码头初步设计1.doc

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1、 南通港码头改造工程初步设计 一、设计基本条件和依据1.1 工程概况南通港某港区是件杂货和客运站作业区，原有几座码头均为60年代修建的千吨级泊位。其3#码头为固定式码头，其余均为浮码头；位于上游的2#和3#码头为货运码头，下游的4#和5#码头为客运码头。随着南通地区经济的迅速发展，该港内的外贸货运量急剧增长。根据总体规划，本港区除保留客运码头外，要求充分发挥该区深水岸线的作用，为此将2#和3#码头位置改造成为一个万吨级深水泊位，规划年吞吐量35万吨。1.2 设计依据南通港码头改造工程设计任务书港口工程荷载规范 JTJ25198高桩码头设计与施工规范 JTJ29198 港口工程地基规范 JTJ2

2、5098港口工程桩基规范 JTJ25498港口工程混凝土设计规范 JTJ267981.3 设计任务现对该港区平面布置、装卸工艺和水工结构进行初步设计。二、营运资料2.1 货运任务改造后的万吨级泊位，规划年吞吐量为35万吨。近期进口货种主要为钢材、设备等，出口为水泥、化肥和轻工产品等，其中部分货物采用集装箱运输。远期拟发展为全部集装箱运输。2.2 船舶资料根据世界集装箱船队现状及发展趋势分析，结合本项目的实际，本工程远洋航线设计代表船型应为10万吨级集装箱船（60018200TEU），远期兼顾到15万吨级（12500TEU）集装箱船。本项目设计船型尺度根据交通部2006年第47号“关于发布海港总

3、平面设计规范（JTJ211-99）中集装箱船设计船型尺度修订内容的公告”进行选取，详见下表。表2.2 设计代表船型表 单位：mDWT（t）型长(m)型宽(m)型深(m)满载吃水（m）10000散货船（兼顾船型）13520.511.48.510000杂货船（兼顾船型）14622.013.18.720000散货船（兼顾船型）1642513.59.850000散货船（设计船型）22332.217.912.8三、港口自然条件3.1 水文条件3.1.1 设计水位（依据南通港潮位频率累计曲线图2）设计高水位（高潮10%）：4.8m设计低水位（低潮90%）：1.5m极端高水位（50年一遇）：6m极端低水位（

4、50年一遇）：0.7m3.2 地形、地质条件根据钻孔报告，本工程地质主要土层如下：淤泥质亚粘土：-9.32.59m。粉砂：-18.8-2m。亚粘土：-19.8-14m。粉细砂：-34.2-18m。亚粘土：-37.6-26.6m。粉细砂：-40.75-28.8m。3.3 气象条件3.3.1 雨 年最大降雨量1518毫米，年最小降雨量361毫米，年平均降雨量965毫米，10毫米/小时以上的中雨和大雨天数，年平均15天。3.3.2 雾 能见度大于1000米的雾日，年平均8天。一般都是晨雾，主要出现在12、1、2月。四、材料供应及施工条件 周边城区建设颇具规模，港口运营多年，本工程外部条件优良。先期建

5、设的进港道路条件已十分完善，交通非常便捷。南通市境内已经基本形成“三横两纵”的公路网主骨架，东西向公路有宁启高速公路、苏336（通启线）、苏335（通吕线），南北向公路有苏221、苏222 省道。 水运方面：南通区域内河道纵横交错，水运便捷以纵贯南北的通扬线航道、焦港河、丁堡河、江海河、通栟线、江石线、汇吕河为经，以横穿东西的老通扬河、栟茶河、如泰运河、通吕运河、通启运河等主要等级航道，形成四通八达的内河航道网络。 供水、供电、通信方面：本工程已达到“四通一平”要求，项目施工所需的水、电、通信等基础设施条件无需另行设置。材料供应方面：本工程位于长江下游的南通市，工程建设所需砂石料、钢材等建筑材

