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1、 烟台港10万吨级集装箱码头设计目录第1章 总论3第2章 自然条件52.1 气象52.2 水文72.3 泥沙142.4 地质142.4 地震15第3章 运量与船型163.1 营运资料163.2 设计船型16第4章 总平面布置164.1 总平面布置的原则164.2 集装箱码头泊位数确定174.3码头平面布置18第5章 装卸工艺265.1 装卸工艺的设计原则及一般要求275.2工艺流程设计285.3 集装箱泊位机械数量及工人数的确定28第6章 结构方案设计316.1 设计依据316.2 荷载计算316.3 码头形式确定42第7章 沉箱结构计算687.1 承载能力极限状态下的内力计算687.2 正常
2、使用极限状态下的内力计算707.3 构件承载力计算727.4构件裂缝宽度验算73参考资料79结 束 语80第1章 总论交通运输是社会经济的主要组成部分，是生产与消费的纽带，是商品流通人们交往的基础条件。港口是水上运输的基础设施，是水陆运输的枢纽、对外贸易的门户。港口能力的大小、管理水平的高低，标志着一个国家整个经济技术发展水平。改革开放以来，我国经济快速发展。进入21世纪，全球经济一体化趋势日益增强，我国现有港口的吞吐量已远不能跟上经济的发展步伐。为了改变泊位吨级小、泊位数量少、港口发展长期滞后于腹地经济发展与运量增长速度的现状，烟台港进行集装箱码头扩建，初步拟建10万吨级集装箱泊位两个。本设
3、计的主要内容有码头总平面布置，装卸工艺的确定，结构方案选型及方案的比选，工程概算，结构计算、配筋等。码头的总平面布置包括码头水域布置和码头陆域布置两部分。码头水域布置中，根据有关规范规定，确定码头前沿设计水深为17.20m，高程3.9m，底高程-16.95m，航道通航设计水深为17.78 m，采用双向航道，其有效宽度为364.8m，回旋水域直径692m，港池宽度为519m，设计水深为18.38m；港内锚地系泊采用单浮筒系泊，其半径为236.55m。码头陆域布置包括码头前沿线的确定、泊位布置（包括不同货种的泊位相对位置的确定和岸线总长的确定）、库场布置、铁路和道路布置、辅助生产生活设施的布置等。
4、泊位布置以不同货种的码头互不影响为原则，考虑当地风向布置各货种码头。库场设置了一线和二线，库场总面积为120600。码头生产生活辅助设施包括综合楼、侯工室、材料供应站、小型机械流动库、食堂、休息室等。具体布置见“码头总平面布置图”。装卸工艺的确定包括工艺流程的设计、机械设备选型、机械数量的确定、装卸工人数和司机人数的确定、主要技术经济指标的确定。本设计中集装箱码头的吞吐量为78.2万TEU，拟建 10万吨集装箱码头，装卸工艺采用两台装船机，既满足了泊位利用率，也满足了吞吐的要求。装卸桥轨距为30.48m。结构方案选型中拟定了两个设计方案，重力式沉箱码头和空心方块码头。根据所给地质资料，拟建港区
5、有较好的地基基础，根据重力式码头、高桩码头和板桩码头的工作特点和适用性，初步设计了重力式沉箱码头和空心方块码头。结构计算包括沉箱码头的壁板和底板的内力计算。在各种荷载作用下对各构件进行承载能力极限状态和正常使用极限状态下的作用效应组合。并对壁板和底板进行配筋，具体布置见“结构配筋图”。 第2章 自然条件 烟台港西港区位于烟台套子湾西侧，距烟台芝罘岛约30km。2.1 气象西港区处尚未进行系统的气象要素的观测，本次将采用烟台海洋站多年观测资料作统计分析。烟台海洋站气象观测场位于芝罘岛上，地理坐标为：北纬37 33.3、东经12123.5。拔海高度为74.3m，风速仪距地面高度10.4m。2.1.
