镇海港区5万吨级散货码头设计

论文总字数：101552字

摘 要

随着宁波-舟山港区规模的日益增大，中国海运事业的蓬勃发展，海路运输在国民运输中所占比例越来越大。镇海港区原有的2万吨级的通用散货码头已经不能完全满足港区的吞吐量需求，故而要求港区加快新的码头泊位建设，以满足港区停泊吞吐的需要。镇海港区5万吨级散货码头泊位设计应运而生。为适应生产发展的需求，新泊位建设已迫在眉睫。本设计是在此背景下对宁波镇海港区码头工程进行的。平面布置根据《海港总平面设计规范》（JTJ211-2014）。设计提出两种结构方案，并对码头平台工程进行概算，在结构计算和构建模型时对结构型式进行了合理的简化，结合技术经济性及发展空间选取了其中一种作为优选方案，并对选定方案的典型构件（面板、横梁、纵梁、靠船构件）进行受力和配筋计算。码头面板为迭合板，按单向板计算。本设计将纵梁按刚性支撑连续梁考虑，采用影响线法计算；横梁按弹性支撑连续梁考虑，按照五弯矩方程计算。此外，在计算过程中对桩基极限承载力、弹性桩长度进行了验算，计算结果均符合设计要求。最后，对配筋计算结果按制图标准进行施工图的绘制。

Berth design of 50000 ton bulk cargo berths

Abstract

With the increasing scale of Ningbo - Zhoushan port, the vigorous development of Chinese shipping industry, sea transportation in the national transport accounted for proportion is more and more. Zhenhai harbor original 2 million tons of general cargo wharf has been unable to fully meet the port throughput demand, therefore requires that a harbour to accelerate new berths construction, to meet the port berth throughput needs. The berth design of the 50000 ton bulk terminal in the town harbor district is the historic moment. To meet the needs of production and development, the construction of new berths is imminent. The design is carried out in the Ningbo town harbor area wharf project under this background.. The layout of the plane is based on the total graphic design of the harbour (JTJ211-2014). Two kinds of structural schemes are put forward, and the final combination of the technology and economy and the development of the space are selected as the optimum plan, and the budget of the wharf platform is proposed.. In the structure calculation and model construction, the structure pattern were simplified, and the typical components (panel, a cross beam, a longitudinal beam, a Berthing Members) subject to the force and reinforcement calculation. The wharf panel is laminated plate, and the one way is calculated.. This design will beam according to the rigid support continuous beam considering and using influence line method to calculate; beam on elastic support continuous beam considering, in accordance with the five moment equation calculation. In addition, in the calculation process of the pile foundation ultimate bearing capacity, the length of the elastic pile is checked, the calculation results accord with the design requirements. Finally, the calculation results of the reinforcement are drawn according to the drawing standard.

第一章 绪 论

1.1工程概述

工程名称：镇海港区5万吨级散货码头泊位设计

工程地址：宁波舟山镇海港区

工程规模：本工程建设规模为：年设计吞吐量为555万吨，其中卸船码头年设计卸船量为460万吨，（煤炭100万吨，砂160万吨，石油焦20万吨，铜精矿40万吨，铁矿石140万吨）；装船码头年设计装船量为95万吨（煤炭）。新建1座5万吨级通用散货卸船码头（减载吃水至11.2m）。

