港口水工建筑物課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、港口水工建筑物課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書設(shè)計(jì)開始日期 設(shè)計(jì)完成日期 指 導(dǎo) 教 師港航教研室主任 港口水工建筑物課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書一、課程設(shè)計(jì)的目的 通過本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生學(xué)會(huì)綜合運(yùn)用有關(guān)學(xué)科的知識(shí)， 對(duì)沉箱重 力式順岸碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)步驟和方法有一初步了解， 鞏固和加深所學(xué) 的部分基本知識(shí)、基本理論和基本技能，并在運(yùn)算、編寫說明書和繪 圖等方面得到基本訓(xùn)練。初步培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工作問題的能力。二、課程設(shè)計(jì)的步驟（一）沉箱重力式順岸碼頭標(biāo)準(zhǔn)斷面一般由墻身、 胸墻、拋石基 體、墻后回填和碼頭設(shè)備等幾部分組成。進(jìn)行一項(xiàng)工程設(shè)計(jì)時(shí)，首先 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書提供的水文、氣象、地質(zhì)等資料，考慮施工條件和使 用要求擬定碼頭標(biāo)準(zhǔn)斷

2、面各部分構(gòu)造和尺寸即構(gòu)造設(shè)計(jì)， 然后進(jìn)行強(qiáng) 度和穩(wěn)定性驗(yàn)算。1、碼頭前沿頂標(biāo)高和碼頭前沿底標(biāo)高 根據(jù)設(shè)計(jì)水位和規(guī)范及實(shí)際地質(zhì)、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(jià)的一個(gè)主要尺度。 確定碼頭底 寬的方法， 一般是按已往工程實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)并對(duì)比已建成的、 設(shè)計(jì)資料 類似的碼頭初步擬定碼頭底寬， 然后粗略的進(jìn)行沿碼頭底面的抗滑穩(wěn) 定性和抗傾穩(wěn)定性及地基應(yīng)力的驗(yàn)算。 根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果， 加大或減少碼 頭底寬，直至獲得一個(gè)比較合適的底寬為止。 根據(jù)這個(gè)底寬進(jìn)行碼頭 斷面構(gòu)造設(shè)計(jì)和沉箱的構(gòu)造設(shè)計(jì)及沉箱浮游穩(wěn)定驗(yàn)算， 再詳細(xì)進(jìn)行碼 頭的各項(xiàng)穩(wěn)定驗(yàn)算，最后確定出比較經(jīng)濟(jì)合理的碼頭底

3、寬3、胸墻設(shè)計(jì)（1）頂寬：胸墻上有安裝門機(jī)前軌、管溝、系船柱等設(shè)備要求 時(shí)，其頂寬應(yīng)滿足安裝設(shè)備要求；當(dāng)沒有上述設(shè)備時(shí)，其頂寬一般不 應(yīng)小于 0.8 米。2）底寬：應(yīng)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(shè)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(biāo)高：一般胸墻均采用現(xiàn)場灌注混凝土，所以胸墻底部 標(biāo)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(nèi) 0.3 0.5 米。如不采用現(xiàn)場灌注混凝土結(jié)構(gòu)，其底部標(biāo)高的確定可參見有 關(guān)規(guī)定確定。4）變形縫間距等于沉箱的長度加上一個(gè)沉箱構(gòu)造縫寬；當(dāng)?shù)鼗?為巖基且基床較薄時(shí)，

4、亦可兩個(gè)或三個(gè)沉箱設(shè)一個(gè)變形縫。 縫寬采用 25 厘米，做成上下垂直通縫。本次設(shè)計(jì)因地基土為很厚的亞粘土， 所以變形縫間距取為一個(gè)沉 箱長度加上一個(gè)沉箱構(gòu)造縫寬。4、墻后回填對(duì)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(yīng)該根據(jù)建造碼頭地區(qū)的具體條件和碼頭使用要求選擇最經(jīng)濟(jì)合理的回填料及合理確定墻后回填料斷面 各部分尺寸。對(duì)墻后一定范圍內(nèi)的回填料有兩個(gè)基本要求， 一是對(duì)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(shè) 拋填棱體和不設(shè)拋填棱體的兩種類型。對(duì)于地震活動(dòng)

5、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， 但耗用大量拋填材料也未 必是經(jīng)濟(jì)的。 因此，碼頭墻后是否設(shè)置拋填棱體和棱體斷面尺寸的選 擇應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)型式和當(dāng)?shù)夭牧锨闆r通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jí)式棱體。 分級(jí)式棱體一 般不多于兩級(jí)，棱體較高時(shí)，可采用三級(jí)。采用分級(jí)式棱體，要求下 級(jí)棱體坡面的倒濾層宜伸入上級(jí)棱體不少于 0.5 米。對(duì)于沉箱碼頭， 由于墻身縫少并且比較集中， 可在變形縫處設(shè)置 倒濾層空腔，墻后可不設(shè)置拋填棱體，而全部用土或砂回填。但當(dāng)有 量大廉價(jià)的棱體材料時(shí)，也可設(shè)置拋填棱體。如大連地區(qū)，塊石比砂

