港口水工建筑物实训任务书与指导书

2008级港口工程技术专业《港口水工建筑物》实训
指导书与任务书
水文水资源教研室
2010年6月
《港口水工建筑物》实训指导书与任务书
一、实训目的
《港口水工建筑物》是港航工程专业重要的专业技术课之一，具有很强的理论性和实际应用性。

通过课程实训，可以使学生较系统地掌握港口水工建筑物的结构构造和设计计算理论，特别是重力式沉箱码头的设计理论和计算方法，培养学生综合利用所学的理论知识分析解决实际问题的能力、利用和查阅资料的能力、独立工作的能力以及计算机应用能力，为使学生成为合格的技术员或工程师打下扎实的基础。

二、实训任务
根据我们山东省以及周边情况，为适应学生毕业发展方向，实训任务为重力式沉箱式码头的设计计算，
重力式沉箱码头：完成海港码头一个泊位的设计，并进行稳定性演算，绘制码头平面布置图、沉箱结构图（CAD）。

三、实训时间安排（时间安排为17、18周）
1、重力式沉箱码头：熟悉重力式码头材料0.5天、平面布置设计计算1天；
2、沉箱结构方案设计2天，绘制结构图1天；
3、沉箱码头的土力学计算1天，其它荷载计算1天；
4、各种荷载的汇总以及稳定性演算1.5天；
5、沉箱的抗倾演算1天；
6、材料汇总，总结报告1天。

四、实训基本要求
1、每个学生独立完成自己的设计任务；
2、设计方案合理，计算正确，提交图说资料完整、清楚、符合规范；
3、课程设计期间的作息时间仍执行正常上课作息时间；
4、借阅相关规范、标准及参考书；
5、计算尽可能采用计算机完成，并以表格的形式来呈现。

五、设计成果要求
1、完成有必要文字说明的实训报告一份，要求文字简明扼要，计算正确，
书写清楚、整洁；报告要求排版整齐，字体要求小四，1.5倍行距，宋体。

2、用CAD绘制码头结构图；
3、所有计算及作图应符合港口工程技术规范有关篇册之规定。

六、负责人：赵德远
重力式码头的设计实训
一、设计基础材料
某港口目前已经建设泊位23个，期中万吨级以上深水泊位17个，是我国重要的对外贸易港口。

根据港口的总体发展规划，近期需要增建5个深水泊位，本设计任务是对其中的5万吨级多用途泊位进行设计，主要设计材料如下：
1、营运任务
该码头以装卸集装箱为主，令有部分杂货件通过，设计为5万吨级多用途泊位。

2、船型尺度
设计代表船型为5万吨集装箱船和1.5万吨级杂货船，主要尺度为：集装箱船为240m (长)*34m（宽）*12.7m（满载吃水），杂货船为165m *20m *9.5m。

3、自然条件
（1）地质材料。

拟构建码头处地基为风化石，承载能力设计值为500KPa。

（2）水文资料。

该港位于海湾内，潮型属不规则半日潮，根据潮位资料统计，历年最高潮位5.8m，最低潮位-0.9m，由高潮、低潮累积频率曲
线求的设计高水位4.32m，设计低水位0.47m，极端高水位5.52m，
极端低水位-0.83m。

根据当地经验，混凝土浇筑水位可取为2.5m。

港内涨、落潮潮流方向基本同进出港航道一致，一般涨潮流速为0.7
m/s，落潮流速为0.8m/s。

根据波浪资料统计分析结果，设计波要素如下表，其中10年的数据对应于防波堤还未建成的情况，用于施工期间的计算。

（3）气象资料。

港区主导风向为E或ESE，每年4-9月多东南风，10-3月多东北风或北风。

5-10月为台风期，其中以7-9月较多，台风风
力达8级以上，港口停止作业，船舶到锚地避风，具统计8级以上大风日年平均为12天。

另外：港口全年无冰封现象。

（4） 地震。

该地区地震基本烈度为6度。

4、施工条件
当地有混凝土构件预制场，可预制各种形式的梁、板、桩等构件和混凝土人工块体，并在施工现场附近有船坞一座，可以预制大型沉箱。

当地沙石料充裕，并且质量好、价格低。

本工程属于港口扩建，所以具有良好的“三通一平”条件，为工程施工提高了方便。

5、码头地面荷载
根据码头要求，码头面使用荷载主要是堆货、门机和装卸桥，其它流动机械荷载值较小，可以忽略。

堆货荷载查询课本后附表。

门机安装最大载重为10t 。

二、平面布置与工艺设计
该码头时海港码头，其平面与工艺设计按港口工程技术规范总体设计篇JTJ211-87《海港总体及工艺设计》的有关规定确定。

1、码头主要尺寸的确定
（1）泊位长度。

拟建码头是多泊位连续布置中首先建设的码头；其长度按单泊位计算，即泊位长度（L ）=船长（c
L ）+2*富裕（d ），富裕长度根据船长按
照规定而取。

所以泊位长度为：
（2）码头前沿停泊水域宽度B 不小于2倍船宽，取70米。

（3）码头顶高程。

本码头有防波堤掩护，按照规定高程要高于设计高水位1.0-1.5m ，并且在极端高水位时码头不被掩护，所以取码头面高程5.8m 。

（4）码头前沿水底高程。

码头前沿设计水深D 可以按照下式确定： 4321Z Z Z Z T D ++++= T 为设计船型满载吃水
1Z 为龙骨下最小富裕深度，风化岩地基取0.6m ；
Z为波浪富裕深度，取0.5 m；
2
Z为传播因配载不均匀而增加的尾吃水，取0.15 m
3
Z为港池备於深度，考虑一年进行一次维护性挖泥，取0.6 m。

