1、 “港口航道工程学港口航道工程学”课程设计指导书课程设计指导书 某港口某港口沉箱码头初步设计沉箱码头初步设计 指导教指导教师师 张劲张劲松松 田兴参田兴参 武 汉 大 学 水利水电学院 2011 年 1 月 5 日 一、设计目的和要求 本课程设计的目的，是通过对某市和尚岛港区沉箱码头部分水工结构的设计， 进一步掌握所学港口航道工程学这门课程的主要内容，并初步学会运用有关专 业课、技术基础课的理论去解决实际工程问题，训练编写设计说明书、绘制港口水 工建筑物图纸的能力和技巧，以及培养正确的设计思想，熟悉有关的设计规范等。 由于时间关系，本设计是在已有勘测规划及部分设计成果的基础上进行的。每 个学生
2、必须独立完成和提交所规定的设计成果。说明书应概念明确，简明扼要，计 算成果应正确无误，图纸应规范。 二、设计内容 1、确定码头的等级； 2、确定码头的结构形式并拟定其断面尺寸； 3、确定码头的作用荷载； 4、对码头进行稳定性验算。 三、设计成果 1、设计说明书（包括计算部分）一份； 2、码头结构布置剖面图一张（3 号图） 。 四、设计资料 某市地处辽东半岛最南端，三面环海，气候温和，交通方便，是我国东北的一 颗明珠，也是我国的重要港口和旅游城市，工业和旅游业十分发达。 但是， 多年来该市一直处于缺煤少电状态， 已严重影响了工业生产和人民生活， 该市是围绕着老港口发展起来的城市，位于市中心的某些
3、货场（如煤场）等已严重 威胁着该市的安全。同时，由于国民经济的蓬勃发展，吞吐量的急骤增加，船舶的 停泊时间长，造成政治、经济上不应有的影响和损失。 为缓和本地区能源供应紧张，解决该市缺煤少电状况，并使这些货物有专用装 卸码头和库场，国家计委批准兴建和尚岛港区，并列入国家重点工程项目。 （一）概况 1、地理位置 和尚岛港区位于本市海湾北端的红土堆子湾。背靠市第四发电厂，与市经济开 发区隔海相望，交通方便，有公路与该市至沈阳公路相接，铁路接东北干线，可达 全国各地。港区距市内陆路 25 公里，水路 8 海里。 2、自然条件 该港区属海洋型气候，平均气温 10.2，78 月最高，一般为 25左右，极
4、值 达 34.4，12 月最低，一般为-5-10，极值达-21。 红土堆子湾内一般不结冰，只在湾内西北部零米水深线以上的海滩结冰，冰层 厚度 0.30.5 米，土层最大冰深 0.93 米。 由于地处东南亚季风带边缘，基本受季风控制。夏季以 ES 风为主，冬季以 N 风为主，常风向为 SSE，六级以上的风很少。本地区一般每隔三年有一次台风通过， 风力为 78 级，风向多为 ESE，最大风速 34 米/秒。 年降水量为 671 毫米，平均年降雨日数 75 天，多集中在 78 月份。降雪不多， 年平均降雪天数为 20 天左右，最大积雪厚度为 0.11 米。 降雾日较多，年平均雾日 40 天，三级以下
5、重雾日为 40 天，一般 57 月为盛雾 期，雾的形态多属平层雾。 本区潮型为规则半日潮，涨潮延时 6 小时 04 分，落潮延时 6 小时 46 分，其潮 位特征值（按大连港筑港零点计）为： 多年最高潮位：+4.6 米 多年最低潮位：-0.66 米 多年平均高潮位：+4.35 米 多年平均低潮位：-0.26 米 多年平均潮差：2.08 米 多年最大潮差：3.93 米 多年最小潮差：0.89 米 最大潮流流速 0.21 米/秒，流向与湾内中心轴线接近一致，上、中、下三层流 向相同。 该市老虎滩设有海洋站，自 1963 年开始观测至今，同时，1983 年 1 月该市老 港又在和尚岛设立观测站，资料
