码头结构。经过多年的设计研究与施工经验得积累，重力式码头已经发展成为一种较为成熟的码头结构型式。其主要的优点有：结构坚固耐久，抗冻和抗冰性能好；能承受较大的地面荷载和船舶荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性较强；施工比较简单，维修费用少等。所以，重力式码头是港务部门和施工单位比较受欢迎的码头结构形式。重力式码头又可根据其墙身结构分为若干种结构型式。从墙身的施工方法可分为干地现场浇筑（或
16、砌筑）的结构和水下安装的预制结构。随着施工技术的发展和码头要求的不断提高，后者应用较普遍，其施工工序一般包括：预制墙身构件；开挖基床；抛填块石基床；基床务实和整平；在抛石基床上安装墙身预制件；浇筑胸墙；抛填墙后块石棱体和铺设倒滤层；码头后回填；安装码头设备和铺设路面。按墙身结构，重力式码头可分为方块码头沉箱码头扶壁码头大圆筒码头格型钢板桩码头干地施工的现场浇筑混凝土和浆砌石码头等。其中方块码头和沉箱码头时我国一种常用的结构形式，扶壁码头在我国的南方特别是华南海域采用较多，大圆筒码头和格形钢板桩码头则是近年来开始兴起的两种重力式码头结构型式。1、方块结构第一章 绪论3方块结构码头多采用预制的混凝
17、土方块，方块尺寸一般需要符合一定的要求。方块形式可以是实体的六面体，也可以采用空心混凝土块体（节省混凝土用量和减少块体的重量） ，有时还可以采用异形块体。块体在预制场预制，然后运到现场进行水下安砌。重力方块式码头耐久性好，基本不需要钢材，并且一般不需要复杂的施工机械，所以施工简单。如果没有大型的起重船，可把块体做的小些。对于方块尺寸不大的小型码头还可以采用浆砌石方块。但是方块码头存在着水下工作量大，需要大量石料，另一方面结构是由一个个混凝土方块连接磊放而成故其整体性和抗震性差。它一般适用于地基较好当地有大量砂石料缺少钢材和冰冻严重的情况。2、沉箱结构沉箱是一种巨型的钢筋混凝土空箱，箱内用纵横隔
18、墙隔成若干舱格。沉箱在预制厂预制之后运往现场进行安装。由于沉箱尺寸通常较大（尤其是在高度方向上） ，故它的水下工作量小，结构整体性好结构整体性好抗震性能强，施工速度也快，但其耐久性不如方块结构，需要钢材多，需要专门的施工设备和适合的施工条件。所以一般适合在当地有可用于预制沉箱的设施或工程量大工期短的大型码头选用沉箱结构。3、扶壁结构扶壁结构式由立板底板和肋板相互整体连接而成的一种轻型钢筋混凝土结构。今年来华南海域得到广泛应用。它的优缺点介于方块结构和沉箱结构两者之间。混凝土和钢材的用量比沉箱少，施工速度比混凝土方块结构快，耐久性和沉箱结构相同。主要缺点是结构整体性差。4、大直径圆筒结构大直径圆
19、筒结构主要由预制的大直径薄壁钢筋混凝土无底圆筒组成，它们应一个挨一个地安放，圆筒内填块石砂或土。这种结构主要是靠圆筒与其中填料整体形成的重力来抵抗作用的码头上的水平力。它的结构特点为施工简单、混凝土与钢材用量少、适应性强，可不作抛石基床；造价低；施工速度快。但哈尔滨工程大学本科生毕业论文4从目前施工实际经验来看，这种结构还是存在着不少的问题。例如抛石基床上的大圆筒产生的基床压力大，沉入地基的大圆筒码头施工较复杂，大圆筒与上部结构的连接以及护弦的布置不方便，这都是在设计或施工上有待进一步的探索和解决的。5、格形钢板桩结构格形钢板桩结构是由直腹式钢板桩组成的格形结构，通过合适的格仓填料建成自身稳定
20、的重力式墙。码头结构由格形板桩重力墙身和其上部的胸墙组成。经验表明，格形钢板桩结构施工筹备期短，施工速度快，占用场地小。但是此结构形式还处在发展阶段，对于如何振实格体内的砂和换砂基础、如何防止码头的沉降位移、当无起重船条件下如何施工等都是需要有待进一步探索加以解决完善的。6、干地浇筑的混凝土结构和浆砌石结构这种结构主要适合于有干地施工条件的内河港，其断面一般分为梯形衡重式卸荷板式三种。其优点是可就地取材，无需钢材，不需要大型和复杂的施工设备，施工简单，整体性好，造价低。1.2.2 重力式码头一般构造重力式码头的设计步一般：1.要根据当地的自然条件施工条件及建筑物的使用要求，拟定各种构造措施，即