6、1 气温年平均气温：13.4C平均最高气温：17.7C平均最低气温：11.1C极端最高气温：37.1C极端最低气温：-11.7C2.1.2 降水年平均降水量：425.1mm年最大降水量：616.7mm一日最大降水量：76.5mm年平均降水量日数为95.6天降水强度中雨年降水日数为13.4天降水强度大雨年降水日数为4.2天降水强度暴雨年降水日数为0.2天该区降水有显著的季节变化，雨量多集中于每年的6、7、8月份，这三个月的降水量为年降水量的53%，冬季降水量最少，12月至翌年的2月降水量仅为年降水量的9%。2.1.3 风多年每日24次风速、风向资料统计，该区常风向为N向，出现频率为13.3%，次
7、常风向为NW、W向出现频率分别为12.12%、11.55%。强风向为NW向，该向7级风出现频率为0.46%，次强风向为N向。具体见风频率统计表和风玫瑰图。风 频 率 统 计 表表2-1-1 风速频率（%）风向7.9（m/s）8.0-10.7（m/s）10.8-13.8（m/s）13.9-17.1（m/s）17.2（m/s）合计N10.291.920.940.1413.30NNE4.020.580.180.044.83NE3.870.290.080.014.24ENE1.720.110.031.85E5.690.410.060.016.17ESE2.770.170.022.97SE8.301.2
8、70.310.019.89SSE4.121.030.370.040.015.57S6.121.150.300.037.61SSW2.090.250.060.012.41SW6.240.280.066.59WSW3.530.120.013.66W11.090.420.0411.55WNW2.380.430.102.91NW6.793.081.790.420.0412.12NNW3.430.630.240.034.34C合计82.4512.154.590.750.06100.00图2-1-1 风玫瑰图2.1.4 雾多年平均每年大雾日为29.0天，大雾多出现于每年的47月，为全年雾日的65%，而每年
9、的8月以后，大雾日显著减少。平均每年大雾实际出现天数为10.9天。2.1.5 灾害性天气本区灾害性天气过程主要为台风（含热带风暴，强热带风暴）和寒潮。据多年资料统计影响烟台附近海域的台风每年有12个，一般多出现于79月份。每当台风路经本区时，将出现大风、大浪、暴潮和暴雨。如8509号台风，烟台出现33.3m/s、SSE向大风，最高潮位达3.73m；受9216号台风影响，烟台港风速达1830m/s，出现解放以来最高历史潮位（4.03m）。多年资料统计，每年11月翌年3月为寒潮出现季节，平均每年3.2次，受寒潮影响本海区出现偏N向大风，风速可达910级，且有偏N向的大浪，持续时间可达34天。2.2
10、 水文2.2.1 潮位国家海洋局第一海洋研究所对烟台套子湾西海岸海区建港条件进行了调查和部分水文要素的短期观测，并于1994年12月完成了“烟台初旺湾芦洋湾自然环境调查报告”。潮位是利用初旺湾验潮站1987年3月4日4月13日一个月的潮位资料和烟台同步资料及烟台19531994年长期资料统计分析。用差比方法求得工程海域的设计参数。本次设计采用上述计算值。1、高程关系：1.33m1.25m0.08m黄海平均海面平均海平面当地理论最低潮面2、潮位特征值：（以下水位值均从当地理论最低潮面起算）工程海域为正规的半日潮，其（HK1+HO1）/H平方米=0.32最高高潮位： 3.67m最低低潮位：-0.7
11、7m平均高潮位： 2.10m平均低潮位： 0.61m平均潮差： 1.49m平均潮面： 1.33m在此尚应说明2003年10月10日12日，由于强冷空气南下影响，烟台港出现仅低于1992年的特高水位，调查值为3.77m。3、设计水位：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：-0.95m4、乘潮水位表2-2-1 不同延时不同保证率乘潮水位表频率（%）水位（m）延时80859095乘潮一小时1.811.751.671.49乘潮二小时1.751.691.601.43乘潮三小时1.631.581.471.31乘潮四小时1.471.421.321.172.2.2
12、 海流海流观测分两个区域进行，第一个区域位于龙洞咀及以南的初旺湾，芦洋湾海域，共布设六个测点；第二区域为龙洞咀东北的天然深槽和龙洞咀以西的海域，共布设六个测点，分别进行大、小潮连续25小时观测。观测日期为：大潮第二区域为7月15日09时至16日10时，第一区域为7月16日17时至17日19时；小潮第二区域为7月22日09时至23日12时，第一区域为7月23日16时至24日19时。垂线测点采用六点法，依据实测资料，本海区海流特征如下：1、潮流特征：测验海区的潮流为不规则半日潮流其（WK1+WO1）/W平方米在0.761.45之间，浅水分潮流影响比较明显，潮流的运动属往复流性质。2、潮流流场：龙洞
