港口沉箱码头初步设计书Word格式文档下载.docx
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港区内有三条NNE向断裂,但不届丁金州断裂,为小规模断裂,延伸不远,届不发震斯裂,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0.3~0.5
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,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、码头设计
1、码头等级
由码头前沿水深较大且码头货物堆积能力较大,初定其等级中型码头。
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+5.20m。
3、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320m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。
陆域为生产和生产辅助建筑物区。
港区总平面布置详见图2。
4、工艺流程
(1)进口煤码头:
自卸船(悬:
臂皮带机)T前沿漏斗T卸船皮带机系统T堆料机T堆场。
(2)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T门机或船机T平■板车或铲车T堆场或仓库。
甲二码头配5吨门机两台。
5、水工结构的选择
1)防波堤
本区防波堤处地质条件较好,其土层自上而下为淤泥质业粘土、碎石及角砾、业粘土、石灰岩。
防波堤座落在碎石及角砾层上,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。
总体建设规模见表一1
表一1水工结构建设规模
项目
船舶
吨级
结构
形式
主要设计尺度
头
工
程
进口煤码头码
2万
沉箱墩式栈
桥
水深:
-10.1m、长273m宽
16m
甲二码头
3万
沉箱岸壁式
-11.5m,长235m
甲一码头
-11.5m,长227m
出口煤码头
千字驳
浮式
工作船码头
防波堤工程
斜坡式
长160m
一突堤护岸
(含防浪墙)
长467m
海堤工程
长1200m宽20m
堆场护岸
长968m
二突堤护岸
长304m
港池护岸
长398.6m
2)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,由丁所受风浪较小,按一般护岸设计。
各护岸均采用斜坡式结构。
3)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~-15m,海底原地面标高一般在-6m左右,而各码头前沿海底标高分别为:
进口煤码头-10.1m,甲一、甲二码头为-11.5m。
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丁产生过大的波浪反射作用而影响港内的泊稳条件。
区地区砂、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。
四、水工结构设计
1、基槽设计
本码头采用暗基床的设计形式,基槽底宽为22.95m,开挖深度为3.5m,边坡坡度为1:
1.4,基槽前底边线距墙前剧:
为5.5m,后底边线距后剧:
为5.25m。
2、基床设计
本码头基床采用抛石,基床底宽为22.95m,顶宽为19.2m(外肩宽为2.5m,内肩宽为2而,高度为3.5m,两侧的斜坡坡度均为1:
1.5。
基床采用抛石,抛石仍为10~100公斤级。
3、沉箱设计
甲二码头结构为沉箱式,材料为钢筋混凝土,其断面形状为矩形。
沉箱长度为20m底宽为12.2m,高度为14m沉箱的边壁厚度设为0.35m,底板厚度为0.5m。
箱体内设有纵横隔墙,厚度为0.2m,隔墙间距纵向为4.7m,横向为3.17m。
隔墙采用双面配筋,箱顶嵌入胸墙0.5m。
沉箱间采用平接的方式,沉箱内一般
抛填10~100公斤块石。
3、胸墙设计
沉箱上部为现浇混凝土胸墙,顶宽为2.5m,底宽为5.5m。
沉箱或方块背后填10~100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。
4、墙后回填
采用10~100公斤级块石回填,抛填棱体的断面形式为锯齿形。
为了防止墙后回填土的流失,抛石棱体的顶面和坡面设置倒滤层。
在抛石棱体的顶面和坡面先铺设一层0.3~0.5m厚的二片石,并加以整平,然后在其上安设倒滤层。
片石的坡度为1:
1,混合料的坡面为1:
1.25,开山石坡度为1:
四、码头作用荷载
1、自重力