6、料供应系统发达，可在当地就近采购，也可水运至施工现场，较为便利。钢材、水泥等建筑材料货源丰富、供应充足。 施工力量方面：本工程为常规的高桩梁板式结构，工程所在的长江中下游地区聚集多家技术力量雄厚、具有大中型港口施工经验的大型专业施工队伍，可根据本项目特点，经过招标、投标来选择合适的施工队伍。 五、总平面布置5.1 总平面布置原则根据水文、地质、地形、货种、装卸工艺及施工条件等因素综合分析,宜采用高桩码头结构型式。为避免建港以后的冲淤失衡,尽量少占用航道,尽量顺从水流方向,选用顺岸式。货物堆场布置在江堤外面陆域区域。（1）总平面布置与港区的自然条件相适应；（2）总平面布置满足码头的泊稳条件和作业

7、要求；（3）码头尺度、港池水域及航道布置保证船舶的航行和靠、离泊作业安全，同时满足装卸作业要求；（4）充分利用现有的设施和依托条件，节省建设投资。（5）符合国家环保、安全、消防、卫生等有关规定。5.2 码头设计尺度5.2.1 码头泊位长度码头泊位长度应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。对开敞式码头，其泊位长度可根据海港总平面设计规范4.3.10按下式估算： 式中， - 设计船长(m)；=223m；因此，取=375m。码头泊位宽度由于码头离岸较远，为提高装卸设备机械效率，缩短船舶待港时间，考虑在码头面上布置少量的临时堆货场地，由此计算的码头面宽度为：D=D1+D2+D3+D4+D5+D6=3.0

8、+16+5.5+15+0.5=40m式中：D1为码头装卸设备海侧轨道中心至码头前沿的距离，取3.0m。D2为码头前沿装卸设备轨距，取16m。D3为后轨中心与后侧临时堆场间的距离，考虑一个车道和门机轨下的车道形成环路，取5.5m。D4码头面预留临时堆货场地宽度，取15m。D5临时堆场至码头平台后沿距离（含护轮坎宽度），取0.5m。5.2.2 码头面高程根据海港总平面设计规范4.3.4,开敞式码头应满足码头面不被波浪淹没的要求,通常不考虑码头及连接桥上部结构直接承受波浪力的作用,码头面高程可按下式确定: 式中, - 码头面高程(m); - 设计高水位(m);取4.8m; - 设计高水位时重现期为5

9、0年的（波列累积频率为1%的波 高）静水面以上的波峰面高度（m）；取0.65* =0.65*2.1=1.37m； - 码头上部结构的高度（m）；（允许上部结构部分承受波浪力，取 =1m）； - 波峰面以上至上部结构底面的富裕高度（m），取0.2m；因此，=7.37m，取=7.4m5.2.3 码头前沿设计水深根据海港总平面设计规范4.3.5，码头前沿设计水深是指在设计低水位以下的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(m)； - 设计船型满载吃水(m)；max=12.8m; - 龙骨下最小富裕深度(m)，按表4.3.5，海底底质属于含淤泥的

10、砂， 含粘土的砂和松砂土，=0.3(m)； - 系数，顺浪取0.3，横浪取0.5； - 码头前允许停泊的波高(m)，波列累积频率为4%的波高， =1.7m（设计高水位）； - 波浪富裕深度(m)；=0.55m; - 船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值(m)，取=0； - 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，不小于0.4m。取=1m；因此，=14.65m，设计低水位：1.5m，所以码头前沿设计底标高为-13.15 m，取-13.2 m。 5.2.4码头前沿停泊水域宽度 按 2 倍设计船型船宽计算，取值为65m。5.2.5回转水域尺度 回旋水域的设计底标高与航道