6、宜取，價(jià)格也較便宜，所以沉箱碼頭墻后都設(shè)拋石棱體。為避免填土在棱體密實(shí)下沉后從墻身縫隙中流失， 棱體頂面應(yīng)高 出預(yù)制安裝的墻身不小于 0.3 米。2）倒慮層墻后設(shè)置拋石棱體時(shí)， 為防止回填土的流失， 在拋石棱體的頂面 和坡面應(yīng)設(shè)置倒慮層。3倒慮層可分層或不分層鋪設(shè)。 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(yīng)采用級(jí)配較好的天然石料（如石渣、砂 卵石等）或粒徑 1 7、28 厘米碎石，厚度分別不得小于 0.6 米和 0.4 米。對(duì)于多級(jí)棱體，水下各級(jí)的倒慮層厚度可適當(dāng)加大。拋填棱體及倒慮層的坡度應(yīng)根據(jù)所

7、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(dāng)施工 期間有波浪影響時(shí)，坡度應(yīng)適當(dāng)放緩。5 拋石基床設(shè)計(jì)拋石基床設(shè)計(jì)包括選擇基床型式、 確定基床厚度、 基槽的底寬和 邊坡坡度、基床肩寬，規(guī)定塊石的重量和質(zhì)量要求等。拋石基床設(shè)計(jì) 要求可見港口水工建筑物重力式碼頭有關(guān)內(nèi)容?；埠穸纫话愀鶕?jù)地基承載力由計(jì)算確定， 即沉箱底面應(yīng)力經(jīng)過 基床擴(kuò)散后應(yīng)小于地基承載力。 這需要在本設(shè)計(jì)第四項(xiàng)： 碼頭基床和 地基床力驗(yàn)算時(shí)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(shè)備碼頭設(shè)備主要有系船設(shè)備、 防沖設(shè)備， 如碼頭設(shè)有門機(jī)和火車

8、還 有軌道結(jié)構(gòu)等。這部分設(shè)備及構(gòu)造的選擇可根據(jù)港口水工建筑物確定。（二）確定沉箱的尺度并驗(yàn)算沉箱的吃水、 干舷高度和浮游穩(wěn)定 性。1、沉箱的構(gòu)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傾倒及水平滑動(dòng)的穩(wěn)定性和地基強(qiáng)度 所決定，同時(shí)也要滿足浮運(yùn)時(shí)吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性的要求， 如不滿足時(shí)應(yīng)盡量從施工上采取措施。這次課程設(shè)計(jì)中我們在碼頭斷面的設(shè)計(jì)時(shí)， 已初步擬定了沉箱的 底寬，我們可根據(jù)這個(gè)底寬進(jìn)行沉箱的構(gòu)造設(shè)計(jì)， 接著進(jìn)行沉箱在浮 運(yùn)的吃水、 干舷高度和浮游穩(wěn)定性的驗(yàn)算， 然后再詳細(xì)進(jìn)行碼頭的各 項(xiàng)穩(wěn)定驗(yàn)算。（工程上，根據(jù)驗(yàn)算的結(jié)果， 還可增大或減

9、少沉箱底寬， 進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)算，以獲得最經(jīng)濟(jì)合理的沉箱底寬。 ）為了減小沉箱的底寬， 可以在底板的一側(cè)或兩側(cè)加設(shè)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(yīng)高出施工水位 0.30.5 米。沉箱的長度由施工設(shè)備能力和碼頭變形縫間距確定。 本次設(shè)計(jì)因 予制場的滑道寬度為 13米，沉箱制作平臺(tái)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(qiáng)沉箱的剛度和減小箱壁及箱底的跨度， 箱內(nèi)設(shè)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，

10、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(jì)算的，為了符合 這種計(jì)算圖式，孔洞下緣到箱底的距離不宜小于 1.5l。箱內(nèi)的縱橫隔 墻一般按對(duì)稱布置，其上所有孔洞的上、下緣應(yīng)布置在同一高程上。3）箱內(nèi)填料沉箱內(nèi)的填料一般采用砂或塊石。本次設(shè)計(jì)采用 10 100kg 塊 石。4）沉箱的尺寸沉箱和底板的厚度由計(jì)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(gòu)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(shè)計(jì)所有箱格都沒有抽干水的要求。 構(gòu)件轉(zhuǎn)

11、 角處是應(yīng)力集中的地方，為防止干裂，以設(shè)置加強(qiáng)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(shè)計(jì)考慮墻后設(shè)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(guān)內(nèi)容進(jìn)行沉箱浮游穩(wěn)定、吃水和 干舷高度的驗(yàn)算， 確定浮運(yùn)過程中壓水的要求。 預(yù)制廠至本港區(qū)的水 上運(yùn)輸距離約 15 公里。3、用 1：100 比例畫出標(biāo)準(zhǔn)段碼頭剖視圖。（三）確定各種計(jì)算情況的荷載組合圖式。1、荷載本設(shè)計(jì)考慮下列設(shè)計(jì)荷載：建筑物自重（包括固定設(shè)備重量） ： 土壓力；地面使用荷載