21、进行构造设计；2.进行码头结构的强度和稳定性验算。1、基床重力式码头基床的作用是将经由墙身传来的外力扩散到较大的范围的地基上，以减少地基应力和建筑物沉降量；保护地基免受波浪和水流的淘刷；整平面后便于墙身的砌筑和安装。由于重力式码头时依靠自身重力来维持结构的稳定，因此作为结构重力的承载物基床便显得十分重要，基床处理的好坏是重力式码头成败的关键。重力式码头的基础根据地基情况施工条件和结构形式采用不同的处理方第一章 绪论5式。当地基地质情况为岩石时，一般不需要另作基础。对于需要另作地基的情况，抛石基床是重力式码头中广泛应用的一种基床形式，其形式分为暗基床明基床和混合基床三种形式。哈尔滨工程大学本科生
22、毕业论文62、墙身和胸墙墙身和胸墙是重力式码头必需的主体结构，它们构成船舶系靠所需的直立墙面并阻挡墙后回填材料坍塌、承受作用在码头上的各种荷载并通过自身将这些荷载传到下面的基础和地基中。此外胸墙还将码头上的各类措施连接成整体并常固定防冲设施系船设施系船网等。系船块体通常也和胸墙连在一起。3、墙后回填在岸壁式码头中，墙后需进行回填，以形成码头地面。墙后回填一般分为两种情况。一种是紧靠墙背颗粒较粗和内摩擦角较大的材料作为抛石棱体，以减小墙后压力，并在棱体顶面和坡面设置倒滤层，防止墙后回填的细粒土从抛填棱体的缝隙中流失。另一种情况是墙后直接回填细粒土，只有墙身构件的拼缝处设倒滤装置，防止土粒流失。采
23、用何种方式进行回填，应根据结构形式和当地材料情况通过技术经济比较确定。干地浇筑和砌筑的码头通常不设抛填棱体。1.3 某重力式码头结构设计研究主要内容本次设计的主要内容是依据任务书中的所给的水文条件设计船型地震烈度施工条件以及结构安全等级，通过查阅相关设计施工规范或资料确定合理的结构形式。具体的工作包括：确定选用重力式空心方块和重力式沉箱式为两种设计并加以论证的结构型式；通过所给资料，尤其是船型资料和水位资料初步设计码头的平立面布置；依据各类重力式码头设计与施工规范等资料初步设计出两类码头的断面结构图；对所设计的结构图进行各项稳定性的验算；最终确定出合理经济的结构设计方案并做好初步的施工组织设计
24、。1.4 本章小结本章主要是对我国港口的发展历史及现状、未来的港口发展趋势进行了一定的了解，以更好的理解本次设计的背景。对各种型式的码头尤其是重力式码头的特点进行了全面的了解，以为之后的设计打下良好的基础。第二章 码头结构设计方案7第 2章 码头结构方案设计2.1 设计依据查阅港工建筑物港口规划与布置海港工程设计手册等规范或资料等可知：码头结构型式选择要贯彻经济、实用、耐久的总的指导思想，并对不同结构型式进行综合分析比较；结合港口的当前使用要求进行全面规划并结合发展港口发展趋势对码头荷载能力及浚深的预留等进行充分的研究，以利用今后根据发展需要进行扩建等工程；充分研究，因地制宜，根据具体使用要求
25、、自然条件和施工条件等选择结构型式，避免脱离工程实际，片面强调或夸大某一方面的因素；就地取材，因材设计，充分利用当地材料资源。港口码头建筑物是港口的主要组成部分和主干工程。码头的特点是荷载复（包括各种自然力、使用荷载和施工荷载） ，施工条件差，投资大；码头结构型式一般应根据当地自然条件、码头建筑物使用要求和施工条件决定，故通常将自然条件、使用要求和施工条件一并为码头结构选型的三要素。重力式码头是靠结构自重（包括结构自身及其自身相应填料的重量）来抵抗建筑物的滑动和倾覆从而维持整个结构的稳定的。由于结构基础应力首先直接传给上部地基，对其上部地基和其下都要求有较高的承载（垂直承载和水平承载）能力，因
