1、 港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 1 页 共 82 页第一章 总论1.1 港口基本情况港口是水陆联运的枢纽。港口水工建筑物是港口的主要组成部分，一般包括码头防波堤、护岸船台滑道和船坞。码头是供船舶停靠、装卸货物和上下旅客 的水工建筑物，它是港口的主要组成部分。建国初期，我国只有 6 个港口，泊位 233 个，其中万吨级泊位 61 个，年吞吐量 1000 多吨级。50 多年来，我国水运工程建设始终得到党和国家的重视和关怀。1973 年周恩来总理发出了“三年改变港口面貌的号召，使我国港口、航道的建设进入了一个新时期。党的十一届三中全会以来，党的改革开放政策极大的促进了港口建设的步伐，
2、使我国沿海主要港口的大型化、机械化和专业化方面进入了世界水平。到 1995 年底，我国拥有深水泊位 400 多个，总吞吐量超过了 7 亿吨。50 多年代来，依靠科技进步，水运交通基础设施的面貌产生了深刻变化。港口水工建筑物的结构型式也有了很大发展，由起初的短桩小跨、实体重型逐渐采用长桩大跨、空心轻型和预制安装结构；并取得了一系列重大科技成就和具有国际水平的创新成果：如大型格形钢板桩结构、大型预应力混凝土管桩结构和大圆筒的应用、爆炸法处理水下软基和夯实水下抛石基床、土工合成材料和粉煤灰在港口工程的应用、大型沉箱的防浪设计和预制出运等。随着我国自然条件较好的海湾和海岸逐步开发，今后建港将更多地处于
3、各种复杂的条件下，或浪大流急，或海湾平缓，或地基土质松软。同时在适应新的装卸工艺、提高装卸效率、综合利用水资源等方面也对港口水工建筑物的建设提出了新的要求。港口水工建筑物主要分为设计和施工两个阶段，其中设计又可分为工程可靠性研究，初步设计和施工图设计三个程序。本设计主要对重力式码头进行设计，其内容包括：作用及其效应组合的的确定、结构选型、结构布置与构造、建筑物的稳定及结构强度计算等。水运系统自 70 年代初开始应用计算至今，已有初期的编制和应用单一功能、单一结构的数值计算程序，发展到能研制建立软件包、计算机辅助设计系统、计算机模拟实验和计算机自动控制系统。目前对港口水工建筑物中采用各种计算假定
4、、各种计算方法、各种结构型式的梁、板、排价差不多都有一些应用程序提供服务。三维问题的计算，程序的集成化、智能化，结构与介质的相互作用等问题的研究和应用正在进一步发展。过去由于计算机条件的限制而不得不采用各种简化，现在可采用较精确的方法。我国的水运工程系统的计算机应用水平总体上还不高，优化设计、工程数据库和规范库的建立还有待进一步开发。要加快步伐赶上国际水平。港口水工建筑物是港 口工程的 港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 2 页 共 82 页一项主体工程。本设计的目的是：掌握港口水工建筑物计算的基本原理和构造知识，为今 后从事港口水工建筑物的设计工作打下牢固的基础。本设计需用其他课程
5、（如土力学、水力学、水文学、建筑材料、材料力学、结构力学、钢筋混凝土结构和工程施工规范等课程）的有关知识；对港口水工建筑物的经济性、安全性、使用要求和施工条件等方面进行综合考虑，并通过实践来对计算整理编写设计书、绘制施工图纸。1.2 主要设计结论本设计的主要内容有资料分析、总平面布置、装卸工艺、码头结构方案拟定、设计概算、结构计算部分。总平面布置包括水域和陆域两部分的布置情况。水域设计部分包括进港航道，港池及码头前沿水深、回旋水域、锚地等的尺度和水深。陆域部分包括码头前沿线确定，泊位长度，断面宽，高（即码头顶面高程-港池底高程） ，码头坡度的尺度计算及泊位的布置顺序。泊位布置顺序应根据泊位性质