12、（包括堆貨、 鐵路、汽車、流動(dòng)起重運(yùn)輸機(jī)械）： 船舶荷載。校核荷載根據(jù)實(shí)際情況確定。本次設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)和計(jì)算方法可分別按港口水工建筑 物及規(guī)范的有關(guān)規(guī)定選取。2、荷載組合 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)可能同時(shí)出現(xiàn)的各種荷載進(jìn)行最不利的組合，并把水 位作為一個(gè)組合條件考慮。要求繪制各種計(jì)算情況的荷載組合圖式。荷載組合分為設(shè)計(jì)組合、校核組合和特殊組合三種。 本次設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組合，即水位采用 水位，荷載采用。（四）進(jìn)行碼頭各項(xiàng)穩(wěn)定的驗(yàn)算碼頭穩(wěn)定性驗(yàn)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)

13、定性；4、基床和地基應(yīng)力；5、沉箱底合力作用位置；6、整體穩(wěn)定性； 上述各項(xiàng)驗(yàn)算的具體要求可見港口水工建筑物和土力學(xué) 中有關(guān)內(nèi)容。此外 15 各項(xiàng)還可參照重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范 中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；第 6 項(xiàng)還可參照港口工程地基規(guī)范中有關(guān)規(guī) 定執(zhí)行。沉箱碼頭計(jì)算斷面的平均沉降量的允許值為 2025 厘米。（五）進(jìn)行沉箱內(nèi)計(jì)算 因本設(shè)計(jì)時(shí)間有限，值要求進(jìn)行沉箱內(nèi)力計(jì)算，不搞沉箱配筋計(jì) 算。1、復(fù)習(xí)港口水工建筑物有關(guān)沉箱壁和箱底的計(jì)算荷載和計(jì)算 圖式及內(nèi)力計(jì)算方法的內(nèi)容。2、分析沉箱的受荷情況并計(jì)算外荷載的強(qiáng)度。3、選擇對(duì)于沉箱各部位構(gòu)件的最不利荷載情況。4、計(jì)算個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力，確定設(shè)計(jì)的最大正負(fù)彎

14、矩。（六）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書及繪圖1、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書內(nèi)容包括：1） 設(shè)計(jì)資料；2） 自己計(jì)算過程和結(jié)果；3）設(shè)計(jì)中存在的問題和意見。要求書寫整齊，表達(dá)清楚準(zhǔn)確，簡單扼要，獨(dú)立完成，并附必要 插圖。2、獨(dú)立完成 1#圖紙一張。圖中應(yīng)有碼頭標(biāo)準(zhǔn)段平面圖、立面圖和剖視圖，要求圖面布置勻稱、比例得當(dāng)、整潔、表達(dá)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、港口工程荷載規(guī)范( JTJ215-98)， 交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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

15、通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司、交 通部第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與施工規(guī)范( JTJ290-98)，交通部第四航務(wù)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(shè)計(jì)與施工規(guī)范( JTS167-2-2009 )，交通部第四航務(wù)工程局有限公司、中 交四航局港灣工程設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與施工規(guī)范( JTJ298-98)，交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院主編，人民交 通出版社， 1998 年 8 月第 1 版。防波堤設(shè)計(jì)與施工規(guī)范(

16、JTS154-1-2011)，中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(wù)工程勘察設(shè)計(jì)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(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司主編，人民 交通出版社， 2013年 4月第 1 版。6、水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范( JTJ225-98)，中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院、交通部第一航務(wù)工程勘 察設(shè)計(jì)院主編，人民交通出版社， 1998年 8月第 1 版。7、碼頭附屬設(shè)施技術(shù)規(guī)范( JTJ297-2001)，中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)

17、計(jì)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(duì)照，以新版為準(zhǔn)。附錄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(shè) 計(jì)沉箱時(shí)應(yīng)考慮予制場的設(shè)備條件。 予制場的沉箱制作平臺(tái)的平面尺 寸為 10 12.5 米；溜放平車載重量不超過 600 噸；架立鋼模板和現(xiàn) 場灌注混凝土使用的塔吊。其起重能力為 26 噸（與吊臂有關(guān)）；滑 道末端標(biāo)高 -6.0 米；臺(tái)車和平臺(tái)的總高度為 2.5 米；從予制場至擬 建碼頭處

18、的航道底標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)模數(shù) 化的外形尺度，其有關(guān)規(guī)定如下：一） 沉箱平面尺度對(duì)照表序號(hào)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(jí)差100.3m，短邊級(jí)差 0.2m；若不等分格時(shí)則長短邊級(jí)差均可將為 0.1m。2、長短邊尺寸可按設(shè)計(jì)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(jí) 根據(jù)大連地區(qū)施工潮位，沉箱頂標(biāo)高一般取 2.5m，又根據(jù)予制 場設(shè)備能力，一般 12.5m以下任意高度均可予制， 一