11、取为一致。船舶回转水域在码头前方，呈椭圆形布置，长轴按3 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为498m，短轴按2 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为332m。5.3 码头前沿线的布置 码头前沿停泊区可利用该天然深槽以减少港池和航道的疏浚量。兼顾考虑连接码头和后方陆域的栈桥不宜过长，因此码头平台前沿位置可选择在能保证2万吨级船舶停靠水深条件的等深线近岸侧位置即可。码头前沿沿-13m 等深线近岸侧布置。前沿线与原3#码头基本平行。5.4 平面布置5.4.1 码头作业地带前方桩台宽40m，装卸桥轨距16m，前轨距码头前沿3m。5.4.2 引桥布置 在保证完成预测吞吐量和货种的前提下，参考公路工

12、程技术标准（JTG B01-2003），引桥单向所需车道数计算如下：N =（AADT *K*D）C D 式中：N单向车道数AADT预测年的年平均日交通量；D C 每车道设计通行能力；D方向分布系数；K设计小时交通量系数；根据码头吞吐量预测结果推算的预测年平均日交通量及码头栈桥车流特点计算得：N=0.492 时， K 取1.3，本工程计算采用1.3；n计算船舶同时受力的系船柱数目，按规范表10.4.2，当船舶总长L=200250 时，受力系船柱数目n=6；x y F 、F 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总和及纵向分力总和（kN）； 系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角（）

13、取 = 30； 系船缆与水平面之间的夹角（），取 =15o 项目标准值 选用系船柱系缆力1105KN1500KN 6.3.5.4 挤靠力船舶挤靠力考虑风和水流对计算船舶作用产生的横向分力。本工程橡胶护舷间断布置，挤靠力标准值按下式计算：式中j F 橡胶护舷间断布置时，作用于一组或一个橡胶护舷上的挤靠力标准值（kN）；x F 、可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和（kN）；j K 挤靠力不均匀系数，取1.3；n与船舶接触的橡胶护舷的组数或个数，根据本工程护舷布置情况，取n = 5。 =593KN6. 3.5.5 撞击力（1）船舶靠岸时的有效撞击能量Eo式中 E0 船舶靠岸时的有效撞

14、击能量（kJ）； 有效动能系数，取 =0.8；M 船舶质量(t)，按满载排水量计算，对于50000 吨级船舶M =60735(t)。V n船舶靠岸法向速度（m/s），取n V =0.15m/s。（2）在横浪作用下，系泊船舶有效撞击能量wo E式中 wo E 横浪作用下系泊船舶有效撞击能量（kJ）； 系数，采用橡胶护舷设施时， 值可取0.004；m C 船舶附加水体质量系数；M 船舶质量(t)，按与船舶计算装载度相应的排水量计算；g重力加速度（m/s2）H计算波高（m），按船舶不离开码头的最大波高计；本设计取H=1.5m 计算。L波长（m）；d 系靠船结构前沿水深（m）；B船舶型宽（m）；D与船

15、舶计算装载度相对应的平均吃水（m）。 Ew=(K/n)*EWO式中Ew 分配在每个排架上的有效撞击能量（KJ）n船体横摇过程触碰的排架数目；对于50000 吨级船舶，取n=4。K排架之间有效撞击能量分配的不均匀系数，取K=1.5。表7-5 撞击力计算结果表船型船舶靠岸情况（ w E ）泊稳横浪作用情况（ w E ）5 万吨级散货船 546.6 kJ 396.2 kJ （3）船舶撞击力取值 根据以上船舶靠岸情况和横浪作用情况的计算结果，50000t 级散货船撞击能量按546.6kJ 考虑，选用1250H 鼓型橡胶护舷（两鼓一板）标准反力型橡胶护舷，吸能764kJ，反力936KN/榀。6.4码头结