6、基本齐全。经统计、推算，主波向为 SSE、SE 及 S 向，其频率分别为 14.31%、9.26%及 7.13%，强波向为 S 及 SE 向，最大波高为 2.2 米，小于 1 米的波高频率为 98.61%。其设计水位如下： 设计高水位：+3.81 米 设计低水位：+0.62 米 校核高水位：+4.83 米 校核低水位：-0.85 米 施工水位按照当地习惯取+2.50 米。 港区陆域处丘陵区，山势走向 NW，山体呈浑圆状，区内沟谷发育，基岩裸露； 海底地形平坦，向 ES 倾斜。地层构造复杂，属第四系地层，层位不稳定、分布不 规则，主要由淤泥、淤泥质亚粘土、粘土、亚粘土、粉细砂混砾石、卵石混砾石等
7、 构成。基岩为石灰岩、泥灰岩和页岩，石灰岩为弱风化，泥灰岩、页岩为中等到强 风化。岩面起伏变化较大，埋藏标高为-4.122.89 米。港区水域各土层分布情况为： -91 米以上为淤泥、淤泥质亚粘土，-14.8 米以上为粘土、粉细砂混砾石等。 港区内有三条 NNE 向断裂，但不属于金州断裂，为小规模断裂，延伸不远， 属不发震斯裂，本区地震基本烈度为八度，设计中考虑了抗震设防。 由上述可知，红土堆子湾风浪小；地处丘陵，不占良田；湾内无天然河流入海， 泥沙淤积现象不显著， 按自然地貌沉积速度推算， 海湾沉积速率为 0.30.5 毫米/年； 潮流流速小；气候温和，湾内不结冻，常年可以装卸作业；水深适宜
8、，航道可与大 港航道相接，具有建设深水泊位的良好天然条件。 （三）建设规模 本港区水工结构部分建设规模详见表。 （四）港区平面布置及工艺流程简介： 1、港区平面布置： 港区陆域以进港道路的海堤与岸公路相接。进口煤码头、甲一码头为突堤式。 甲二码头为顺岸式，并与甲一码头相连，港池宽度 320 米。工作船码头和出口煤码 头布置在进口煤码头与甲二码头之间的小港池内。防波堤布置在甲一码头端部。甲 一码头外侧是一突堤护岸，其与防波堤相接。进口煤码头根部外侧为二突堤护岸， 通过堆场护岸与海堤相连。考虑到远期发展，填平小港池与甲二码头相连，可开拓 一个 3 万吨级泊位，进口煤码头外侧系 2 万吨级泊位。 陆
9、域为生产和生产辅助建筑物区。 港区总平面布置详见图 2。 2、工艺流程： （1）进口煤码头： 自卸船（悬臂皮带机）前沿漏斗卸船皮带机系统堆料机堆场。 （2）甲一码头、甲二码头 采用拖、铲、吊方式。前方用门机或船机进行装卸作业，水平搬运作业采用拖 头、平板车或铲车，库场作业配备流动起重机或铲车。其流程为： 船门机或船机平板车或铲车堆场或仓库。 甲一码头配 10 吨门机两台，甲二码头配 5 吨门机两台。 五、水工结构方案的选择： （一）防波堤： 水工结构建设规模 项 目 船舶 吨级 结构形式 主要设计尺度 码 头 工 程 进口煤码头 2 万 沉 箱 墩 式 栈 桥 水深：-10.1 米、长 273
10、 米、宽 16 米 甲二码头 3 万 沉箱岸壁式 水深：-11.5 米，长 235 米 甲一码头 2 万 沉箱岸壁式 水深：-11.5 米，长 227 米 出口煤码头 千字驳 浮 式 工作船码头 浮 式 防波堤工程 斜坡式 长 160 米 一突堤护岸（含防浪 墙） 斜坡式 长 467 米 海堤工程（含防浪墙） 斜坡式 长 1200 米、宽 20 米 堆场护岸（含防浪墙） 斜坡式 长 968 米 二突堤护岸（含防浪 墙） 斜坡式 长 304 米 港池护岸 斜坡式 长 398.6 米 本区防波堤处地质条件较好，其土层自上而下为淤泥质亚粘土、碎石及角砾、 亚粘土、石灰岩。防波堤座落在碎石及角砾层上，
11、地基承载力、沉降和整体稳定完 全可以满足要求。 大连地区石料丰富，主要是石灰石，石质好。交通部一船局三公司在盐岛有护 面块体（扭工字块）予制厂，能满足工程需要。除此之外，老港的大港区、渔港等 处防波堤均为斜坡式。为此，我们经过方案比选后采用抛石斜坡式。 斜坡式防波堤具有结构简单，施工方便，对地基要求不高，可就地取材，消能 性好，损坏后易修复等优点。 （二）护岸 一、二突堤外侧为护岸，实际起防波堤作用，因此，按防波堤设计。其他护岸 工程，由于所受风浪较小，按一般护岸设计。各护岸均采用斜坡式结构。 （三）码头结构： 港区各码头处地质分布情况如前所述，卵石混砾石层以上各层土质，经计算均 不满足承载力