码头建筑物的自重力包括构件的自重力和其上的填料自重力,均按体积乘重
度计算,水下部分为体积乘浮重度。
取墙体后地下水位为水与水下的分界。
沉箱构件由钢筋混凝土建造而成,其重度作为24.5kN/m3;
胸墙采用现浇混凝土形式,其重度为24kN/m3;
填料为10~100kg级抛石,其重度为18kN/m3计算见表一2。
表一2自重力计算
体积计算式
体积(m3
重力(kN)
底板
0.5*12.2*20
122
2989
前壁
0.3*14*20
84
2058
后壁
纵板
2*0.2*14*20
112
2744
横板
3*0.2*14*12.2
102.48
2510.76
填料
12*4.7*3.17*14
2503.03
45054.58
胸墙
2*2.7*20+1.5*3*20
198
3564
总重力
60978.34
由上表计算得码头构件的自重力标准值为:
60978.34kN。
2、土压力
土对墙体的土压力可通过库伦公式求得。
墙体静止不动,既无位移也无变形,
墙体后处丁静止状态,此时土体对墙体的土压力为静止土压力计算方法如下:
地面为水平面(即00)和墙背为垂直面(00)时的土压力系数:
Kq1.0
每延米墙上总主动土压力Ea(kN/m)和总被动土压力Ep(kN/m):
HH
Ea(qKqy)HKaEp(qKqy)HKp
Ka、Kp-主动土压力系数和被动土压力系数;
Kq——地面荷载系数;
——土的重度(kN/m3;
——土的内摩擦角(o);
q——地面上均布荷载(kN/m2);
——土与墙背面的摩擦角(o);
——地面与水平■面的火角(o);
——墙背与垂直面的倾斜角(o);
H——墙高(m。
3、剩余水压力
码头墙后设置抛石棱体,其透水性较好,墙后水位随墙前水位的跌落而迅速下降,认为墙后水位与墙前水位等局,此时不考虑剩余水压力。
4、地面使用荷载
该地面设有门机,将其近似地用均布荷载替代。
总体分布为:
码头前沿(14.5米以内)为25kpa,前后方堆场为40kpa。
5、船舶荷载
系揽力P=350kN30°
15°
作用在码头地面以上0.45m处。
挤靠力
和撞击力不计。
6、波浪力
由墙前进行波的波高h=1m波长l=12m,因h1m,不计波浪影响。
7、地震力
本设计不考虑地震作用的影响。
五、码头稳定性验算
水平滑动稳定性和倾覆稳定性验算是重力式码头建筑物承载能力极限状态
设计的主要验算内容,其目的是保证码头建筑物在设计基准期内具有规定的抗滑、抗倾稳定的可靠度。
1、稳定性公式
不考虑波浪作用力,主动土压力为主导可变作用时:
抗滑稳定性公式:
1
0(eEhEEqHPRPrH)(gGEEvEEqV)f
d
0——结构重要性系数取1.0;
E——土压力分项系数;
PR一系揽力分项系数;
——作用效应组合’
Eh、Ev一码头建筑物产生的总主动土压力的水平■分力和竖向力(kN);
Prh——系揽力水平分力标准值(kN);
EqH、Eqv一码头面上产生的总主动土压力的水平分力和竖向力(kN);
Prv——系揽力垂直分力标准值(kN);
G——结构自重力分项系数;
d——结构系数,不考虑波浪作用,取d1.0;
f——沿计算面的摩擦系数设计值。
抗倾覆稳定性公式:
---、1,………、
0(EMehEMEqHPRMRH)(GMGEMEVEMEqV)
Mg——结构自重力标准值对计算面前剧:
的稳定力矩(kN・而;
Meh、Mev一码头建筑物产生的土压力水平■力和竖向力标准值对计算面前
趾的倾覆力和稳定力矩(kN•m;
MEqH、MEqv一码头地面上的可变作用产生的土压力水平■力和竖向力标准值
对计算面前趾的倾覆力和稳定力矩(kN•而;
Mrh——系揽力水平力标准值对计算面前趾的倾覆力矩(kN•m;
d——结构系数,不考虑波浪作用,取d1.25;
以上公式中的各分项系数见表一3。
表一3稳定性验算系数采用值
组合
情况
设计
水位
结构重
要性系
数
系数
永久何栽分项系数
可变作用
分项系数
自重力
土压力
堆载土压力
系揽力
G
E
PR
持久
设计高水位
二级:
1.0
0.7
1.35
1.4
设计低水位
短暂
1.25
1.3
2、稳定性计算
设计水位:
1)、设计高水位条件下(+3.81m)
1系揽力标准值及其产生的力矩
垂直丁码头岸线方向的水平力标准值
NhPc°
ssin350c°
s15°
sin30°
169KN
每延米码头的系揽力水平分力的标准值
PrhN/20169/208.45KN/m
其对墙底的倾覆力矩
Mrh(5.211.50.45)Prh17.158.45144.92KNm/m
2主动土压力标准值及其产生的倾覆力矩和稳定力矩
为简单计算,墙后主动破裂面与竖直面之间的火角近似取为28°
破裂面
与抛石棱体表面交丁点MM点以上按中砂计算,一下按块石计算。
取沉箱顶部