6、（如共同使用机械） 、后方布置（如共同使用堆场） 、风向、铁路等因素综合评估设计。装卸工艺部分包括工艺流程设计，机械数量，主要经济技术指标。工艺流程设计根据泊位调整，工艺拟定做出多用途泊位的工艺流程设计。机械数量包括机械和人员数量。主要经济技术指标有设计年通过能力、泊位数目、库场面积、装卸工人及机械司机人数、劳动生产率、装卸一艘船所需时间等。由于从地质资料知地基条件较好，不易选择高桩，易选用重力式码头。方案设计部分对方块和扶壁两部分进行断面设计，抗滑抗倾稳定验算，对地基承载力验算，整体稳定验算。根据使用要求、自然条件、施工条件对两个方案进行比选。结构选型后对推荐方案进行内力计算并配筋。由于方块
7、的整体稳定性不适用于大型码头，本设计推选扶壁为优选方案并进行内力计算和配筋。1.3 项目背景天津港腾运有限公司由于业务发展的需要，为解决原料及产品的运输问题，集团需配套建设专用的运输码头。拟建 1500 吨几件粮食港头泊位及水文航道、港口配套的堆场等设施。由于腾运有限公司主产变压器等，所以件杂货按钢铁计算。港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 3 页 共 82 页第二章 自然条件2.1 气象2.1.1 气温年平均气温 12平均最高气温 16.1平均最低气温 8.70极端最高气温 39.9（1995 年 7 月 24 日）极端最低气温 -18.3（1953 年 1 月 17 日）冬季，1
8、2 月平均气温-1.2，1 月平均气温-4.3，2 月平均气温-1.7。2.1.2 风春秋季多偏南风，夏季多偏东风，冬季多北至西北风，最大风力 78 级，一般25 级。常风向 SW，频率 9.9，次常风向 SE，频率 8.44，强风向 NW，该风向 67级风出现频率为 0.29。台风很少进入渤海直接在天津沿海登陆，但亦有之。详见风玫瑰图。港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 4 页 共 82 页2.1.3 降水年平均降水量 602.9 mm年最大降水量 1083.5 mm（出现于 1964 年）年最小降水量 278.4 mm（出现于 1968 年）日最大降水量 191.5 mm（出现于
9、 1975 年）每年降水多集中在 78 月，占全年的 62.8；每年 410 月份为主要降水月份，占全年 95.1。据有关年降水资料统计各种雨量平均累计时间：小雨 24.5d，中雨 3d，大雨 5d，合计 32.5d。 2.1.4 雾雾多出现在冬季，据有关资料统计，能见度小于 1km 的大雾平均为 39 h，多发生在一月。考虑雾后恢复作业，每年取影响作业天数为 2.5d。2.2 水文2.2.1 潮位1、基准面换算关系当地平均海平面2.56m大沽零点1.00m天津港理论最低潮面2、潮型本区潮汐性质为不正规半日潮，每日两潮，滞后 45min，一般涨潮时间为 5.5h，退潮时间为 7h，一般潮差为
10、23m，最大可达 4m。3、潮位特征值历年最高高潮位 5.81m （1992 年 9 月 1 日）历年最低低潮位 -1.08m （1957 年 12 月 18 日）港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 5 页 共 82 页历年平均高潮位 3.77m历年平均低潮位 1.34m历年最大潮差 4.37m历年平均潮差 2.43m平均涨潮历时 5h27min平均落潮历时 7h05min4、设计水位设计高水位 4.30m设计低水位 0.50m极端高水位 5.88m极端低水位 -1.295、乘潮水位根据塘沽海洋站 1990、1992、1995 和 1997 年观测资料，全年乘潮水位和冬季乘潮水位分别
11、见表 2-1 和表 2-2：表 2-1 全年乘潮水位 单位：m 乘潮延时 70% 75% 80% 85% 90%1h 3.49 3.43 3.36 3.26 3.142h 3.39 3.32 3.26 3.16 3.043h 3.24 3.18 3.12 3.01 2.894h 3.05 3.00 2.93 2.82 2.71表 2-2 冬季（12 月、1 月、2 月）乘潮水位表 单位：m乘潮延时 70% 75% 80% 85% 90%1h 3.32 3.26 3.19 3.05 2.912h 3.23 3.15 3.08 2.94 2.813h 3.09 3.01 2.94 2.82 2.6