16、构方案6.4.1 结构选型 水工结构型式根据工艺布置、地质情况及风、浪、流等自然条件而定。该工程位置处地质条件为：第三层土粉细砂土层较薄，下面为亚粘土夹层，而第6层土为粉细砂，该土层较厚，土层密实，承载力高，可作为水工结构的持力层因此该处地质适宜的结构为桩基础结构，参照南通地区的码头结构设计建设经验，为缩短工期、减少投资，码头结构采用桩基梁板式结构，对码头桩基采用1200mmPHC 预应力混凝土大管桩与1000mmPHC 预应力混凝土大管桩进行综合比较确定。引桥也采用PHC管桩，结构形式为高桩梁板式结构。6.4.2 码头结构型式 码头平台布置在天然水深满足船舶停泊水深要求的位置，码头与陆域采用

17、引桥连接。码头平台长375m，宽40m，码头面顶标高7.4m。根据当地水文、地质条件及地区码头建设经验等，码头结构考虑两个比较方案。6.5 结构计算内容及结果6.5.1 结构计算荷载组合 作用于本工程码头的主要荷载有恒载（结构物自重）、堆货荷载、装卸机械荷载、流动机械荷载及船舶荷载等。 使用期持久状况下水工结构主要按承载能力极限状态和正常使用极限状态两种状态设计，并对短暂状况的施工期和偶然状况的地震荷载按承载能力极限状态进行了校核。6.5.1.1 进行码头排架计算时，可能出现的荷载组合有：（1）持久组合 恒载+装卸机械荷载（非工作状态）+100堆货荷载+系缆力（或撞击力或挤靠力） 恒载+装卸机

18、械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+挤靠力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+挤靠力（2）短暂组合 恒载+施工荷载（3）偶然组合 恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%系缆力+地震荷载 恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%挤靠力+地震荷载6.5.2 结构计算方法和内容 码头排架和引桥排架分别采用横向排架程序 HXPJ 及高桩墩台程序GZDT 进行计算。 排架内力计算主要包括横梁弯矩、剪力和桩力等。6.5.3 主要结构计算结果码头排架计算结果表（持久组合）承载能力极限状

19、态 正常使用极限状态最大桩力（KN）横梁最大弯距（KN.m）横梁最大剪力（KN）最大桩力（KN）横梁最大弯距（KN.m）横梁最大剪力（KN） 方案一6003+9998-8426 +4616-47073380+4249-2978+1991-2550方案二5002+8216-9057+4142-38673788+3118-4295+2307-2227注：桩力中“+表示压桩力-表示拉桩力”，弯距中“+表示梁底弯距-表示梁顶弯距”。6.6 拟定码头结构方案一 码头平台长度375.0m，宽40m，采用标准高桩梁板结构，码头共分6个结构段，标准结构段长62.5m。码头桩基采用1200mmPHC管桩。排架间

20、距为8.5m，每榀排架布置8 根桩，5 根直桩和1 对5：1 叉桩及一根6：1 斜桩。上部结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混凝土接头将码头一个结构段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形式，预制板厚400mm，现浇板厚150mm，码头面磨耗层厚50100mm。码头前沿按双层系缆考虑，上层系船柱采用1500kN 铸钢系船柱，下层采用550kN 铸钢系船柱，码头上下层在每个平台分段两边设置楼梯连接，护舷采用1250H 两鼓一板鼓形橡胶护舷。 码头结构防腐措施为：除对混凝土结构提高混凝土强度等级

21、，增加钢筋保护层厚度外，还采用了在上部结构混凝土内掺添加剂，使之成为耐久性混凝土，对预制梁侧面涂刷防腐涂料；PHC 桩水位变动区及水上区刷防腐涂料；栏杆防腐采用不锈钢材质并进行热镀锌处理，外露铁件采用刷涂料定期维护。6.6.1 面板尺寸拟定及验算6.6.1.1基本尺寸 面板采用叠合板，厚为50 cm，其中现浇层20 cm，预制层30 cm，净跨Ln=4.2m，板长Lb=4.6m。6.6.1.2施工期面板尺寸验算 计算跨度根据高桩码头设计与施工规范4.1.3，施工期面板按简支板计算，弯矩计算时，计算跨度=4.4 m。式中，h为板的厚度（施工期）=30cm，e为搁置长度=20 cm。 荷载面板自重