26、此它要有比较良好的地基，适用于各类基岩，沙、卵石地基和硬粘土地基。重力式码头一般由墙身、胸墙、基础、墙后减压棱体和码头设备等组成；它的优点主要有：结构坚固耐久，抗冻和抗冰性能好；可承受较大的码头地面荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性强；抵抗船舶水平荷载能力大；施工简单；维修费用少。2.2 设计基础资料某海港根据经济发展规模，需新建 2 个泊位的件杂货码头。由当地经验得知混凝土浇筑的施工水位为+1.8 米。哈尔滨工程大学本科生毕业论文82.2.1 设计船型1.5 万吨级杂货船：船长船宽型深满载吃水=14319.812.49.1m 5000 吨级杂货船：船长船宽型深满载吃水
27、=10116.48.67.0m 2.2.2 水文及气象资料1、气候该港所在地区年平均气温 13.5C，最高气温 38C，最低气温-9C。常年不封冻。2、水位设计高水位：3.6m 极端高水位：4.6m设计低水位：-0.08m 极端低水位：-1.6m3、流水流设计流速：V=1m/s ；流向：与船舶纵轴接近平行。4、波浪有防波堤掩护，波高小于 1m。5、风按九级风设计，风速：V=22m/s2.2.3 地质条件地层编号 土层名称标高（m）重度标准值（kN/m 3）地基容许承载力（kPa）1 淤泥质粘土 -4.5-5.5 18.0 902 中粗砂 -5.5-9.0 18.0 1253 粉质粘土 -9.0
28、-19.0 18.8 3304 风化岩 -19.0 以下 600第二章 码头结构设计方案92.2.4 地震该地区地震基本烈度为 6 度。2.2.5 施工条件当地有混凝土构件预制厂，可预制各种型式的梁、板等构件和混凝土人工块体。当地砂石充裕，且质量好、价格低。2.2.6 结构安全等级安全等级为一级2.3 结构选型重力式码头的结构型式包括方块结构（空心和实习） 、沉箱结构扶壁结构、大直径圆筒结构格形钢板桩结构以及干地浇筑的混凝土结构和浆砌石结构。对于干地浇筑的混凝土结构和浆砌石结构，它一般适用于有干地施工条件的内河港，本设计对象为海港，故不对其进行考虑；而对于大直径圆筒和格形钢板桩两种结构，无论是
29、在理论验证上还是在实践中均还处于不成熟的阶段，故在本设计中同样不考虑这两种结构的选用；扶壁码头的应用主要在华南海域，在其他地区则缺少工程实践同时扶壁码头的造价在水深大时将较大，因此也排除此种结构型式的选用。剩下重力式方块结构和沉箱两种结构以供选用；从任务书设定的各项条件来看，这两种结构型式都是较合理、经济的。所以对这两种备选方案都进行设计，以便能通过比较与综合考虑确定最后的选用方案。2.4 码头结构初步设计2.4.1 码头立面尺寸设计1、 码头前沿设计水深由文献2可知：码头前沿水深，即泊位水深，通常是指在设计低水位一下的深度，由停泊本泊位的设计船型满载吃水和必要的富余水深构成。码头前沿设计水深
30、可用下式计算：哈尔滨工程大学本科生毕业论文10D=T+Z1+Z2+Z3+Z4式中:D码头前沿设计水深（m） ；T设计船型满载吃水（ m） ；Z1龙骨下最小富余水深（ m） ；Z2波浪富余水深（ m） ；Z3船舶因配载不均匀而增加的尾吃水；（m） ；Z4备淤深度（ m） 。所以码头前沿设计水深 D=9.1+0.6+0+0+0.5=10.2m；2、 码头前沿设计高程由文献2可知：码头前沿高程的确定与港口运营要求、当地等因素有水文和地形关。运营要求在大潮时不被淹没，便于生产作业并与码头后方及港外道路有效衔接。设计条件中对于码头有掩护，故按照如下标准进行计算：码头前沿高程=设计高水位+超高值（取 1.
