港口水工建筑物課程設計指導書

1、港 口 水 工 建 筑 物 課 程 設 計指 導 書設計開始日期設計完成日期指 導 教 師.港航教研室主任港口水工建筑物課程設計指導書一、課程設計的目的通過本課程設計使學生學會綜合運用有關學科的知識，對沉箱重力式順岸碼頭結構的設計步驟和方法有一初步了解，鞏固和加深所學的部分基本知識、基本理論和基本技能，并在運算、編寫說明書和繪圖等方面得到基本訓練。初步培養(yǎng)學生解決實際工作問題的能力。二、課程設計的步驟（一）沉箱重力式順岸碼頭標準斷面一般由墻身、胸墻、拋石基體、墻后回填和碼頭設備等幾部分組成。進行一項工程設計時，首先根據設計任務書提供的水文、氣象、地質等資料，考慮施工條件和使用要求擬定碼頭標準斷

2、面各部分構造和尺寸即構造設計，然后進行強度和穩(wěn)定性驗算。1、碼頭前沿頂標高和碼頭前沿底標高根據設計水位和規(guī)范及實際地質、水文、使用要求等綜合確定。2、碼頭底寬碼頭底寬是決定碼頭工程量和造價的一個主要尺度。確定碼頭底寬的方法，一般是按已往工程實踐的經驗并對比已建成的、設計資料類似的碼頭初步擬定碼頭底寬，然后粗略的進行沿碼頭底面的抗滑穩(wěn)定性和抗傾穩(wěn)定性及地基應力的驗算。根據驗算結果，加大或減少碼頭底寬，直至獲得一個比較合適的底寬為止。根據這個底寬進行碼頭斷面構造設計和沉箱的構造設計及沉箱浮游穩(wěn)定驗算，再詳細進行碼頭的各項穩(wěn)定驗算，最后確定出比較經濟合理的碼頭底寬。3、胸墻設計（1）頂寬：胸墻上有安

3、裝門機前軌、管溝、系船柱等設備要求時，其頂寬應滿足安裝設備要求；當沒有上述設備時，其頂寬一般不應小于0.8米。2）底寬：應滿足沿胸墻底面的抗滑穩(wěn)定性和抗傾穩(wěn)定性的要求并滿足安裝設備（如管溝）的要求。安裝系船柱的部位，如胸墻的穩(wěn)定性不夠，可局部加大胸墻的頂寬和底寬。3）底部標高：一般胸墻均采用現場灌注混凝土，所以胸墻底部標高不得低于施工水位。再沉箱碼頭中，胸墻底部宜嵌入沉箱內0.30.5米。如不采用現場灌注混凝土結構，其底部標高的確定可參見有關規(guī)定確定。4）變形縫間距等于沉箱的長度加上一個沉箱構造縫寬；當地基為巖基且基床較薄時，亦可兩個或三個沉箱設一個變形縫?？p寬采用25厘米，做成上下垂直通縫。

4、本次設計因地基土為很厚的亞粘土，所以變形縫間距取為一個沉箱長度加上一個沉箱構造縫寬。4、墻后回填對于重力式順岸碼頭，由于水深的要求，碼頭前沿線一般都布置在離岸一定距離的地方，為了形成碼頭路面，墻后的回填量很大，它占碼頭總投資的比例也比較高。應該根據建造碼頭地區(qū)的具體條件和碼頭使用要求選擇最經濟合理的回填料及合理確定墻后回填料斷面各部分尺寸。對墻后一定范圍內的回填料有兩個基本要求，一是對墻的土壓力小；二是透水性好，而且不能從碼頭縫隙中流失。墻后回填一般有設拋填棱體和不設拋填棱體的兩種類型。對于地震活動區(qū)，不宜采用可液化的土料為回填料。1)拋填棱體拋填棱體有明顯的減小土壓力的作用，但耗用大量拋填材