22、：q1=25kN/ *0.5m=12.5kN/;人群荷载：q2=3 kN/总的均布荷载：q=q1+q2=15.5 kN/ 跨中弯矩单位宽度跨中弯矩=37.51kN.m 截面抗弯模量=0.015 抗裂验算预制面板采用C30混凝土，=2*e3kPa,=1.55，其中为混凝土轴心抗拉标准值；为塑性影响系数。则=1.240.70.8（圆钢）所以满足施工期抗裂度验算要求。6.6.1.3使用期面板尺寸验算 计算跨度根据高桩码头设计与施工规范4.1.3，使用期面板按连续板计算。弯矩计算时，因为（梁的上翼缘宽度）=0.8m0.1（梁的中心距离）=0.5 m，所以=1.1=4.62 m。 荷载、跨中弯矩永久荷载

23、：板自重：q1=25kN/ *0.5m=12.5kN/； 混凝土垫层：q2=24 kN/ *0.15m=3.6 kN/； 所以q=q1+q2=16.1 kN/单位宽度跨中弯矩=42.961kN.m可变荷载：包括堆货荷载、流动机械荷载和集装箱箱角荷载。由计算可知堆货荷载引起的跨中弯矩最大，即=80.04 kN.m。荷载组合：=98.99 kN.m 截面抗弯模量 =0.0417 抗裂验算 预制面板采用C30混凝土，=2*e3kPa,=1.55 则=1.310.70.8所以满足使用期抗裂度验算要求。6.6.3 纵梁尺寸拟定及验算6.6.3.1边纵梁尺寸验算 基本尺寸及计算跨度 高度为1.8 m，其中

24、预制高度为1.3 m 截面面积s=0.585 为简化计算，不考虑牛腿部分，则 =0.162 计算跨度=7 m 搁置长度e=20cm 荷载、跨中弯矩永久荷载：面板自重：q1=25kN/*1.25 m *0.5m=15.625kN/ m； 纵梁自重：q2=25kN/*0.585=14.625 kN/ m 所以q=q1+q2=30.25 kN/ 则=185.28 kN.m 可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*1.25m=37.5 kN/ m 则 =229.69 kN.m 荷载组合： =346.06 kN.m边纵梁高度验算 边纵梁采用混凝土C30，=2*e3kPa,=1.55 则=1.451.15 故

25、边纵梁尺寸满足抗裂要求。6.6.3.2中纵梁尺寸验算 基本尺寸高度为1.8m，其中预制高度为1.3 m，截面面积s=0.81 ,计算跨度=7 m,为简化计算，不考虑牛腿部分, 则=0.216 荷载、跨中弯矩 永久荷载：面板自重：q1=25kN/*（2.5+2.5）m *0.5m=62.5kN/ m； 纵梁自重：q2=25kN/*0.81=20.25 kN/ m 所以q=q1+q2=82.75 kN/ 则=506.84 kN.m 可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（2.5+2.5）m=150 kN/ m 则 =918.75 kN.m荷载组合： =1149.97 kN.m 中纵梁高度验算 中纵梁

26、采用混凝土C30，=2*e3kPa,=1.55，预应力=5000kPa 则=1.521.15故中纵梁尺寸满足抗裂要求。6.6.3.3轨道梁尺寸验算 基本尺寸及计算跨度 高度为1.8 m，其中预制高度为1.3 m 截面面积s=1.17 为简化计算，不考虑牛腿部分，则 =0.324,计算跨度=7 m 荷载、跨中弯矩 永久荷载：面板自重：q1=25kN/*（1.25+2.5）m *0.5m=46.875kN/ m； 纵梁自重：q2=25kN/*1.17=29.25 kN/ m 所以q=q1+q2=76.125 kN/ 则=466.27 kN.m 可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（1.25+2.5）m=112.5 kN/ m 则=689.