31、01.5m ）当超高值取 1.5m 时，码头前沿高程=3.6+1.5=5.1m极端高水位（4.6m） ；3、 码头前沿海底高程码头前沿河底高程=设计低水位-码头前沿设计水深故码头前沿河底高程=-0.08-10.2=-10.28m。2.4.2 码头泊位尺寸1、 泊位长度某海港根据经济发展规模的要求，需新建 2 个泊位的件杂货码头。设计船型资料为：1.5 万吨级杂货船：船长船宽型深满载吃水=14319.812.49.1m 5000 吨级杂货船：船长船宽型深满载吃水=10116.48.67.0m由文献2可知：码头泊位长度为：23dCLLc设计船长第二章 码头结构设计方案11d富余长度故泊位长度 L=
32、2143+315=331,考虑实际施工方便取 336m。 2、 码头前沿停泊水域宽度 由文献2可知：码头前沿停泊水域宽度不小于两倍的船宽，故水域宽度 B=219.8=39.6m考虑实际施工方便，取 40m。2.4.3 码头前沿平面布置1、 码头前沿作业宽度由文献7可知：间杂货码头的整个前沿作业宽度不宜超过 50m，故取 45m。2、 系船柱的布置设计资料中的风力级数为九级，由文献1可知：只需布置普通系船柱，不考虑特殊系船柱；系船柱中心位置距码头前沿线的距离为 0.5 米至 1.2 米，取 1 米；间距为 20 米至 30 米，考虑有 143 米和 109米两种船型和沉箱、方块的尺寸，确定沿码头
33、长度方向系船柱的间距去 21 米。3、 变形缝的布置由文献1可知：重力式码头沿长度方向必需设立变形缝，缝宽一般取 25cm，考虑气象资料，取 5cm；变形缝的间距常根据气温情况、结构型式、地基情况和基床厚度来确定，一般选取 1030m 为宜，考虑沉箱和空心方块的尺寸及实际施工方便，去其间距为 21m。2.4.3 码头断面设计1、 空心方块结构断面设计空心方块结构断面设计主要包括胸墙、卸荷板、空心方块、倒滤层、墙后回填的设计等。由前面的计算可知：码头前沿设计高程为 5.1m，码头前沿海底高程为-哈尔滨工程大学本科生毕业论文1210.28m，故整个码头的主体结构高度为：-10.28-5.1=15.