4
求出的码头前沿水底高程=设计低水位-D，对于计算结果可以取整数，最后再进行演算，取整数依照不利原则。

2、平面布置
港口总平面布置在前期工程的规划中已明确，在此仅对码头泊位装卸生产作业区的平面布置做简要叙述。

（1）码头前沿作业地带。

考虑装卸桥轨矩16 m，前轨距码头前沿3 m，后轨外吊臂外伸距离9 m，再考虑行车道宽度，码头前沿作业地带宽度取40 m。

（2）货物堆存及输运区。

集装箱堆场不分一线二线，总面积24000㎡，件杂货堆场分为一线二线，一线库场按照矩形布置，140*65 m。

二线库场取相同的布置。

集装箱堆场布置考虑箱与箱之间的距离，宽度方向为0.5 m，长度方向为1.0 m，所以集装箱堆场布置为矩形，尺寸为：240*100 m。

（3）集装箱拆装箱库。

尺寸为140*50 m，位置应考虑位于集装箱堆场隔壁，并且远离码头前沿的方向。

（4）个堆场之间的运输道路通常设计为20—30 m，其它生产生活设施不用考虑。

设计港口平面布置，并且绘出平面布置图。

三、码头结构方案设计
（一）结构形式
重力式码头具有坚固耐用、可以承受较大的码头地面荷载、对码头地面超载和装卸工艺变化适应性强、施工较简单等优点，在地基条件适合情况下，常为首先考虑的码头结构形式。

试分析重力式码头的几种结构形式分类，以及各自的优缺点，以及本工程各条件适合于何种重力式码头，并确定最终方案。

分析方案的优缺点，从经济技术条件方面进行分析论证。

（二）沉箱结构方案的设计
（1）沉箱的外形尺寸。

沉箱长度由施工设备能力、施工要求和码头的变形缝间距确定。

该码头的施工条件良好，没有特殊要求和限制，重力式码头的变形缝一般为10—30 m，去中间位20 m，则由码头的长度，该泊位可以确定出沉箱的个数。

沉箱高度取决于基床顶面高程和沉箱顶面高程，箱顶高程要高于胸墙混凝土浇筑的施工水位，取2.9 m，基床顶高程取港池底高程为-14.10 m，所以可以退出沉箱的高度。

沉箱的宽度根据经验一般为码头墙高的0.6倍左右，初步取11 m（包括前趾和后踵各1 m的悬臂）。

（2）箱内隔墙的设置。

为了增加沉箱的刚度和减小箱壁和底板的计算跨度，在箱内设置一道纵向隔墙和四道横向隔墙。

（3）沉箱构件尺寸。

根据规范对沉箱构件的构造要求和本码头的受荷情况以及工程经验拟定沉箱的各构件尺寸为：箱壁厚度为35㎝，底板厚度为50㎝，隔墙厚度为20㎝，在各构件连接处设置为20㎝*20㎝的加强角，以减少应力集中。

（4）胸墙尺寸。

采用阶梯式胸墙，共三级。

低高程取2.8 m（使沉箱嵌入胸墙10㎝），顶宽3 m，各阶高程分别为5.8 m、4.3 m、3.3 m，宽度分别为3 m、4.6 m、9 m，材料为混凝土。

（5）基床尺寸。

该港口条件建议采取暗基床，基床厚度取1 m，确定底宽为13，前肩宽为3.0 m，后肩宽为2.0 m。

（6）沉箱前趾和后踵的形状为梯形，梯形长为1 m，高分别为0.5 m和0.8 m。

（7）前仓填石面为-6.0 m，后仓全部填满。

2、作用分类及标准值计算
码头的永久作用包括结构自重作用力和填土压力等。

可变作用包括波浪力、堆货土压力、前沿堆货、门机作用和船舶系缆力。

（1）结构自重力（永久作用力）。

结构自重力受水位的影响，所以不同的水位应该分别计算，本部分要求对极端高水位、设计高水位和设计低水位进行分别计算。

分别列出下面计算表格。

·
材料重度如课本36页表2-3-2.，取范围最大值。

以极端高水位情况列如下计算表
（2）土压力的计算。

已知码头墙后填料为块石，内摩擦角度为45°，请根据三种水位计算沉箱后填料的土压力。

（写出公式以及计算步骤）
（3）船舶作用力（写出公式以及计算步骤）
（4）堆场荷载计算
（5）前方堆货荷载（写出公式以及计算步骤）（6）码头荷载和标准值计算表。