5、料也未必是經濟的。因此，碼頭墻后是否設置拋填棱體和棱體斷面尺寸的選擇應根據結構型式和當地材料情況通過技術經濟比較確定。在減壓效果不變的情況下，為節(jié)省拋填材料可采用分級式棱體。分級式棱體一般不多于兩級，棱體較高時，可采用三級。采用分級式棱體，要求下級棱體坡面的倒濾層宜伸入上級棱體不少于0.5米。對于沉箱碼頭，由于墻身縫少并且比較集中，可在變形縫處設置倒濾層空腔，墻后可不設置拋填棱體，而全部用土或砂回填。但當有量大廉價的棱體材料時，也可設置拋填棱體。如大連地區(qū)，塊石比砂宜取，價格也較便宜，所以沉箱碼頭墻后都設拋石棱體。為避免填土在棱體密實下沉后從墻身縫隙中流失，棱體頂面應高出預制安裝的墻身不小于0

6、.3米。2）倒慮層墻后設置拋石棱體時，為防止回填土的流失，在拋石棱體的頂面和坡面應設置倒慮層。倒慮層可分層或不分層鋪設。分層倒慮層一般由碎石層和“瓜米石”或粗砂或礫砂層組成，每層厚度不宜小于0.15米 ，總厚度不宜小于0.4米。不分層倒慮層應采用級配較好的天然石料（如石渣、砂卵石等）或粒徑17、28厘米碎石，厚度分別不得小于0.6米和0.4米。對于多級棱體，水下各級的倒慮層厚度可適當加大。拋填棱體及倒慮層的坡度應根據所用材料的水下自然坡角確定拋石棱體坡度一般采用1：1，碎石層坡度一般采用1：1.4。當施工期間有波浪影響時，坡度應適當放緩。5拋石基床設計拋石基床設計包括選擇基床型式、確定基床厚度

7、、基槽的底寬和邊坡坡度、基床肩寬，規(guī)定塊石的重量和質量要求等。拋石基床設計要求可見港口水工建筑物重力式碼頭有關內容。基床厚度一般根據地基承載力由計算確定，即沉箱底面應力經過基床擴散后應小于地基承載力。這需要在本設計第四項：碼頭基床和地基床力驗算時確定。在本階段可先假定基床厚度d。拋石基床一般采用10100kg塊石。6、碼頭設備碼頭設備主要有系船設備、防沖設備，如碼頭設有門機和火車還有軌道結構等。這部分設備及構造的選擇可根據港口水工建筑物確定。（二）確定沉箱的尺度并驗算沉箱的吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性。1、沉箱的構造1）沉箱的外形尺寸順岸式碼頭所用的沉箱在平面上一般為矩形。沉箱的底寬主要由碼頭的

8、傾倒及水平滑動的穩(wěn)定性和地基強度所決定，同時也要滿足浮運時吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性的要求，如不滿足時應盡量從施工上采取措施。這次課程設計中我們在碼頭斷面的設計時，已初步擬定了沉箱的底寬，我們可根據這個底寬進行沉箱的構造設計，接著進行沉箱在浮運的吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性的驗算，然后再詳細進行碼頭的各項穩(wěn)定驗算。（工程上，根據驗算的結果，還可增大或減少沉箱底寬，進行反復驗算，以獲得最經濟合理的沉箱底寬。）為了減小沉箱的底寬，可以在底板的一側或兩側加設懸趾；為了不影響靠船和配筋太多，底板懸臂的長度不宜大于1米。沉箱的高度主要取決于碼頭前水深和施工水位。一般沉箱頂高程應高出施工水位0.30.5米。

9、沉箱的長度由施工設備能力和碼頭變形縫間距確定。本次設計因予制場的滑道寬度為13米，沉箱制作平臺最長12.5米，所以沉箱長度不能超過12.5米。2）沉箱的縱橫隔墻為了增強沉箱的剛度和減小箱壁及箱底的跨度，箱內設有縱橫隔墻。隔墻的間距一般采用35米。為了節(jié)省混凝土、減輕沉箱重量和降低重心以改善浮游穩(wěn)定性，一般在隔墻的上部留孔洞，考慮到箱壁下面1.5l（l為隔墻間距）區(qū)段是按三邊固定板計算的，為了符合這種計算圖式，孔洞下緣到箱底的距離不宜小于1.5l。箱內的縱橫隔墻一般按對稱布置，其上所有孔洞的上、下緣應布置在同一高程上。3）箱內填料沉箱內的填料一般采用砂或塊石。本次設計采用10100kg塊石。4）

