1、沉箱重力式码头课程设计计算书沉箱重力式码头课程设计计算沉箱重力式码头课程设计计算书班 级 土港1001班学 生 学 号 201051066设计开始日期 2014年2月24日设计完成日期 2014年3月4日指导教师 第一章设计资料第二章码头标准断面设计第三章沉箱设计11第四章作用标准值分类及计算15第五章码头标准断面各项稳定性验算44第一章设计资料（一）自然条件1.潮位：极端高水位：+6. 5m；设计高水位：+5. 3m；极端 低水位：-1.lm；设计低水位：+1. 2m；施工水位：+2. 5m2.波浪：MB【Ml拟建码头所在水域有掩护，码头前波高小于1米 （不考虑波浪力作用）。3.气象条件：码
2、头所在地区常风主要为北向，其次为东南向； 强风向（7级以上大风）主要为北北北西向， 其次为南南东东南向。4.地震资料：本地的地震设计烈度为7度。5.地形地质条件：码头位置处海底地势平缓，底坡平均为1/200, 海底标高为-4. 0-5. 0mo根据勘探资料，码头所 在地的地址资料见图1。图一地质资料标高土质柱状图指标海底至-7. 9m淤泥y.=15. 3kN/m54 固=12. 8C w=0-7. 9m以下亚粘土Y .=19. 4kN/m5。固=25C m=25kpa(二)码头前沿设计高程: 对于有掩护码头的顶标高，按照两种标准计算：1基本标准：码头顶标高=设计高水位+超高值(l.0l.5m)
3、 =5.30+ (1.01.5) =6.306.80m复核标准：码头顶标高=极端高水位+超高值(00.5m) =6. 50+ (00. 5) =6. 507. 00m(3)码头结构安全等级及用途:码头结构安全等级为二级，件杂货码头。(4)材料指标:拟建码头所需部分材料及其重度、内摩擦角的标 准值可按表选用O水上水下水上水下混凝土23241314/钢筋混凝土24251415/块石17104545渣石18102929表1（五）使用荷载：1.堆货荷载：前沿ql=20kpa；前方堆场q2=30kpa。2.门机荷载：按港口工程荷载规范附录C荷载代号Mh-10-25设计。3.铁路荷载：i=港口通过机车类型
4、为干线机车，按港口工程荷载规范表7. 0. 3-2中的铁路竖向线荷载标准值设计。4.船舶系缆力:按普通系缆力计算，设计风速22m/so（六）设计船型：万吨级杂货船总长LX型宽BX型深HX满载吃水T： 146X22X13. 1X8. 7m第二章码头标准断面设计第一节码头各部分标高(1)码头(胸墙)顶标高1=对于有掩护码头的顶标高，按照两种标准计算：基本标准：码头顶标高=设计高水位+超高值(l.0l.5m) =5.30+ (1.01.5) =6.306.80m复核标准：码头顶标高=极端高水位+超高值(0 0.5m) =6.50+ (0-0.5) =6.507.00m码头顶标高取6. 60mo(2)
5、沉箱顶标高沉箱顶标高=施工水位+ (0.30.5m) =2.50+(0.30.5) =2.803.00m根据大连地区施工水位，沉箱顶标高取2.90m。(3)胸墙底标高胸墙底标高=沉箱顶标高一(0.30.5m) =2.90 -(0.30.5m) =2402.60m 胸墙底标高取2. 50m。(4)码头(沉箱)底标高码头前沿设计水深d=t+z1+z2+z3+z4 其中：T设计船型满载吃水(m), T=8.7m；Zi龙骨下最小富余水深(m),与海底质有关，对重力式码头应按岩石土考虑，取Zi=0. 6m；Z2波浪富余深度(m), Z2=KH4%ZlO.5XL0-0.6=-0.1V0,取 Z2=0；z3
6、一一船舶因配载不均匀而增加的尾吃 水(m),对杂货船取Z3=0；Z4备淤深度(m),取Z4=0. 4mo 则：码头前沿设计水深D-T+Z1+Z2+Z3+Z4-8. 7+0. 6+0+0+0. 4=9. 7m 码头底标高=设计低水位一码头前沿设计水深 =1. 209. 7= 8. 5m 码头底标高取-8. 50mo(5)抛石基床底标高取抛石基床厚度为1. 5m,则基床底标高=-8. 501. 50= - 10. 0m(6)抛石棱体顶标高l=J抛石棱体顶标高=沉箱顶标高+ (0. 5m) =2. 90+ (0.5) = ( 0. 4m三级，外 壁厚度取0. 3mo3.底板厚度底板厚度由计算确定，且