13、咀以南第一测区涨、落潮潮流平均流向呈南北走向，龙洞咀以被第二测区涨、落潮潮流平均流向呈东西走向。3、最大流速：大潮期间涨、落潮实测垂线平均最大流速第一测区出现在L05站，流速值分别为0.55m/s、0.77m/s，流向分别为150、325，测点最大涨、落潮流速为0.74m/s、0.88m/s，流向分别为174、344，出现在L03站表层。第二测区垂线平均最大流速出现在L09和L07站，流速为0.58m/s和0.90m/s，流向分别为81、278；测点最大涨、落潮流速为0.76m/s、0.96m/s，流向分别为74、260，出现在L07站和L09站表层。4、余流：本海区余流较小，垂线平均余流流速
14、、流向见表4.3。表2-2-2 垂线平均余流流速、流向表L01L02L03L04L05L06L07L08L09L10L11L12大潮流速（m/s）0.060.030.060.070.060.010.060.040.200.050.020.01流向（）62086911615913815216667224142153小潮流速（m/s）0.050.010.040.020.030.020.030.030.060.010.040.01流向（）3423543120155260205181231632603042.2.3 波浪1、资料概况西港区无波浪实测资料，而与其临近（相约30km）的烟台海洋站在芝罘岛北
15、侧进行了长期的波浪观测工作（1981年至2002年）。本工程岸线在龙洞咀周围，其水深岸线走向与芝罘岛相似，水域开阔无岛屿影响。芝罘岛测波资料有着极好的代表性，基本代表了西港区深水处的波况。本次取用芝罘岛多年（1981年至2002年）观测资料作统计分析。2、波浪概况烟台海洋站位于芝罘岛，地理坐标为北纬3736、东经12126，测波浮标在测点的N向，水深约为17.3m，使用仪器为HAB2型岸用测波仪，仪器的拔海高度为75.9m，每日进行4次（08、11、14、17）观测，大风浪过程中进行加密观测。多年观测资料分析结果：该区常波向为NNW、NW，出现频率分别为8.20%、8.19%；次常波向为N、N
16、NE，出现频率分别为5.91%、5.77%。强波向为NNW向，次强波向为N向，这两个方向H4%1.5m出现频率分别为3.07%、2.45%。详见波玫瑰图和波高、周期频率统计表。图2-2-1 烟台波高频率统计表2-2-3 波高频率统计表 波高（m）频率%波向0.50.6-0.70.8-0.91.0-1.21.3-1.51.6-2.02.1-2.42.5合计N0.210.770.620.800.951.110.550.795.91NNE0.240.890.831.091.010.890.370.395.77NE0.060.340.340.390.230.200.080.031.67ENE0.210
17、.570.450.330.190.190.060.022.01E0.080.280.160.180.050.080.030.020.88ESE0.010.050.060.030.030.010.010.18SE0.030.160.060.010.010.26SSE0.010.070.020.010.010.010.12S0.010.010.01SSW0.010.01SW0.010.010.01WSW0.010.010.01W0.040.150.090.050.010.010.020.36WNW0.130.440.490.390.300.020.050.032.05NW0.441.791.481
18、.451.071.180.460.328.19NNW0.371.221.011.191.341.460.760.858.20C64.3564.35合计66.186.755.686.015.185.352.402.45100表2-2-4烟台波周期频率统计表 波周期（s）频率%波向2.93.0-3.94.0-4.95.0-5.96.0-6.97.0合计N0.120.811.672.120.990.185.91NNE0.090.942.231.840.640.025.77NE0.080.260.630.540.151.67ENE0.120.610.870.320.092.01E0.120.340.3
19、10.090.020.88ESE0.060.050.040.020.010.18SE0.190.060.010.26SSE0.090.020.010.010.12S0.010.010.01SSW0.010.010.01SW0.010.010.01WSW0.010.010.01W0.090.180.060.020.010.36WNW0.120.590.820.430.080.012.05NW0.431.993.072.090.560.058.19NNW0.231.262.792.770.990.168.20C64.3564.35合计66.117.1312.5110.263.550.431003、
20、波高周期联合分布对于一个新开辟的港区，应分析波高和周期的联合分布，其目的是了解是否存在小波高对应长周期波浪的出现，小波高长周期的波浪对港内波稳有重要的影响。多年观测资料统计结果如下：表2-2-5波高周期联合分布表波高（m）频率%周期0.80.9-1.21.3-1.51.6-2.02.1-2.52.6合计4.9（s）75.866.552.340.480.160.0485.425.0-5.9（s）0.141.613.723.911.310.4311.126.0-6.9（s）0.120.681.411.043.257.0-7.9（s）0.050.160.20合计76.018.166.185.072.