12、84h 2.91 2.84 2.76 2.63 2.50港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 6 页 共 82 页2.2.2 波浪表 2-3 50 年一遇波浪要素水位(m)泥面标高(m)重现期(a)浪向 H1%(m) H4%(m) H5%(m) H13%(m) H(m) (s)TL(m)5.88 50 ENE 3.92 3.43 3.34 2.90 1.96 8.10 65.424.30 50 ENE 3.24 2.83 2.76 2.40 1.63 8.10 59.535.88 50 E 4.01 3.51 3.43 2.98 2.02 7.60 60.644.30 50 E 3.4
13、7 3.05 2.98 2.61 1.79 7.60 55.325.88 50 ESE 4.12 3.61 3.52 3.06 2.09 7.60 60.644.30 50 ESE (3.78) 3.36 3.29 2.89 2.02 7.60 55.325.88 50 SE 3.30 2.86 2.78 2.39 1.58 5.80 42.954.30 50 SE 3.05 2.66 2.60 2.25 1.52 5.80 39.835.88 50 SSE 3.31 2.86 2.79 2.40 1.59 5.80 42.954.30 50 SSE 3.07 2.68 2.62 2.27 1
14、.53 5.80 39.835.88 50 S 3.59 3.12 3.04 2.63 1.76 5.57 40.624.30 50 S 3.26 2.86 2.79 2.43 1.65 5.57 37.795.88 50 SSW 2.93 2.52 2.45 2.10 1.37 5.24 37.234.30 50 SSW 2.57 2.22 2.17 1.86 1.23 5.24 34.835.88 50 SW 3.22 2.78 2.71 2.32 1.54 6.13 46.274.30 50 SW 2.70 2.34 2.28 1.96 1.31 6.13 42.725.88 50 WS
15、W 1.89 1.60 1.56 1.31 0.84 4.37 28.084.3-250 WSW 1.63 1.39 1.35 1.14 0.73 4.37 26.83水位(m)泥面标高(m)重现期(a)浪向 H1%(m) H4%(m) H5%(m) H13%(m) H(m) (s)TL(m)5.88 50 ENE 3.65 3.20 3.13 2.72 1.86 8.10 61.814.30 50 ENE 2.94 2.59 2.53 2.21 1.52 8.10 55.205.88 50 E 3.72 3.27 3.19 2.78 1.90 7.60 57.394.30-150 E 3.1
16、5 2.78 2.72 2.39 1.66 7.60 51.38港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 7 页 共 82 页5.88 50 ESE 3.92 3.45 3.37 2.95 2.04 7.60 57.394.30 50 ESE (3.18) (3.18) 3.15 2.80 1.99 7.60 51.385.88 50 SE 3.15 2.73 2.66 2.30 1.54 5.80 41.074.30 50 SE 2.89 2.54 2.48 2.17 1.48 5.80 37.365.88 50 SSE 3.16 2.75 2.68 2.31 1.55 5.80 41.