34、38m。施工水位为+1.8m，由文献 2可知：胸墙底高程一般高于施工水位 0.3m，故墙底高程为：1.8+0.3=2.1m；码头前沿设计高程为 5.1m 而胸墙底高程为2.1m，故可确定胸墙的高度为 3m；由文献5可知：胸墙的顶宽一般不小于0.8m,取 3.5m。对于空心方块尺寸的设计，由文献5可知：空心方块码头可分为单层与多层结构，根据施工条件选择多层结构；其断面形式可分为有底空心方块和无底空心方块，由于当地有大量价廉质优的块石材料故选择无底空心方块。故最终的结构型式为无底多层空心方块结构。空心方块的结构和受力都比较复杂，对于其尺寸没有既定的规范，但需要以下公式: LCHRB其中：L 块体垂
35、直岸线的外形边长（ m） ；H块体高度（m） ；C块体沿码头岸线侧壁厚度的总和（m） ；K系数，取 0.9；B块体外形宽度(m)；根据实际的施工情况，初定空心方块的层数为四层；各层高度分别为2m、3m、3m、3m，考虑码头的稳定性要求将最底层的方块定为实习方块并且设前趾。方块的宽度按照与码头主体高度的比例取 4.4m（最底层的实习码头前趾宽度为 1.0m，故其宽度为 5.4m） ，沿岸线长度方向的长度结合系船柱、变形缝和码头岸线总长度来考虑取 3.0m。将设计的方块代入上公式进行验算，符合要求。胸墙高度为 3.0m，四层方块累计高度为 2.0+3.0+3.0+3.0=11.0m，故卸荷板的高度
36、为 15.38-3-11=1.38m；由文献5可知：卸荷板的悬臂长度一般取1.53.5m,取 2.0m。对于基床设计，由文献1可知：基床有明基床、暗基床和混合基床三种形式。暗基床适用于原地面水深小于码头设计水深的情况；明基床适用于原地面水深大于码头水深且地基较好的情况；混合基床适用原地形水深大于码头设计水深且地基情况较差的情况。由第二章 码头结构设计方案13设计资料以及前面的计算结果可知本设计中设计水深大于原码头的地面水深，故选择暗基床形式。当基床顶面应力大于地基容许承载力时，抛石基床起扩散应力的作用，基床厚度由计算确定，并不宜小于 1m，故初设计时确定其为 2.0m。基槽底宽决定于对地基应力
37、扩散范围的要求，不宜小于码头墙底宽度加两倍的基床宽度，基槽底边线与墙前趾和后踵的距离应该符合如下要求：对于受土压力作用的码头，基槽底边线距墙前趾和后踵的距离分别不宜小于 1.5d 和0.5d（d 为基床厚度） ，故可初确定基槽底边线距墙前趾和后踵的距离分别为3.0m 和 1.0m。基槽边坡坡度一般根据土质由经验确定。基槽距岸较近需要开挖岸坡时，其岸坡应按施工时岸坡稳定性有计算确定；阅读设计资料中的地质条件并参照以往设计经验，初步可确定基槽边坡坡度为 1:2。对于墙后回填的设计，由文献1可知：首先根据当地的条件选择合适的墙后回填方式。由于当地有大量价廉质优的砂石料，故优先选择紧靠墙背用颗粒较粗和
38、内摩擦角较大的材料作为抛填棱体，以减少墙后土压力；采用这种回填方式可以达到减小墙身断面、节省混凝土方量的目的，经济效果十分显著。之后便是选择抛石棱体的材料。其材料一般选用块石或在当地价格低廉、数量较多、质量小但坚固且内摩擦角较大的其他材料。抛石棱体的断面形式一般有三角形、梯形和锯齿形三种。再有倒滤层的设计，由文献1可知：在墙后进行回填之后，往往存在着回填土沿变形缝、方块或沉箱之间的连接缝隙等流失的问题，故需要设抛石棱体顶面等处设置变形缝。倒滤层可采用碎石倒滤层或土工织物倒滤层；由于当地有大量砂石料，故选择碎石倒滤层。碎石倒滤层可分为分层和不分层倒滤层两种。分层倒滤层一般由碎石层和520mm 石