21、931.66100上述统计结果表明，本区波高周期对应关系为大波高对应大周期，小波高对应大周期出现的可能性不大。4、不同重现期波要素用芝罘岛测波站多年观测资料作年频率计算，不同重限期波要素见表2-7。表2-2-6重现期波要素波向50年一遇25年一遇2年一遇H4%（m）（S）H4%（m）（S）H4%（m）（S）N5.29.44.88.93.36.7NNE5.49.65.09.13.36.6NE3.88.23.57.82.05.7ENE4.28.43.87.92.05.4E4.07.63.67.21.54.8WNW3.27.93.07.52.05.4NW5.48.45.08.12.76.3NNW5.
22、38.94.98.53.36.62.3 泥沙拟建工程港区沿岸主要为基岩海岸，沿岸以低山丘陵台地为主，泥沙来源不甚丰富，主要是海岸侵蚀来沙和人为供沙。港区沿岸岩性多为白云石大理岩，在海浪和海流作用下产生部分泥沙，数量很少；沿海养殖及其加工业产生的废弃贝壳，堆积在海滨，也是局部泥沙的重要来源，但数量有限，对于港口建设不会构成很大影响。根据国家海洋局第一海洋研究所观测资料分析，该海区近岸及岸滩泥沙较粗，海域平均含沙量为46.6mg/L，如果所搬运的泥沙全部沉淀，每平方米也只有46.9kg，即沉积厚度2cm，实际情况可能仅有此值的三分之一左右。总之，该海区泥沙来源很少、泥沙搬运沉积不甚活跃，近岸泥沙不
23、会对建港构成危害。2.4 地质2.4.1 各岩土层分布特征第一层，海相沉积层该层存在于勘察区域的表层，分布不均匀，在勘察区域按性质存在三大层。1粉土层灰色、灰褐色，稍密状，该层主要分布在勘察区的部分钻孔中，土层相对较薄，厚度在1.03.0m范围内，不是十分稳定，平均标贯击数N8.12粉细砂层灰色、灰褐色，松散稍密状，该层广泛存在于勘察区域内，分布相对稳定，厚度不均，在0.87.0m范围内，平均标贯击数N9.33淤泥质粉质粘土层灰色、灰褐色，软塑状，高塑性，该土层零星存在于勘察区域内，个别土层因含水量原因为粉质粘土，平均标贯击数N1.1第二层，陆相沉积砂层该层在勘察区域内广泛存在，为陆相沉积砂层
24、。中粗砂层黄色、黄褐色，中密密实状，该土层在勘察钻孔中均有揭露，层位稳定，土质不均匀，混有碎贝壳，平均标贯击数N37.8第三层，陆相沉积粉质粘土层该层在勘察区域内一定深度下均可揭露，层位相对稳定。粉质粘土层黄色、黄褐色，硬塑状，中中上塑性，该层在所勘察钻孔中，最浅标高-17.45m，最深标高-29.06m处揭露，呈自北向南逐次渐深趋势，层位稳定，土质坚硬，土质不均匀，上部及下部多混有大量砂粒，偶见粉细砂夹层，平均标贯击数N20.6。第四层，粗砾砂层该层在勘察区域内一定深度下广泛存在，层位稳定。粗砾砂层黄褐色，密实状，该层在所勘察钻孔中，最浅标高-28.12m,最深标高-37.57m处揭露，层位
25、稳定，土质不均匀，其中多含角砾，小块碎石等物，平均标贯击数N43.9击。2.4.2 结论与建议1、勘察结果表明，码头区基岩埋藏标高-14.29-47.19m，起伏变化较大，大体上呈由西南向东北倾斜的趋势，近岸区基岩埋藏较浅，上部覆盖层较薄，一般为1.05.0米；而远岸区基岩埋藏较深，覆盖层较厚，一般为15.020.0米，因此码头结构型式的设计，近岸区可采用重力式结构，而远岸区可采用桩基结构，建议码头布置在近岸区强风化岩面等高线-24米以上，采用重力式结构，以强风化岩为持力层。2、对于护岸和防波堤的设计，淤泥质粉质粘土，呈流塑软塑状，为软弱土层，工程地质性质差，不宜作基础持力层。1粘土和2粉质粘
26、土及2粉质粘土，呈可塑状硬塑状，属于中等压缩性土，强度较高，工程地质性质较好，可考虑作为基础持力层。3、上述地质勘察是为可行性研究阶段工作而进行的，钻孔距离较大，特别是垂直岸向风化岩标高出露差异甚大，在下阶段勘察中，应进一步加密钻孔，摸清岩土层分布规律，尤其在码头位置应布置足够的控制性钻孔，并结合物探方法查明基岩中是否有岩溶发育。2.4 地震本区地震烈度为6级第3章 运量与船型3.1 营运资料2004年吞吐量为29.1万TEU，预计年增长为9.4%，因此预计2015年吞吐量为78.2万TEU3.2 设计船型设计船型为10万吨级集装箱船总长L：346m 型宽B：45.6m 型深：24.8m 载箱
