沉箱碼頭計(jì)算書

1、任務(wù)要求：碼頭設(shè)計(jì)高水位12米，低水位7.4米，設(shè)計(jì)船型20000噸，波高小于1米，地面堆貨20kpa，Mh1630門座式起重機(jī)，地基承載力不足，須拋石基床。一擬定碼頭結(jié)構(gòu)型式和尺寸1 擬定沉箱尺寸：船舶噸級為20000噸，查規(guī)范得相應(yīng)的船型參數(shù)：設(shè)計(jì)船型總長（m）型寬（m）滿載吃水（m）18327.610.5即吃水為10.5米。其自然資料不足，故此碼頭的前沿水深近似估算為：，設(shè)計(jì)低水位7.4米，則底高程：，因此定底高程-5.1m處。由于沉箱定高程即為胸墻的底高程，此處胸墻為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，要求滿足施工水位高于設(shè)計(jì)低水位，因此沉箱高度要高于碼頭前沿水深12.1m。綜上，選擇沉箱尺寸為： 。

2、下圖為沉箱的尺寸圖：2擬定胸墻尺寸：如圖，胸墻的頂寬由構(gòu)造確定，一般不小于0.8m，對于?？啃⌒蛢?nèi)河船舶的碼頭不小于0.5m。此處設(shè)計(jì)胸墻的頂寬為1.0m。設(shè)其底寬為5.5m，檢驗(yàn)其滑動和傾覆穩(wěn)定性要求是否滿足要求：（由于此處現(xiàn)澆胸墻部分鋼筋直接由沉箱頂部插入，可認(rèn)為其抗滑穩(wěn)定性滿足要求，只需驗(yàn)算其抗傾穩(wěn)定性） 設(shè)計(jì)高水位時(shí)胸墻有效重力小于設(shè)計(jì)低水位時(shí)，對于胸墻的整體抗傾不利，故考慮設(shè)計(jì)高水位時(shí)的抗傾穩(wěn)定。沉箱為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，其重度在水上為 ，水下為 ，則在設(shè)計(jì)高水位時(shí)沉箱的自重為：則 。自重G對O點(diǎn)求矩： ?？紤]到有門機(jī)在前沿工作平臺工作時(shí)，胸墻的水平土壓力最大，此處門機(jī)荷載折算為線性荷載

3、為： 。（此處近似用朗肯土壓力進(jìn)行驗(yàn)算）朗肯主動土壓力系數(shù)：。則其土壓力分布如上圖：如上圖，其各點(diǎn)的土壓力強(qiáng)度為：則其土壓力為：。作用點(diǎn)至墻底的距離為：則土壓力對墻前O點(diǎn)的彎矩值為：。綜上： ，即說明在高水位時(shí)胸墻能保持抗傾穩(wěn)定。即胸墻的尺寸為：頂寬為1.0m，底寬為5.5m，高為4.6m。則碼頭的結(jié)構(gòu)形式及尺寸如圖：二、計(jì)算高低水位時(shí)抗滑、抗傾穩(wěn)定性及地基應(yīng)力1、荷載作用分類及計(jì)算：（1）結(jié)構(gòu)自重力（永久作用）：a、設(shè)計(jì)高水位情況：設(shè)計(jì)高水位自重作用計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算式Gi（KN)Xi(m)Gi*Xi(KN*m)沉箱前、后面板、縱隔墻(13.05*0.3*+13.05*2)*13*152035.

4、80 5.50 11196.90 沉箱側(cè)板、橫隔墻（13.05*4.25*0.3*4+13.05*4.25*0.2*4）*151663.90 5.50 9151.45 沉箱底板（9.3*0.25*13）*15816.10 5.50 4488.55 沉箱前趾（0.45+0.85）*0.9*0.5*13*15114.10 0.50 56.60 沉箱內(nèi)填土4.25*4*13.05*9.5*612645.45 5.50 69549.98 胸墻(1+2.5)*1.5*0.5*23.5+(2.5+5.5)*3.1*0.5*13.5*132979.00 0.40 1191.60 胸墻后填土(4.8+7.8)