39、屑或粗砂层组成，每层厚度不宜小于 0.15m，总厚度不宜小于0.4m；不分层倒滤层（混合石料倒滤层）应采用极配较好的天然石料或粒径580mm 碎石，天然石料和碎石的厚度分别不小于 0.6m 和 0.4m。考虑当地砂石料来源丰富和施工等因素，本设计采用不分层倒滤层。最后是回填土的选择。墙后回填土应以就地取材为原则，本设计中选取中哈尔滨工程大学本科生毕业论文14砂作为墙后回填土的材料。对于码头路面的设计，由文献3可知：适应和满足流动起重机机械和运输机械的作业、运行、堆存货物的使用要求是码头路面选择和设计的要求。因此它的设计与施工质量的好坏直接影响到码头生产使用，在设计中要根据码头的结构型式、荷载情
40、况以及具体的使用要求选择合适的路面结构型式。码头路面型式可分为：现浇混凝土路面、沥青类路面、混凝土方块路面、混凝土方块路面、料石路面和高强度混凝土联锁砌块路面。其中，现浇混凝土路面通常使用于高桩梁板结构的码头，相比于其他几种路面型式，现浇混凝土路面施工程序较为简单对材料的要求也不高，故是其他码头结构可以选择使用的一种较好的码头路面型式。本设计中便采用现浇混凝土路面，并且由于当地石料丰富，在混凝土路面之下加上 200mm 的碾压的碎石垫层以确保路面的使用质量。2、沉箱断面结构设计沉箱断面结构的设计主要包括沉箱尺寸、胸墙等的设计。由前面的计算可知：码头前沿设计高程为 5.1m，码头前沿海底高程为-
41、10.28m，故整个码头的主体结构高度为：-10.28-5.1=15.38m。水位为+1.8m，由文献2 可知：胸墙底高程一般高于施工水位 0.3m，故墙底高程为：1.8+0.3=2.1m；码头前沿设计高程为 5.1m 而胸墙底高程为 2.1m，故可确定胸墙的高度为 3m；由文献5可知：胸墙的顶宽一般不小于 0.8m,取2.0m。对于沉箱尺寸的设计，沉箱的高度易得为 15.38-3=12.38m；考虑到沉箱伸入胸墙的长度 0.3m，故得最终的沉箱高度确定为 12.68m，取 12.7m；沉箱宽度根据其与码头主体结构高度的比例取 7.0m；沉箱沿码头方向的长度依据码头总长度、系船柱和变形缝的设置
42、取 21.0m。由文献1可知：沉箱外壁、底板和隔墙的厚度应该由计算确定，并应满足混凝土结构耐久性和沉箱出运、安装队刚度的要求。沉箱外壁后不宜小于 250mm，故初取350mm；沉箱底板厚度不宜小于外壁的厚度，故初取 500m；而对于隔墙的厚度，可采用隔墙间距的 0.040.05，同时不宜小于 200mm。第二章 码头结构设计方案15对于沉箱码头结构断面设计中的基床、倒滤层以及码头路面等的设计，同空心方块码头中的设计，这里不再累述。 2.4.4 装卸工艺设计1、 间杂货码头装卸工艺概述间杂货码头历史悠久，工艺简单，在码头发展中扮演了重要的角色。虽然近年来集装箱运输方式的开发，使得世界上很多工业发
43、达的国家已经或正在以全集装箱运输代替了间杂货的运输方式，但是也仍有不少的国家保留着大量的间杂货运输业务，尤其是我国的航运事业将会在相当长的间内保持集装箱和件杂货并存的局面。所以其装卸工艺的设计仍是一个十分重要的课题。在我国目前情况下件杂货的装卸，还是港口装卸中比较复杂和间距的作业。其特点是货种复杂，耗用人力多，劳动生产率低和装卸费用高。件杂货码头的装卸机械以其在泊位的作业功能来划分。主要包括：装卸船机械，水平运输机械，装卸车机械。目前，装卸船最常用的机械有：门机起重机（门机） ，轮胎式起重机（轮胎吊）和船舶吊杆。间杂货装卸工艺选型原则为：应兼顾先进性、通用性和经济性的原则，以适应件杂货码头的特
44、点；装卸船的机械选型时应根据船型和货物种类的特点和要求进行选择，并且在接卸配备上应注意发挥船机的作用；装卸机械选型要坚持节能原则；机械选型应力求选用标准型机械。2、 装卸机械选型目前海港件杂货码头装卸机械的配备存在着三种基本方式。一种是采用船机作业，一种是采用岸机（如：门机）作业。第三种方式为采用门机和船吊联合作业的型式。件杂货泊位上采用门机和船吊联合作业是我国多年来实践证明行之有效的方式。船吊营运费用较低，开头多；门机效率高，可解决大件和重点舱的装卸作业。门机和船吊相互补充，各取所长，就形成了一种较为合理的装卸设备配备方式。故本次设计中选用门机和船吊联合作业的装卸工艺型式。3、门机参数选择（