27、量：7000TEU第4章 总平面布置4.1 总平面布置的原则1 港口应按货种、吞吐量、装卸特点、泊位分工及客运量等因素因地制宜合理的划分作业区。对于危险品及污染性较大的货物，宜单独分区。2 作业区布置时，应考虑风向及水流流向的影响。污染性货物的码头或作业区应布置在主导风向的下风侧。危险品码头或作业区应布置在港口的下游，并与其他码头或作业区保持一定的安全距离。3 顺岸式码头的前沿线水流方向及地形等高线布置，并应考虑扩建时经济合理地连成顺直岸线的可能。码头前应有可供船舶运转或回旋的水域。同时应考虑码头建成后对水流的改变、河床冲淤变化以及岸坡稳定等影响。 4 布置陆域时，要节约用地，不占或少占良田，
28、少拆迁。陆域前方应布置生产性建、构筑物及必要的生产辅助建筑物。其后布置生产辅助建筑物，所需房屋应尽量的合并组合。生活区的布置应符合城镇规划的要求并宜接近作业区。 5 作业区内部，应根据装卸工艺流程和所需的码头、库场、铁路、道路及其他建、构筑物的数量与布置上的要求，按照以近期为主、并考虑到发展的可能性合理布置。6 作业区中建、构筑物的布置应力求紧凑，但其相互间的距离必须符合现行的建筑设计防火规范及其他有关的专业规范的要求。4.2 集装箱码头泊位数确定 泊位数是指一个港口可同时停靠码头进行装卸作业的船舶数量，港口其他设施的规模一般均与码头数量配套或互相协调。 初步拟定通过能力可达78.2万TEU的
29、10万吨级集装箱泊位一个。集装箱码头的泊位年通过能力可根据如下公式计算： ； （44） 。 （45）式中： P集装箱码头泊位年通过能力（TEU）; 泊位年营运天数，由于风（4天）、降水（25天）、雾日（10天）等因素的影响，取年营运天数为326天； 泊位有效利用率，可取0.500.70，泊位数少可取低值，泊位数多的可取高值，本次设计取0.65； P设计船时效率（TEU/h）； Q集装箱单船装卸箱量（TEU），按本港历年统计资料确定，若无资料时，按规范取7000 TEU； 昼夜装卸作业时间（h），取2224h，泊位小，航线少时，可适当减少，但不应小于22h，本设计取22h； t船舶的装卸辅助作业
30、及船舶靠离泊时间之和（h），可取35h，本设计取4h ； t昼夜小时数；取24h； 岸边集装箱装卸桥台时效率（自然箱/h），按规范可取30 TEU/h; n岸边集装箱装卸桥配备台数，按规范可取3台； 集装箱标准箱折算系数，取1.21.6，本设计取1.4；岸边集装箱装卸桥同时作业率（%），按规范可取0.80；装卸船作业倒箱率（%）按规范可取0.02。由以上数据得， = 3301.40.8(1-0.02)= 98.784 TEU/h=47.55（万TEU）；S=码头年通过能力一个泊位年通过能力=78.247.55=1.64需要两个泊位4.3码头平面布置 4.3.1水域1、码头前沿设计水深码头前沿设
31、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。计算公式： （46）式中： 码头前沿设计水深（m）， 设计船型满载吃水,本设计的最大的满载吃水T = 14.5m； 龙骨下最小富裕深度（m），本港海底底质含砂或含粘土的沙较多，故取0.3m；波浪富裕深度（m），= 1.32 m，计算方法见后面；船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值（m），本设计取0.30m ； 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0.40m，本设计根据实际情况取0.60m；由以上数据得D=14.5+0.3+1.32+0.3+0.6=17.02（m）根据公式：= （ ）- （47）式中：系数，顺浪取0.3，横浪取0.5。本设计考虑顺浪。 码头前允许停泊的波高（m）。由所给资料NW的波向，H4%=5.4故=0.35.40.3=1.32（m）2、航道水深包括通航水深和设计水深。 计算公式： D= T +Z+ Z+Z+Z （48） D= D0+Z4 （49）