12、及整体稳定的要求，其持力层应为基岩或上的卵石混砾石层。该层标 高一般在-9-15 米，海底原地面标高一般在-6 米左右，而各码头前沿海底标高分别 为：进口煤码头-10.1 米，甲一、甲二码头为-11.5 米。因复盖层较薄，该区地质条 件适宜建重力式结构。 港区设有防波堤，港内波浪很小，重力式直立岸壁不致于产生过大的波浪反射 作用而影响港内的泊稳条件。 该地区砂、石料充足，回填料还可采用后方陆域开山石。同时，该地区历来所 建码头均为重力式。为此，本港区码头采用重力式结构。 在重力式结构中主要选择沉箱与方块，沉箱较方块经济，整体性好，抗震性能 强，同时，承担水工结构施工任务的交通部一航局三公司地处
13、大连，专业齐全，技 术力量雄厚，施工经验丰富，甘井子沉箱予制厂有几十年的历史，并新建有 2000 吨级方型沉箱预制台座，采用预制大型方沉箱结构，可保证施工进度。 综上所述，码头采用重力式沉箱结构。 甲一、甲二码头，其上有门机作业，后方需建堆场、仓库、为此采用沉箱岸壁 式。进口煤码头为皮带机运输，荷载较小且单一，为节省材料及投资，采用墩式栈 桥沉箱结构。该码头虽然受北向小风区波浪影响，但吹程短，波浪小，完全满足泊 稳条件，不影响作业。 六、水工结构设计 1、码头结构 甲一、甲二码头长分别为 227 米和 235 米，其结构型式为沉箱式或方块式，若 采用沉箱式，根据可能承担该码头建设任务施工队伍的
14、技术与设备力量，箱长不宜 超过 20 米。沉箱内一般抛填 10100 公斤块石，其容重见后，基床采用抛石，抛石 仍为 10100 公斤级，深为 3.5 米左右，沉箱上部为现浇砼胸墙，长度一般不超过 10 米。沉箱或方块背后填 10100 公斤块石减载棱体，倒滤层为片石和混合料，其 后回填开山石。 2、码头地面高程 码头前沿高程，按有掩护港口大潮时不被淹没，并尽量减少回填土石方量为原 则，则设计高水位加超高值确定为+5.20 米。为防止外海波浪淹没码头面，在甲一 码头堆场后方建有防浪墙。 3、设计荷载： 甲一码头安装 M1030 （M103250） 门机两台， 均布荷重为： 码头前沿 （14.5
15、 米以内） 为 2.5 吨/米 2， 前、后方堆场为 4 吨/米2。码头前沿 2.5 米以外有铲车作业， 14 米以后允许 16 吨轮胎吊作业。道路按 10 吨和 40 吨拖挂车设计。 地震及波浪荷载按交通部有关规范取用（本设计暂不考虑地震作用的影响） 。 甲二码头上安装 M530 门（M52250）机两台，其他荷载与甲一码头相同。 船舶荷载：系缆力 P=350KN，30 ,15，作用在码头地面以上 0.45m 处。挤靠力和撞击力此次不计。 波浪：波高 h=1m，波长 l=12m，因 h1m，不计波浪影响。 4、计算指标： 磨擦系数：砼与砼，f=0.55；块石与砼 f=0.6；砼与抛石基床 f
16、=0.6；抛石基床 与地基（卵石混合层）f=0.5。 抛石基床允许承载力 2 600 KN/m，地基 2 400 KN/m，10100kg 级抛 石重度， 33 18KN/m ,11KN/m ;45 水上水下 内摩擦角。 5、主要计算成果： （1）每人可根据所给资料，拟定甲一或甲二码头的结构型式和断面尺寸，根 据资料确定荷载，然后分别计算设计、校核情况下高水位及低水位时的基床顶面的 抗倾、抗滑安全系数和其床顶面、底面的地基应力。 （2）设计图纸 根据各人所拟定的码头结构形式，绘制其横断面、平面图（3#）一张。 6、主要参考书： 港口水工建筑物，邱 驹主编，天津大学出版社； 港口航道工程学，周素真主编，中国水利水电出版社； 重力式码头设计与施工规范（JTJ290-98） ，中华人民共和国交通部发布。