17、074.30 50 SSE 2.92 2.57 2.51 2.19 1.50 5.80 37.365.88 50 S 3.53 3.09 3.01 2.62 1.78 5.57 38.924.30 50 S (3.18) 2.82 2.76 2.43 1.69 5.57 35.525.88 50 SSW 2.84 2.46 2.39 2.05 1.36 5.24 35.804.30 50 SSW 2.48 2.15 2.10 1.81 1.22 5.24 32.865.88 50 SW 3.05 2.65 2.58 2.23 1.48 6.13 44.134.30 50 SW 2.53 2.2
18、0 2.15 1.86 1.25 6.13 39.985.88 50 WSW 1.80 1.53 1.48 1.25 0.80 4.37 27.364.3 50 WSW 1.52 1.30 1.26 1.07 0.69 4.37 25.65水位(m)泥面标高(m)重现期(a)浪向 H1%(m) H4%(m) H5%(m) H13%(m) H(m) (s)TL(m)5.88 50 ENE 3.35 2.95 2.88 2.52 1.74 8.10 57.774.30 50 ENE (2.58) 2.31 2.26 1.99 1.39 8.10 50.265.88 50 E 3.43 3.02 2
19、.96 2.59 1.79 7.60 53.734.30 50 E (2.58) (2.58) (2.58) 2.31 1.65 7.60 46.865.88 50 ESE (3.53) 3.30 3.23 2.85 2.00 7.60 53.734.30 50 ESE (2.58) (2.58) (2.58) (2.58) 2.00 7.60 46.865.88 50 SE 2.99 2.61 2.55 2.21 1.50 5.80 38.844.30 50 SE (2.58) 2.42 2.37 2.09 1.47 5.80 34.415.88 50 SSE 3.01 2.63 2.57
20、2.23 1.52 5.80 38.844.30 50 SSE (2.58) 2.45 2.40 2.12 1.49 5.80 34.415.88 50 S 3.35 2.95 2.88 2.52 1.74 5.57 36.894.30 50 S (2.58) (2.58) (2.58) 2.33 1.67 5.57 32.785.88 50 SSW 2.62 2.28 2.22 1.91 1.28 5.24 34.054.30050 SSW 2.23 1.96 1.91 1.66 1.13 5.24 30.42港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 8 页 共 82 页5.88 50
21、SW 2.71 2.36 2.30 1.99 1.33 6.13 41.624.30 50 SW 2.16 1.89 1.85 1.60 1.09 6.13 36.725.88 50 WSW 1.59 1.36 1.32 1.12 0.72 4.37 26.384.3 50 WSW 1.30 1.11 1.08 0.92 0.59 4.37 24.082.2.3 海流本区基本为往复流型，涨潮主流向 NW，落潮主流向 SE，涨潮流速大于落潮流速，流速小于 0.4m/s 的累积频率为 96.4%。2.2.4 冰凌本区每年冰期一般在 90110d 左右（12 月至翌年 3 月初） ，固定冰范围一般为
22、0.10.5km，冰厚 0.10.25m；流冰一般距岸 1020km，流冰厚 0.10.3m，流速0.3m/s 左右。2.3 地形、地貌及工程泥沙2.3.1 地形现有海岸为人工堤岸，大神堂至蛏头沽堤岸为石质，局部外加木桩。大神堂至涧河堤岸为土质。2.3.2 海岸地貌汉沽区地处渤海湾沿岸滨海平原区，地势低平，坡度一般在 0.31.6之间。海岸线长度约 32km。区内仅有一条河流蓟运河，在区内的长度约 26km，一般宽度为190300m，蓄水能力为 0.5316 亿 m3，年均入海水量为 5.9 亿 m3。汉沽海域位于渤海湾中部，东起涧河西侧至大神堂段为缓慢淤积段，滩面以粉沙、粘土质粉沙为主。滩面
