港口水工建筑物課程設(shè)計指導(dǎo)書

1、港口水工建筑物課程設(shè)計指導(dǎo)書設(shè)計開始日期設(shè)計完成日期指導(dǎo)教師港航教研室主任港口水工建筑物課程設(shè)計指導(dǎo)書一、課程設(shè)計的目的 通過本課程設(shè)計使學(xué)生學(xué)會綜合運用有關(guān)學(xué)科的知識， 對沉箱重 力式順岸碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計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、基本理論和基本技能，并在運算、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)生解決實際工作問題的能力。二、課程設(shè)計的步驟（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。進行一項工程設(shè)計時，首先 根據(jù)設(shè)計任務(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)斷面各部分構(gòu)造

2、和尺寸即構(gòu)造設(shè)計， 然后進行強 度和穩(wěn)定性驗算。1、碼頭前沿頂標(biāo)高和碼頭前沿底標(biāo)高 根據(jù)設(shè)計水位和規(guī)范及實際地質(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的一個主要尺度。 確定碼頭底 寬的方法， 一般是按已往工程實踐的經(jīng)驗并對比已建成的、 設(shè)計資料 類似的碼頭初步擬定碼頭底寬， 然后粗略的進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)力的驗算。 根據(jù)驗算結(jié)果， 加大或減少碼 頭底寬，直至獲得一個比較合適的底寬為止。 根據(jù)這個底寬進行碼頭 斷面構(gòu)造設(shè)計和沉箱的構(gòu)造設(shè)計及沉箱浮游穩(wěn)定驗算， 再詳細進行碼 頭的各項穩(wěn)定驗算，最后確定出比較經(jīng)濟合理的碼頭底寬3、胸墻設(shè)

3、計（1）頂寬：胸墻上有安裝門機前軌、管溝、系船柱等設(shè)備要求 時，其頂寬應(yīng)滿足安裝設(shè)備要求；當(dāng)沒有上述設(shè)備時，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亠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沉箱構(gòu)造縫寬；當(dāng)?shù)鼗?為巖基且基床較薄時， 亦可兩個或三個沉箱

4、設(shè)一個變形縫。 縫寬采用 25厘米，做成上下垂直通縫。本次設(shè)計因地基土為很厚的亞粘土， 所以變形縫間距取為一個沉 箱長度加上一個沉箱構(gòu)造縫寬。4、墻后回填對于重力式順岸碼頭， 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)濟合理的回填料及合理確定墻后回填料斷面 各部分尺寸。對墻后一定范圍內(nèi)的回填料有兩個基本要求， 一是對墻的土壓力 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。對于地震活動區(qū)，不宜采用可液化的

5、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式棱體。 分級式棱體一 般不多于兩級，棱體較高時，可采用三級。采用分級式棱體，要求下 級棱體坡面的倒濾層宜伸入上級棱體不少于 0.5 米。對于沉箱碼頭， 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 量大廉價的棱體材料時，也可設(shè)置拋填棱體。如大連地區(qū)，塊石比砂 宜取，價格也較便宜，

6、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， 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。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。對于多級棱體，水下各級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)所用材料的水下自然坡角確定 拋

7、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，坡度應(yīng)適當(dāng)放緩。5 拋石基床設(shè)計拋石基床設(shè)計包括選擇基床型式、 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 要求可見港口水工建筑物重力式碼頭有關(guān)內(nèi)容。基床厚度一般根據(jù)地基承載力由計算確定， 即沉箱底面應(yīng)力經(jīng)過 基床擴散后應(yīng)小于地基承載力。 這需要在本設(shè)計第四項： 碼頭基床和 地基床力驗算時確定。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)有門機和火車還 有軌道結(jié)構(gòu)等。這部分

8、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的穩(wěn)定性和地基強度 所決定，同時也要滿足浮運時吃水、干舷高度和浮游穩(wěn)定性的要求， 如不滿足時應(yīng)盡量從施工上采取措施。這次課程設(shè)計中我們在碼頭斷面的設(shè)計時， 已初步擬定了沉箱的 底寬，我們可根據(jù)這個底寬進行沉箱的構(gòu)造設(shè)計， 接著進行沉箱在浮 運的吃水、 干舷高度和浮游穩(wěn)定性的驗算， 然后再詳細進行碼頭的各 項穩(wěn)定驗算。（工程上，根據(jù)驗算的結(jié)果， 還可增大或減少沉箱底寬， 進行反復(fù)驗

9、算，以獲得最經(jīng)濟合理的沉箱底寬。 ）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)計因 予制場的滑道寬度為 13米，沉箱制作平臺最長 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 3 5 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， 一般在隔墻的上部留孔洞， 考