第n层土的主动土压力系数:
土压力强度计算:
第n层填料顶层:
n1
h
ii
可变作用:
第n层填料底层:
n
5;
6。
填料自重力产生的土压力合力(永久作用)标准值及其力矩计算见表
地面堆荷载产生的土压力合力(可变作用)标准值及其力矩计算见表
第n层的土压力水平合力标准值对码头前趾的力臂
LHn第n层底高程-码头底高程+第n层水平梯形土压力强度图的形心与
hn2enien2yn:
r-
3enien2
Hn
土压力水平■分力EHnEncosn;
土压力竖向分力E&
E。
sinn
表一4设计高水位时土压力强度计算
算层面编号
计
土
层
图层高程(m
土层
厚度
hn
(m
回填材料
材料重度
(kN/m3)
外摩擦角(。
)
主动土压力系数
Kan
土压力强度标准值计算
永久作用
eni(kpa)
eqni(kpa)
计算式
数值
值
11
5.2
1.39
中
砂
18
0.307
0.00
25*0.307
7.7
12
3.81
1.3*18*0.307=25.02*0.307
7.68
21
2
1.31
中砂
9.5(水
下)
22
2.5
(25.02+12.45)*0.307=37.47*0.307
11.50
31
3
块
石
15
0.16
37.47*0.16
6.00
25*0.16
4
32
1.8
(37.47+7.7)*0.16=45.17*0.16
7.23
41
1.6
0.2
(45.17+17.6)*0.16=62.77*0.16
10.04
51
5
0.6
52
-0.4
(62.77+6.6)*0.16=69.37*0.16
11.10
61
6
62
-2
(69.37+17.6)*0.16=86.97*0.16
13.92
71
7
2.26
72
-4.26
(86.97+24.86)*0.16=111.83*0.16
17.89
81
8
7.24
82
-11.5
(111.83+79.64)*0.16=791.47*0.16
30.64
表一5填料自重力产生的土压力合力(永久作用)标准值及其力矩计算
算
土层局程(而
土层顶
强度en1
(kpa)
土层底
强度en2
土层厚度
g)
土压力合力标准值En(kN)
水平分力标准值及
其产生的倾覆力矩
竖向分力标准值及其产生的倾覆力矩
水平分
力EHn
力臂
LHn
倾覆力矩MEHn
竖向
分力
EVn
LVn
倾覆力矩
MEVn
顶
底
(0+7.68)*1.39/2
5.34
15.77
84.21
0.5
11.5
(7.68+11.5)*1.31/2
12.56
14.61
183.5
(6+7.23)*0.7/2
4.63
4.47
13.64
1.20
12.2
14.63
(7.23+10.01)*1.6/2
13.79
13.32
12.36
164.6
3.57
43.58
11.1
(10.04+11.1)*0.6/2
6.34
6.12
11.39
69.75
1.64
20.03
(11.1+13.92)*1.6/2
20.02
19.34
10.27
198.6
5.19
63.26
(13.92+17.89)*2.26/2
35.95
34.72
8.32
288.9
9.31
113.60
(17.89+30.64)*7.24/2
175.68
169.68
3.3
560
45.50
555.14
265.56
1611
66.41
810.24
表一6地面堆荷载产生的土压力合力(可变作用)标准值及其力矩计算
土层局程(m>
强度
en1
en2
hn(m)
土压力合力标准值
En(kN)
竖向分力标准值及其产生的倾覆力矩
倾覆力
矩
MEHn
竖向分力
EVn
LVn
矩MEVn
2.7
7.7*2.7
20.79
15.35
319.13
14
4*14
56
54.09
378.62
14.50
101.5
74.88
697.75
101.50
3建筑物自重力标准值及其产生的稳定力矩
对丁沿基床底的抗滑稳定性验算,由地基较好,基床部分水下自重力标准值:
Gj(14.722.95)3.5*0.511724.80kN/m
基床前的被动土压抗力标准值:
Ep0.30.5h2tan245°
2
0.30.593.52tan245°
30°
16.54kN
设计高水位时自重力产生的竖向力标准值及其稳定力计算结果见表一7
表一7设计高水位时自重力产生的竖向力标准值及其稳定力计算
编七
构件
竖向力标准值计算Gi(kN)
对趾前的抗
倾力臂Li
稳定力矩
MGi
(kN-m)
0.3*14*13.5
56.7
0.15
8.51
纵板1
0.17*14*13.5
32.1
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