7、不宜小于壁厚，在本设 计中底板厚度分0.4m、0.45m、0. 5m 0. 55m四 级，底板厚度取0.4mo4.箱内隔墙布置箱内隔墙采用对称布置，隔墙间距分别取4.10m、3. 70m。5.加强角宽度加强角宽度一般为150200mm,取200mm。沉箱的其他细部尺寸见附图lo（三）沉箱体积和重量计算沉箱重量时，钢筋混凝土重度标准值采用25. 0kN/m3o沉箱材料体积和重量计算见下表2：沉箱材料体积和重量计算表编号构件名称体积计算式体积Vi (nN)重量Gi (KN)1前壁0.3X16.0X11.454.721368.002后壁0.3X16.0X11.454.721368.003侧壁0.3X
8、8.4X11.4X257.461436.504底板0.4X8.4X15.451.741293.505横隔墙0.2X15.4X11.033.88847.006纵隔墙0.2X4.1X11.0X654.121353.007端内加强 角0.5X0.22X11.0X40.8822.008内加强角0.5X0. 22X11.0X286.16154.009底加强角0.5X0.22X (4.1+3.7) X162.5062.5010前耻0.5X0.3X0.75X16.01.8045.000.40X0.75X16.04.80120.0011后趾0.5X0.3X0.75X16.01.8045.000.40X0.75
9、X16.04.80120.00总和329.388234.50沉箱重量=840. 26t,小于沉箱预制场大平台 可制作沉箱的最大重量2000t,满足预制场的预 制能力。第三节上部结构设计（一）胸墙断面设计1.胸墙顶宽胸墙采用L型，顶宽取3. 00m。2.胸墙底宽胸墙底宽由胸墙稳定性要求确定，根据经验应大 于1/2沉箱顶宽度，即大于0.5X9.00=4. 50m, 底宽取5. 00mo3.胸墙高度胸墙高度二胸墙顶标高一胸墙底标高=6.60-2. 50=4. lOmo（二）系船的选择Fyw=49. 0 X计算船舶系缆力：F73.6X10-5AxwV； J JlOAywVy2 J I 2按75%保证率
10、、压载或空载状况，取ACT=1570m2,Ayw=382m2设计风速 vx=22m/s, vy=0m/s查表取得Jx=0. 8, Jy=1.0, C 2=1. 3 （按船舶水面以上建筑高度15米取,），故：Fxw= 581. 64 KNF”=0 KN个，实际受力系船柱为3个心 A + 伫n sinacos/7 costzcos/7a =30 , 8=15 ， n=3, K=l. 3N=521. 87 KN 取 N=522 KN（三）门机布置门机的轨距、跨距均为10. 5m门机前轨距码头前沿2m,布置在胸墙上，后轨布置在单独设置 的轨道梁上，距货场外边线之间的安全净距取 2m。（四） 铁路布置i
11、n门机下对称布置两条铁路线，每条铁路线的铁路 标准轨距为1435mm,轨枕宽度为2500mm。两条 铁路线的中心线距离为4. 5m,两条铁路线的中 心线距近侧门机轨道的距离为3m。钢轨上的线 荷载标准值按干线机车为140KN/mo（五） 管沟设计i=：|?1管沟用于放置为船舶供水和供电而铺设的水管 和电缆，设在胸墙内，管沟中心线距码头前沿 1.3m,要求管沟底面高程应高于平均高潮位，故 采用小管沟，尺寸（宽X高）为0.4mX0.6m。（六） 护舷设计1.护舷类型和规格的选择1有效撞击能量 = fmV2其中，取0.8, 规范得1万吨级杂货船满载排水量m=14800t, v=Q. 15m/s,所以
12、eo=1X0.8 2X14800X0. 152=133. 2KJ查橡胶护舷性能表，选择低反力型鼓型护舷H1000,反力 R=360KN,吸能量 E=136. OKJ。2.护舷的布置橡胶护舷间断布置，在每个沉箱的中心位置布置 一个护舷，即每16米布置一个，每个泊位共11 个。为了使船舶在不同水位和不同吃水深度时都能 用船体干舷部分接触护舷，兼顾小船靠泊及防止 船舶摇摆对码头产生碰撞，在3. 5m高程处悬挂低反力型鼓型护舷，在5. 5m高程处沿前沿线悬挂D300水平护舷。第四节其他设计问题（一）抛石棱体1.作用设置抛石棱体是为了防止回填土的流失，并且减 少墙后回填土对沉箱和胸墙产生的土压力。2.材
13、料抛石棱体采用10100kg块石。3.顶宽回填土（渣石）：内摩擦角6=29 ,破裂角。 广32.7 （假设a、8均为0, 5 =1 4）；块石：内摩擦角6=45。，破裂角0 2=23. 9 （假 设a、B 均为 0, 4）o二者总厚度H=h】+h2=15. 10m,破裂面与水平面夹角 0 = 9 且满足 tan6 = + -3 =必加 -3H 加 8.5+ 3.4试算得3=25. 8 , hi=3. 26m, h2=ll. 84m,抛石棱 体顶宽d=8. 65m。4.坡度抛石棱体坡度采用l：lo（二） 二片石抛石棱体顶面和坡面的表层抛设0. 5m厚的二片 石，坡度为1:1。（三） 倒滤层li设