5、*3.1*0.5*9.5+(7.8+9.3)*1.5*0.5*18*135414.00 4.12 22305.68 總計(jì)25668.35 117940.76 每延米自重作用25668.35/131974.49 9072.37 b 、設(shè)計(jì)低水位情況：設(shè)計(jì)低水位自重作用計(jì)算表項(xiàng)目計(jì)算式Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN*m)沉箱前面板、后面板、縱隔墻2*（0.3*12.5*13*15+0.3*1.05*13*25）+0.2*12.5*13*15+0.2*1.05*13*252223.00 5.55 12337.65 沉箱側(cè)板，橫隔板2*（0.3*12.4*12.5*15+0.3*12.4*1.0

6、5*25）+0.2*12.4*12.5*15+0.2*12.4*1.05*252120.40 5.55 11768.22 沉箱底板10.2*0.45*13*15895.05 5.55 4967.53 沉箱前趾0.85*0.9*13*15149.18 0.45 67.13 沉箱內(nèi)填石6*（3.4*3.65*12.5*9.5+3.4*3.65*1.05*18）10249.42 5.55 56884.28 胸墻（1+5.5）*4.6/2*13*23.54567.23 2.79 12719.72 胸墻后填土(3.8+8.3)*4.6/2*13*186512.22 7.04 45819.98 總計(jì)267

7、16.49 144564.50 每延米自重作用2055.11 11120.35 （2）、土壓力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算：碼頭后填料為粗砂，水上水下的內(nèi)摩擦角 ，沉箱以下外摩擦角 。主動力系數(shù)為： ；。土壓力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：其中 。a、 碼頭后填料土壓力（永久作用）：設(shè)計(jì)高水位情況：；（與相差很小，近似忽略）。土壓力強(qiáng)度分布圖見上圖高水位計(jì)算作用分布圖。土壓力為：；土壓力標(biāo)準(zhǔn)值的水平力：；土壓力標(biāo)準(zhǔn)值的豎向力：；土壓力引起的傾覆力矩為： 土壓力引起的穩(wěn)定力矩為：。設(shè)計(jì)低水位情況：；（相差不大，近似和相等）；。土壓力強(qiáng)度分布圖見上圖低水位計(jì)算作用分布圖。土壓力為：；土壓力標(biāo)準(zhǔn)值的水平力：；土壓力標(biāo)準(zhǔn)值的豎向力

8、：；土壓力引起的傾覆力矩為：土壓力引起的穩(wěn)定力矩為：。b 、堆貨荷載產(chǎn)生的土壓力：各種水位時(shí)，堆貨荷載產(chǎn)生的土壓力強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值相同。 ；。（近似相等，均取5.80kPa）土壓力強(qiáng)度分布圖見上圖高水位計(jì)算作用分布圖。堆貨荷載引起的水平作用：；堆貨荷載引起的豎向作用：；堆貨荷載引起的傾覆力矩：；堆貨荷載引起的穩(wěn)定力矩：。c、碼頭前沿堆貨引起的豎向作用：碼頭前沿堆貨范圍按7m計(jì)算。 ；碼頭前沿堆貨產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩：。d、門機(jī)荷載產(chǎn)生的土壓力計(jì)算（可變作用）：沉箱長度為13m，故考慮時(shí)僅按一臺門機(jī)產(chǎn)生的土壓力計(jì)算，在吊臂處于不同位置下各種水位中，門機(jī)產(chǎn)生的土壓力范圍相同。如圖情況3：A、B前腿為1100K

