天津港码头工程5000t级件杂货码头设计

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，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、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

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（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（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5000吨级件杂货码头泊位及水文航道、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。

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℃

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1975年）

每年降水多集中在7～8月，占全年的62.8％；每年4～10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2～3m，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）

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 7h05min

4、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 -1.29

5、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见表2-1和表2-2：

表2-1 全年乘潮水位单位：m

表2-2冬季（12月、1月、2月）乘潮水位表单位：m

2.2.2波浪

表2-3 50年一遇波浪要素

2.2.3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90～110d左右（12月至翌年3月初），固定冰范围一般为0.1～0.5km，冰厚0.1～0.25m；流冰一般距岸10～20km，流冰厚0.1～0.3m，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0.3‰～1.6‰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190m～300m，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。滩面宽阔，达3500m～5000m，坡度平缓，为0.58‰～1.13‰，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1.31‰～1.41‰，海岸年蚀退约16m～56m。

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（3500m～7000m），平缓（坡降0.41%～1.41‰），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2cm～11.5cm/年。在蛏头沽至大神堂岸段，海岸滩面宽度小（3400m～3500m），坡度大（坡降1.13‰～1.41‰），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，在该岸段的水下岸坡冲淤变化是零未线普遍冲刷，零未等深线冲淤速度为12cm～56cm/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：

2m）

1、第四系全新统中组海相沉积层（Q

4

厚度16.00m～19.20m，底板标高-15.44m～-19.95m。该层从上而下可分为5个亚层。

）：位于场地顶面，厚度一般为0.40m～1.00m。

第一亚层，淤泥为主（力学分层号①

1

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①

）：厚度一般为1.80m～3.00m，1、2、3号

2

孔附近厚度较大，达6.10m～7.50m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。

）：厚度变化较大，一般为1.00m～5.50m，呈灰第三亚层，粉土为主（力学分层号①

3

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。

）：厚度变化较大，一般在6.00m左第四亚层，淤泥质粉质粘土为主（力学分层号①

4

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。

）：厚度一般为4.50m左右，呈灰色，流塑～第五亚层，粉质粘土为主（力学分层号①

5

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。

1h）

2、第四系全新统下组沼泽相沉积层（Q

4

厚度一般为0.90m～3.00m，顶板标高-15.44m～-19.95m。主要由粉质粘土（力学分层号②）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。

1al）

3、第四系全新统下组陆相冲积层（Q

4

厚度一般为6.50m左右，顶板标高一般为-17.94m～-20.87m。主要由粉质粘土（力学分层号③）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。

e al）

4、第四系上更新统第五组陆相冲积层（Q

3

厚度4.50m左右，顶板标高一般为-24.87m～-27.04m，主要由粉质粘土（力学分层号

④）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。

d mc）

5、第四系上更新统第四组海相沉积层（Q

3

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-29.71m～-30.96m，主要由粘土（力学分层号⑤）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2-4

2.5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66km，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。