14、置倒滤层是为了防止墙后回填土流失。倒滤层 采用碎石倒滤层，且不分层，采用级配较好的混 合石料石渣，取其厚度为0.8m,碎石层坡度采 用 1:1. 5o（四）抛石基床1.作用将墙身传来的外力扩散到较大范围的地基上，以 减少地基应力和建筑物的沉降；保护地基免受波 浪和水流的淘刷；整平基面，便于墙身的砌筑和 安装。2.型式因原泥面水深小于码头前设计水深，故采用暗基 床的型式。3.材料采用10100kg块石且有一定级配。4.厚度抛石基床厚度取l.5m。5.肩宽和底宽外肩宽不宜小于1.5倍基床厚度，取2. 3m；内 =10. 5+2. 3+0. 8=13. 6mo（五）挖泥边坡根据地质资料柱状图，挖泥边
15、坡坡度采用淤泥1:5、亚粘土 1:3。（六）变形缝设置变形缝是为了减小由于不均匀沉降和温度 变化在结构内产生的附加应力。变形缝为上下通缝，即胸墙的变形缝设在两个沉箱的接头处，间 距为16m,缝宽采用50mm,用弹性材料填充。第三章沉箱设计第一节沉箱浮游稳定性验算（一）计算资料沉箱浮运距离15km左右，为近程浮运，要求满 足mO. 2mo无实测资料，钢筋混凝土重度标准值为25. OKN/m3,海水重度标准值为10. 25KN/m3,木材重度标准值为8KN/m3 o因该沉箱前后对称，故沉箱的重心在沉箱宽度的（二）沉箱的浮游稳定计算1.沉箱材料体积和体积矩计算沉箱材料体积和体积矩计算表编号构件名称体
16、积计算式体积Vi (m3)形心位置（m）体积矩（m4）Vi yi1前壁0.3X16.0X11.4054.725.70311.902后壁0.3X16.0X11.4054.725.70311.903侧壁0.3X8.4X11.40X257.465.70327.524底板0.4X8.4X15.451.740.2010.355纵隔墙0.2X15.4X11.0033.885.90199.896横隔墙0.2X4.1X11.00X654.125.90319.317端内加强 角0.5X0.22X11.00X40.885.905.198内加强角0.5X0.22X11.00X286.165.9036.349底加强角
17、0.5 X 0.22X (4.1+3.7) X162.500.471.1810前趾0.5X0.3X0.75X16.01.800.500.900.40X0.75X16.04.800.200.9611后趾0.5X0.3X0.75X16.01.800.500.900.40X0.75X16.04.800.200.96总和329.381527.3注：前耻0点为x、y坐标原点沉箱的重心位置： xc = x 10.50 = 5.25m=4.64m，一 Z?少 _ 15273% _ 一 329.382.全部舱加水深2.5m时的浮游稳定计算（1）沉箱的重力和重心高度计算沉箱重力和重心高度计算表计算项目计算式重力
18、 g (KN)重心高度y （in）重力矩g y(KN m)沉箱本身329.38X25.08234.54.6438208.08平台木材8.44 X 867.5211.60783.23全部舱加 水深2.5m4.1X3.7X2.5X8-2.50-0.5X0.22X2.5X32X10.253067.831.655061.91E11369.8544053.22重心高度*=乎=斧=3.87m（2）沉箱排水体积及浮心高度总排水体积:=13.20m3沉箱吃水：土 V-v 1109.25-13.20 T = = = 7.6 ImA 16x9l=J浮心高度： (1109.25 -13.20)x 7.61 / 2
19、+ 2 x(0.9 + 0.96)1109.25(3)定倾高度重心距浮心的距离 a = yc yw = 3.87 3.76 = 0.11 m1109.25定倾半径 八导=9 J.7 x4F）m = 72m定倾高度 m = p-a = 0.73 -0.11 = 0.62m 0.2m故满足沉箱浮游稳定。第二节沉箱吃水验算（一）滑道末端吃水验算沉箱加压载水后吃水为T=7.61m,考虑富裕深度Ini 1 = 1为0.5m,则TV滑道末端水深一富裕深度=9. 5-0. 5=9. Om,所以滑道末端吃水满足要求。（二） 航道中吃水验算沉箱加压载水后吃水为T=7.61m,考虑富裕深度 为0.5m航道水深D=