23、宽阔，达 35001500m，坡度平缓，为 0.581.13，年淤积厚度约为 11.5cm。大神堂至蛏头沽段为冲刷型海岸，坡度为 1.311.41，海岸年蚀退约 1656m。天津市海岸带海岸类型为堆积型平原海岸，即典型的粉砂、淤泥质海岸。其特点是岸线平直，地貌类型比较简单，浅滩宽度平坦，岸滩变化动态十分活跃。一级海岸类型。汉沽区大神堂至南堡海岸属缓慢淤积型海岸。岸滩特征是，浅滩宽（35007000m） ，平缓（坡降 0.411.41） ，分带现象不明显，龟裂发育；沉积物主要为粘土质粉砂、粉砂；滩面普遍淤积，岸滩大部向海延伸，滩面淤积速度 211.5cm/年。在蛏头沽至大神堂岸段，海岸滩面宽度小
24、（34003500m） ，坡度大（坡降 1.131.41） ，冲刷带直抵岸堤，岸堤有冲刷淘蚀现象；沉积物以粘土质粉砂为主，在该岸段的水下岸港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 9 页 共 82 页坡冲淤变化是零未线普遍冲刷，零未等深线冲淤速度为 1256cm/年，-2.0m 线则淤积较快，-5.0m 以外则淤积缓慢。2.4 地质条件2.4.1 土层描述及分布特征本工程勘察区主要分布有五层，按力学性质可进一步划分为 9 个亚层，自上而下依次为：1、第四系全新统中组海相沉积层（Q 42m）厚度 16.0019.20m，底板标高-15.44-19.95m。该层从上而下可分为 5 个亚层。第一
25、亚层，淤泥为主（力学分层号 1）：位于场地顶面，厚度一般为0.401.00m。呈灰色，流塑状态为主，无层理，含贝壳、有机质、腐殖物，属高压缩性土。局部为流泥。第二亚层，粉质粘土为主（力学分层号 2）：厚度一般为 1.803.00m，1、2、3号孔附近厚度较大，达 6.107.50m 左右，呈灰色，流塑软塑状态，有层理，含蚌壳，属高压缩性土。局部顶部夹淤泥质土。第三亚层，粉土为主（力学分层号 3）：厚度变化较大，一般为 1.005.50m，呈灰色，稍密中密状态，局部呈密实状态，无层理，含蚌壳，属中压缩性土。夹粉质粘土透镜体。第四亚层，淤泥质粉质粘土为主（力学分层号 4）：厚度变化较大，一般在 6
26、.00m左右，呈灰色，流塑状态，有层理，含蚌壳，属高压缩性土。该层土以粘性大淤泥质粉质粘土为主，局部为淤泥质粘土。第五亚层，粉质粘土为主（力学分层号 5）：厚度一般为 4.50m 左右，呈灰色，流塑软塑状态，有层理，含蚌壳，属中等压缩性土。总体以粉质粘土为主，局部为粘土，夹中密密实状态粉土透镜体。2、第四系全新统下组沼泽相沉积层（Q 41h）厚度一般为 0.903.00m，顶板标高-15.44-19.95m。主要由粉质粘土（力学分层号）组成，局部为粘土，呈灰黑色浅灰色，可塑状态为主，无层理，一般顶部含较多腐殖物、有机质、属中压缩性土。局部夹粉土透镜体。3、第四系全新统下组陆相冲积层（Q 41a
27、l）厚度一般为 6.50m 左右，顶板标高一般为-17.94-20.87m。主要由粉质粘土（力学港码头工程 15000 吨级件粮食港头设计第 10 页 共 82 页分层号）组成，局部为粘土，呈灰黄色褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，局部含蚌壳及礓石，属中压缩性土。夹粉土及粉砂透镜体。4、第四系上更新统第五组陆相冲积层（Q 3eal）厚度 4.50m 左右，顶板标高一般为-24.87-27.04m，主要由粉质粘土（力学分层号）组成，呈褐黄色，可塑状态，无层理，含铁质，属中压缩性土。局部分布粉土透镜体。5、第四系上更新统第四组海相沉积层（Q 3dmc）本次勘察 35.00m 未穿透该层，揭示厚度 5.00m 左右，顶板标高一般为-29.71-30.96m，主要由粘土（力学分层号）组成，以灰色为主，局部呈黄灰色，软塑可塑状态，无层理，含少量贝壳，属中压缩性土，局部夹粉质粘土透镜体。2.4.2 各土层的物理力学指标见表 2-42.5 地震抗震设防烈度为 8 度，设计基本地震加速度值为 0.2g。2.6 地理位置天津港是首都北京及天津市的海上门户，踞海河下游及入海口处，地处渤海西部海岸中心位置，距天津市区 66 公里，距北京市 170 余公里，同世界上 160 多个国家和地区的300 多个港口有航运业务往来。