45、1）轨距由文献3可知：哈尔滨工程大学本科生毕业论文16我国现有门机按单跨铁路及双线铁路装卸线，轨距分为 6m 和 10.5m 两种。目前新设计的间杂货码头一般不在码头前沿设铁路装卸线，即使设铁路线，一般也仅以双线为度，故轨距多为 10.5m 并基本定型。故本次设计中门机的轨距按设计施工惯例确定为 10.5m。（2）起重量门机的起重量的选择根据通过泊位的货物单间重量、货物运量和运输的船型来确定。目前，对轻泡货的件杂货码头一般是组成货关起吊，每关货物重量为 1.2t3.0t。我国使用的门机系列中，5t、10t、16t 、25t 较常用，其中实际采用以 10t 门机最为普遍。故结合本设计中运输船型等
46、，确定门机起重量为 10t。（3）工作幅度门机的工作幅度由码头设计船型、货物装卸情况及装卸要求来确定。它的设计包括最大工作幅度、最小工作幅度等的确定，由于设计资料中缺少船舶是否装载甲板货物等资料，故无法对其进行确定。所以门机工作幅度的设计省略。4、水平运输机械选型件杂货码头的水平搬运机械主要有叉式装卸车（叉车） 、牵引平板车和汽车等。由于本次设计只要求对前方作业地带的设计中不涉及堆场，故容易确定水平运输机械为叉车（进行码头至前方库场的搬运以及库场内的搬运作业） 。2.5 本章小结本章主要通过查阅重力式码头设计与施工规范 、 海港工程设计手册 、港口规划与布置 、 港工建筑物进行了码头立面、平面
47、和断面设计以及装卸工艺的选择和设计。其中码头立面设计主要包括：码头前沿设计高程、码头前沿设计水深和码头前沿海底高程；码头平面设计主要包括：码头泊位尺寸的设计、码头前沿作业地带布置、系船柱的布置和变形缝的布置；断面设计主要包括：空心方块和沉箱的尺寸设计以及这两者结构中的胸墙、卸荷板、码头路面和倒滤层的设计；装卸工艺的设计则主要是装卸机械选型、门机的相关参数的确定。第三章 空心方块结构荷载计算与稳定计算17第 3章 空心方块结构荷载计算与稳定验算3.1 作用分类与计算3.1.1 结构自重力（永久作用）自重力计算图示见图 2.1图 2.1 自重力计算图示1、极端高水位情况（1）自重力：计算见表 3.
48、1（以单宽 m 计） 。表 3.1 自重力计算结果 kN（2）力臂：计算见表 3.2。层号 第一层 第二层 第三层 第四层 第五层 第六层GI 180.48 210.56 103.20 154.80 154.80 191.10本层以上G I 180.48 374.04 477.24 632.04 786.84 977.94哈尔滨工程大学本科生毕业论文18表 3.2 力臂 d1 计算 m 注：d i 为重心距计算前趾的距离（3）稳定力矩： 计算结果见表 3.3表 3.3 力矩计算结果 kNm2、设计高水位情况（1）自重力：计算见表 3.4。表 3.4 自重力计算结果 kN(2) 力臂：计算见表
49、3.5。G1 G2 G3 G4 G5 G6第一层 2.05 第二层 2.05 3.94第三层 2.05 3.94 2.20第四层 2.05 3.94 2.20 2.20第五层 2.05 3.94 2.20 2.20 2.20第六层 3.05 4.94 3.20 3.20 3.20 2.92G1 G2 G3 G4 G5 G6第一层 369.97 369.97第二层 369.97 829.62 1199.60第三层 369.97 829.62 227.04 1426.64第四层 369.97 829.62 227.04 340.56 1767.20第五层 369.97 829.62 227.04 340.56 340.56 2107.76第六层 550.45 1040.19 330.24 495.36 495.36 5