10、沉箱的尺寸沉箱和底板的厚度由計算確定，一般沉箱外壁厚度在30厘米左右，不宜小于25厘米，底板厚在3050厘米之間，且不宜小于壁厚。隔墻的厚度一般由構造確定，其厚度為隔墻間距的1/251/20，并需考慮施工的可能性。本次設計所有箱格都沒有抽干水的要求。構件轉角處是應力集中的地方，為防止干裂，以設置加強角，其尺寸一般為20厘米20厘米左右。5）沉箱接頭的處理本次本次設計考慮墻后設有拋石棱體，所以采用平接型式。接逢寬度一般采用5厘米。6）用1：200或1：100的比例在方格紙上畫出沉箱的平面圖、縱剖面圖和橫剖面圖。2、按港口水工建筑物有關內容進行沉箱浮游穩(wěn)定、吃水和干舷高度的驗算，確定浮運過程中壓水

11、的要求。預制廠至本港區(qū)的水上運輸距離約15公里。3、用1：100比例畫出標準段碼頭剖視圖。（三）確定各種計算情況的荷載組合圖式。1、荷載本設計考慮下列設計荷載：建筑物自重（包括固定設備重量）：土壓力；地面使用荷載（包括堆貨、鐵路、汽車、流動起重運輸機械）：船舶荷載。校核荷載根據實際情況確定。本次設計不考慮波浪力；冰荷載；水流力；剩余水壓力，地震荷載。以上各種荷載的取值標準和計算方法可分別按港口水工建筑物及規(guī)范的有關規(guī)定選取。2、荷載組合設計時應對可能同時出現的各種荷載進行最不利的組合，并把水位作為一個組合條件考慮。要求繪制各種計算情況的荷載組合圖式。荷載組合分為設計組合、校核組合和特殊組合三種

12、。本次設計要求進行組合，即水位采用水位，荷載采用。（四）進行碼頭各項穩(wěn)定的驗算碼頭穩(wěn)定性驗算包括：1、 沿胸墻底面和沉箱底面的抗傾穩(wěn)定性；2、 沿胸墻底面和沉箱底面的抗滑穩(wěn)定性；3、 沿基床底面的抗滑穩(wěn)定性；4、 基床和地基應力；5、 沉箱底合力作用位置；6、 整體穩(wěn)定性；上述各項驗算的具體要求可見港口水工建筑物和土力學中有關內容。此外15各項還可參照重力式碼頭設計與施工規(guī)范中的有關規(guī)定執(zhí)行；第6項還可參照港口工程地基規(guī)范中有關規(guī)定執(zhí)行。沉箱碼頭計算斷面的平均沉降量的允許值為2025厘米。（五）進行沉箱內計算因本設計時間有限，值要求進行沉箱內力計算，不搞沉箱配筋計算。1、復習港口水工建筑物有關

13、沉箱壁和箱底的計算荷載和計算圖式及內力計算方法的內容。2、分析沉箱的受荷情況并計算外荷載的強度。3、選擇對于沉箱各部位構件的最不利荷載情況。4、計算個構件的內力，確定設計的最大正負彎矩。（六）編寫設計計算說明書及繪圖1、設計計算說明書內容包括：1） 設計資料；2） 自己計算過程和結果；3） 設計中存在的問題和意見。要求書寫整齊，表達清楚準確，簡單扼要，獨立完成，并附必要插圖。2、獨立完成1#圖紙一張。圖中應有碼頭標準段平面圖、立面圖和剖視圖，要求圖面布置勻稱、比例得當、整潔、表達正確、注有必要的尺寸。（七）參考資料1、港口水工建筑物，韓理安主編，人民交通出版社，2000年8月第1版2、港口工程