20、T+Zo+Zi+Z2+Z3+Z4=8. 7+0. 18+0. 3+0. 45+0+0. 4=10. 03m （假设船舶航速6kn,船、浪夹角45 ）, D取10. 10m,则TV航道水深一富裕深度=10.10 一0.5=9. 6m,所以航道中吃水满足要求。（三） 沉放地点吃水验算沉箱加压载水后吃水为T=7. 61m,考虑富裕深度 为0.5m,基床顶面水深为9.7m,则TV基床顶面水深一富裕深度二8.5-0. 5=8m,所以沉放地点 吃水满足要求。Lfj第三节沉箱干舷高度验算沉箱的干舷高度F=HT=ll.47.61=3.79m,考 虑沉箱干舷富裕高度S=1.0m,波高h=1.0m,沉 箱的倾斜角
21、度。=8 ,沉箱顶宽B0=8. 00m,则F tan0 + + S = x 9.00 x tan 8 + x 1.0 +1.0 = 2.23m ,所以沉箱2 3 2 3干舷高度满足要求。第四章作用标准值分类及计算本次设计仅考虑极端高水位、设计高水位和极端低水位情况，按承载能力 极限状态，采用作用效应的持久组合进行计算和验算。第一节结构自重力（永久作用）、设计高水位计算图式如下：其中：混凝土重度：水上24KN/m3 水下14KN/m3钢筋混凝土重度：水上25KN/m3 水下15KN/m3二、极端高水位计算图式如下：其中：设计高水位自重作用计算表项目计算式GKN)距前沿X,(m)G*KNni)胸墙
22、13.0X1.3X24X161497.62.253369.6胸墙22.8X3.0X14X1613442.253024胸墙32.0X2.8X14X161254.44.755958.4胸墙上填料2.0X1.3X18X16748.84.753556.8沉箱329.38X154940.75.2525938.68沉箱上填料(4.0 X 2.4 X 18+4.0 X1.3X10) X163596.87.7527875.2沉箱内填石4.1X3.7X11.0X8-0.5X0.22X 11.0X32-0.5X0.22X (4.1+3.7) X16X1013254.245.2569452.2沉箱后趾填石10.75
23、X (1.3X18+13.0X10) X161840.810.12518638.1沉箱后趾填石20.75X0.5X0.3X10X161810.25184.5E28495.34157997.48每延米自重22作用1780.969874.84混凝土重度：水上24KN/m3 水下14KN/m3钢筋混凝土重度：水上25KN/m3 水下15KN/m3三、极端低水位极端高水位自重作用计算表项目计算式G,(KN)距前沿X,(m)G*KNni)胸墙13.0X0.1X24X16115.22.25259.2胸墙23.0X3.0X14X1620162.254536胸墙32.0X2.8X14X161254.44.75
24、5958.4胸墙上填料2.0X (0.1X18+1.2X10)X16441.64.752097.6沉箱329.38X154940.75.2525938.68沉箱上填料(4.0 X 0.1 X 18+4.0 X2.6X10) X161779.27.7513788.8沉箱内填石4.1X3.7X11.0X8-0.5X 0.22X11.0X32-0.5X0.22X (4.1+3.7) X16X1013254.245.2569452.2沉箱后趾填石10.75 X (0.1 X 18+14.2 X10) X161725.610.12517471.7沉箱后趾填石20.75X0.5X0.3X10X161810
25、.25184.5E25544.94139687.08每延米自重 作用1596.568730.44计算图式如下：其中：混凝土重度：水上24KN/m3 水下14KN/m3钢筋混凝土重度：水上25KN/m3 水下15KN/m3四、抛石基床自重极端低水位自重作用计算表项目计算式GKN)距前沿X,(m)G*KNm)胸墙13.0X1.3X24X161612.82.253628.8胸墙25.0X2.8X24X1638403.2512480胸墙上填料2.0X1.3X18X16748.84.753556.8沉箱93.12X25+ (329.38-93.12) X155871.95.2530827.48沉箱上填料3.0X (1.9X18+1.8X17)X163110.47.7524105.6沉箱内填石(4.1X3.7X4.0X8-0.5X0.22X4.0X32) X17+4.1 X 3.7 X 7.0X8- 0.5X0.22X7.0X32-0.5X0.22X (4.1+3.7) X16X1016634.45.2587330.6沉箱后趾填石10.75X (1.9X18+5.8X