9、N、400KN，C、D后腿為400KN、1100KN。門機(jī)后退產(chǎn)生的附加土壓力強(qiáng)度：；門機(jī)后腿產(chǎn)生附加土壓力引起的水平作用和傾覆力矩：門機(jī)后腿產(chǎn)生附加土壓力引起的豎向作用和穩(wěn)定力矩：門機(jī)前腿產(chǎn)生附加土壓力引起的豎向作用和穩(wěn)定力矩：其余兩種情況類似，但是1和2情況下，后腿豎向荷載小于3情況，故產(chǎn)生的附加土壓力也小于3情況，考慮最不利情況時(shí)，僅需考慮3情況即可。(3)、船舶系纜力（可變作用） ；。因?yàn)榇颂幨呛８鄞a頭，按要求，則 ；系纜力引起的水平作用和傾覆力矩為： ；。（4）、碼頭荷載標(biāo)準(zhǔn)值匯總碼頭荷載匯總表作用分類荷載情況垂直力（KN/m)水平力（KN/m)穩(wěn)定力矩（KN*m/m傾覆力矩（KN*

10、m/m)永久作用自重力設(shè)計(jì)高水位1974.49 9072.37設(shè)計(jì)低水位2055.11 11120.35填料土壓力設(shè)計(jì)高水位110.02531.291122.203540.73設(shè)計(jì)低水位144.74698.931476.354795.74可變作用堆貨土壓力22.34107.88415.522006.57前沿堆貨140.00938.00門機(jī)作用122.0632.28385.49164.64船舶系纜力18.582、碼頭穩(wěn)定性驗(yàn)算（1）作用荷載效應(yīng)組合持久組合：設(shè)計(jì)高水位（永久作用）+堆貨（主導(dǎo)可變作用）；（波浪力為0）短暫組合：波浪力為0，故此不予考慮；偶然組合：非正常撞擊、火災(zāi)、爆炸等未考慮；地

11、震組合：可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。（2）碼頭沿基床頂面的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：此處無波浪作用，堆貨土壓力為主導(dǎo)可變作用時(shí)：（3）碼頭沿機(jī)床頂面的抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算：此處無波浪作用，考慮堆貨土壓力為主導(dǎo)可變作用時(shí)：抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算表 項(xiàng)目組合情況土壓力為主導(dǎo)可變作用：r0(re1EH+rE2EqH+rpPB)1/rd(rgG+rE1Ev+Re2Eqv+ruPBu)fr0rE1EHrE2EqHrpPB結(jié)果rdrgGEvEqvruPBuf結(jié)果結(jié)論持久組合高水位1.01.35531.291.25107.880.71.20852.091.11.01974.49110.0222.341.200.61173.24穩(wěn)定低水位

12、1.01.35698.931.25107.880.71.201078.411.11.02055.11144.7422.341.200.61242.78穩(wěn)定抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算表 項(xiàng)目組合情況土壓力為主導(dǎo)可變作用：r0(re1MEH+rE2MEqH+rpMPB)1/rd(rgMG+rE1MEv+Re2MEqv+ruMPBu)r0rE1MEHrE2MEqHrpMPB結(jié)果rdrgMGMEvMEqvruMPBu 結(jié)果結(jié)論持久組合高水位1.01.353540.71.252006.60.71.207228.21.351.09072.371122.201739.01.209452.66穩(wěn)定低水位1.01.35

13、4795.71.252006.60.71.208982.41.351.011120.31476.351739.01.2011323.8穩(wěn)定（4）基床承載力驗(yàn)算：持久組合：設(shè)計(jì)低水位（永久作用）+堆貨（可變作用）；（波浪力為0）短暫組合：波浪力為0，故此不予考慮；偶然組合：非正常撞擊、火災(zāi)、爆炸等未考慮；地震組合：未進(jìn)行抗震驗(yàn)算。持久組合是基床頂面應(yīng)力計(jì)算： ； ； ； ；=2.95m<B/3=10.2/3=3.4m，此時(shí)基床應(yīng)力采用： ；則： ;綜上，拋石基床承載力滿足強(qiáng)度要求。2、地基承載力驗(yàn)算：拋石基床厚度為2m，則驗(yàn)算地基表面應(yīng)力： ； ；此處 故 。則： ； 。那么： ，則地基承載力滿足要求。三、沉箱的浮游穩(wěn)定計(jì)算沉箱材料體積和體積矩的計(jì)算表無壓載時(shí)沉箱重心位置（鋼筋混凝土重度為25kN/m3）Xc=5.43mYc