10、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算的，為了符合 這種計算圖式，孔洞下緣到箱底的距離不宜小于 1.51。箱內(nèi)的縱橫隔 墻一般按對稱布置，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)計采用10 100kg塊石。4）沉箱的尺寸沉箱和底板的厚度由計算確定，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 30 50 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)計所有箱格都沒有抽干水的要求。 構(gòu)件轉(zhuǎn) 角處是應(yīng)力集中的地方，為防止干

11、裂，以設(shè)置加強角，其尺寸一般為 20厘米X 20厘米左右。5）沉箱接頭的處理 本次本次設(shè)計考慮墻后設(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)容進行沉箱浮游穩(wěn)定、吃水和 干舷高度的驗算， 確定浮運過程中壓水的要求。 預(yù)制廠至本港區(qū)的水 上運輸距離約 15公里。3、用 1 ： 1 00比例畫出標(biāo)準(zhǔn)段碼頭剖視圖。（三）確定各種計算情況的荷載組合圖式。1、荷載本設(shè)計考慮下列設(shè)計荷載：建筑物自重（包括固定設(shè)備重量） ： 土壓力；地面使用荷載（包括堆貨、 鐵路、汽車、流動

12、起重運輸機械）： 船舶荷載。校核荷載根據(jù)實際情況確定。本次設(shè)計不考慮波浪力；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)計時應(yīng)對可能同時出現(xiàn)的各種荷載進行最不利的組合，并把水 位作為一個組合條件考慮。要求繪制各種計算情況的荷載組合圖式。荷載組合分為設(shè)計組合、校核組合和特殊組合三種。本次設(shè)計要求進行組合，即水位采用水位，荷載米用。（四）進行碼頭各項穩(wěn)定的驗算碼頭穩(wěn)定性驗算包括：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)定性；4、基床和地基應(yīng)力；5、沉箱

13、底合力作用位置；6、整體穩(wěn)定性；上述各項驗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各項還可參照重力式碼頭設(shè)計與施工規(guī)范 中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；第 6項還可參照港口工程地基規(guī)范中有關(guān)規(guī) 定執(zhí)行。沉箱碼頭計算斷面的平均沉降量的允許值為 2025厘米。（五）進行沉箱內(nèi)計算 因本設(shè)計時間有限，值要求進行沉箱內(nèi)力計算，不搞沉箱配筋計算。1 、復(fù)習(xí)港口水工建筑物有關(guān)沉箱壁和箱底的計算荷載和計算 圖式及內(nèi)力計算方法的內(nèi)容。2、分析沉箱的受荷情況并計算外荷載的強度。3、選擇對于沉箱各部位構(gòu)件的最不利荷載情況。4、計算個構(gòu)件的內(nèi)力，確定設(shè)計的最大正負彎矩。（六）編寫設(shè)計計算說明書及繪圖1 、設(shè)計

14、計算說明書內(nèi)容包括：1 ） 設(shè)計資料；2）自己計算過程和結(jié)果；3）設(shè)計中存在的問題和意見。要求書寫整齊，表達清楚準(zhǔn)確，簡單扼要，獨立完成，并附必要 插圖。2、獨立完成 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 )， 交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司、交

15、通部第二航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司主編，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)計與施工規(guī)范(JTJ298-98)»,交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院主編，人民交通出版社， 1998年 8月第 1 版。防波堤設(shè)計與施工規(guī)范(JTS154-1-201

16、1)，中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司主 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)計院有限公司主編，人民 交通出版社， 2013年 4月第 1 版。6、水運工程抗震設(shè)計規(guī)范(JTJ225-98)»,中交水運規(guī)劃設(shè)計院、交通部第一航務(wù)工程勘 察設(shè)計院主編，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 ) »，中交水運規(guī)劃

17、設(shè)計院主編，人民交通出版社，2002 年 4 月第 1 版。&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) 計沉箱時應(yīng)考慮予制場的設(shè)備條件。予制場的沉箱制作平臺的平面尺 寸為10X 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；臺車和平臺的總高度為 2.5米；從予制場至擬 建碼頭處的航道

18、底標(biāo)高W -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）沉箱平面尺度對照表序號沉箱分格凈 距（m沉箱長邊長度（分三 格）（m沉箱短邊長度（分三 格）（m13.812.48.423.712.18.233.611.88.043.511.57.853.411.27.663.310.97.473.210.67.283.110.37.093.010.06.8102.99.76.6112.89.46.4122.79.16.2132.68.86.0說明:1、表中沉箱分格按等分考慮（長分三格、短分三格）則長邊級差0.3m,短邊級差0.2m;若不等分格時則長短邊級差均可將為0.1m。2、長短邊尺寸可按設(shè)計要求任意組合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