14、荷載規(guī)范（JTJ215-98）， 交通部第一航務工程勘察設計院編，人民交通出版社，1998年8月第1版。港口工程荷載規(guī)范（JTS144-1-2010）， 交通部第一航務工程勘察設計院有限公司、交通部第二航務工程勘察設計院有限公司主編，人民交通出版社，2010年12月第1版。3、重力式碼頭設計與施工規(guī)范（JTJ290-98），交通部第四航務工程局主編，人民交通出版社，1998年8月第1版。重力式碼頭設計與施工規(guī)范（JTS167-2-2009），交通部第四航務工程局有限公司、中交四航局港灣工程設計院有限公司主編，人民交通出版社，2009年7月第1版。4、防波堤設計與施工規(guī)范（JTJ298-98），

15、交通部第一航務工程勘察設計院主編，人民交通出版社，1998年8月第1版。防波堤設計與施工規(guī)范（JTS154-1-2011），中交第一航務工程勘察設計院有限公司主編，人民交通出版社，2012年1月第1版。5、海港水文規(guī)范（JTJ213-98），交通部第一航務工程勘察設計院主編，人民交通出版社，1998年8月第1版。海港水文規(guī)范（JTS145-2-2013），中交第一航務工程勘察設計院有限公司主編，人民交通出版社，2013年4月第1版。6、水運工程抗震設計規(guī)范（JTJ225-98），中交水運規(guī)劃設計院、交通部第一航務工程勘察設計院主編，人民交通出版社，1998年8月第1版。7、碼頭附屬設施技術規(guī)范

16、（JTJ297-2001），中交水運規(guī)劃設計院主編，人民交通出版社，2002年4月第1版。8、港口工程地基規(guī)范（JTS147-1-2010），中交天津港灣工程研究院有限公司主編，人民交通出版社，2010年8月第1版。說明：規(guī)范新舊版對照，以新版為準。附錄一 沉 箱 予 制 場沉箱在離碼頭所在地15公里左右（海上距離）的予制場制作。設計沉箱時應考慮予制場的設備條件。予制場的沉箱制作平臺的平面尺寸為1012.5米；溜放平車載重量不超過600噸；架立鋼模板和現場灌注混凝土使用的塔吊。其起重能力為26噸（與吊臂有關）；滑道末端標高-6.0米；臺車和平臺的總高度為2.5米；從予制場至擬建碼頭處的航道底標

17、高-6.0米；予制場的滑道寬度為13米。為節(jié)約材料、加速工程施工，予制場予制普通沉箱采用標準模數化的外形尺度，其有關規(guī)定如下：（一） 沉箱平面尺度對照表序號沉箱分格凈距（m）沉箱長邊長度（分三格）（m）沉箱短邊長度（分三格）（m）13.812.48.423.712.18.233.611.88.043.511.57.853.411.27.663.310.97.473.210.67.283.110.37.093.010.06.8102.99.76.6112.89.46.4122.79.16.2132.68.86.0說明：1、表中沉箱分格按等分考慮（長分三格、短分三格）則長邊級差0.3m，短邊級差0

18、.2m；若不等分格時則長短邊級差均可將為0.1m。2、長短邊尺寸可按設計要求任意組合。3、長邊最大長度不得超過12.5m。（二）沉箱高度分級根據大連地區(qū)施工潮位，沉箱頂標高一般取2.5m，又根據予制場設備能力，一般12.5m以下任意高度均可予制，一般可參考下表取值。拋石基床頂標高（m）5678910沉箱予制高度（m）7.58.59.510.511.512.5(三)細部尺寸的確定1、 沉箱底板厚度分別0.4m、0.45m、0.5m及0.55m四級。2、 外墻厚度分0.3m、0.35m、0.4m三級。3、 隔墻厚度一律為0.2m。4、 轉角處水平及垂直八字尺寸定為21.321.3厘米。5、 腳趾尺寸，分三種：（圖中尺寸為米）附錄二 碼 頭 整 體 穩(wěn) 定 驗 算重力式碼頭主要有沿圓弧面及沿對數螺旋面滑動的整體穩(wěn)定性計算，本次設計只對圓弧面進行驗算，驗算方法可參閱土力學中的有關知識，亦可參閱下述方法：根據大量的計算分析，發(fā)現最危險的滑弧中心、荷重