基于目前我国对外贸易量的日趋增长，满足内需分担国内航运的压力，此工程的修建及选址都是可行、合理的。

1.2设计原则

（一）总体设计符合国家、地方经济发展规划和总体部署，遵循国家和行业有关工程建设法规、政策和规定。

（二）结合国情，采用成熟的技术、设备和材料，使工程设计安全可靠、使用方便、工程量少、总造价低、施工进度快，获得较好的经济效益和社会效益。

（三）注重工程区域生态环境保护，不占用土地，方便管理，节省投资。

1.3设计依据

主要技术规范、标准：

交通部《港口工程建设项目可行性研究报告编制办法》；

《海港总平面设计规范》（JTJ211-2014）；

《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）；

《高桩码头设计与施工规范》（JTS167-1-2010）；

《港口工程荷载规范》(JTS144-1-2010)；

《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012）；

《水运工程混凝土结构设计规范》（JTS151-2011）；

《水运工程抗震设计规范》（JTS146-2012）；

《建筑结构静力计算手册(第二版)》。

1.4研究内容及原则

1、根据码头所在区域的基础资料和总平面设计规范，计算码头工程的泊位数，泊位长度进行计算，码头前沿水域的水深、船舶回旋水域，确定码头前沿高程，并进行码头平面布置。

2、拟定两个码头结构断面图。初步确定码头排架间距、横梁尺寸、纵梁尺寸、面板尺寸、桩的类型；比较两个方案的优、缺点，提出推荐方案。

3、码头结构初步设计。根据港口工程荷载规范，通过计算作用于船舶上的风荷载和水流力，计算船舶的系缆力、挤靠力、和撞击力。根据码头设计规范和港口工程混凝土结构设计规范，确定使用荷载的最不利组合情况。计算典型的码头面板、纵梁、横梁的受力和内力，再对指定结构进行配筋计算。并根据地质资料确定不同桩的桩长和桩的承载力。

4、绘制码头平面图，码头结构断面图，面板、纵、横梁配筋图。

1.5地理位置

拟建宁波－舟山港镇海港区通用散货码头工程位于镇海外游山附近, 其北面及西北为杭州湾，东面为甬江口，与已建的镇海港区18#泊位相邻。码头前沿自然水深在-6m～-14m （当地吴零基面）之间。工程点东北～东南东向水域范围有七里屿、大鹏山、金塘山、黄蟒山以及大榭岛等岛屿作天然屏障；西北～北向水域开阔，正北与南汇咀隔海相望，虽然沿程水深较浅，但风区较长，港区仍可形成较大风浪。工程水域附近潮流较强、含沙量大，是杭州湾南缘重要的输沙、输流通道。

第二章 自然条件

本部分分析项目的工程环境和条件对工程设计、建设、运行的可能影响。

在港口航道与海岸工程的设计工作中，设计资料主要包括地质、水文、气象、地震以及与设计相关的标准、规范、手册、参考书等。

2.1气象条件

2.1.1气温

累年极端最高气温 39.4 ℃

累年极端最低气温 -10.0 ℃

多年最高月平均气温 28.1 ℃ （7月）

多年最低月平均气温 4.3 ℃ （1月）

多年平均气温 16.3 ℃

2.2.2降水

本地每年5～6月为梅雨季节多雨日，而台风频繁的7～10月则多暴雨。多年平均降雨量1364mm，多年最大降雨量1921mm，年平均中雨（10～25mm/d）以上天数为40d、大雨（25～50mm/d）以上天数为11d。

2.2.3雾

雾多见于冬春季节，延时较短，一般凌晨出现于上午10时左右消散，年平均雾日约16d。

2.2.4雷暴

雷暴年平均出现19.3次，本地区雷暴延时较短，一般在数十分钟左右。

2.2.5风况

本区属东亚季风气候区，冬季盛行西北风，夏季盛行东南风。全年常风向为ESE向，频率占15％，次常风向为NNE向, 频率占9％;强风向为NW向，最大风速19.8m/s，次强风向为NNW向，相应最大风速17.3m/s（见表2-1，图4.2.5.1）。

本地区极值风速多在台风过境期间出现，根据镇海游山海洋观测站1985～1994年的实测风速资料统计，平均大于六级风的天数为33.2d。

表 2-1 镇海游山站（1985～1994年）全年风速风向统计表

2.3 水文条件

2.3.1潮位

2.3.1.1潮位基准面

本工程潮位基准面采用当地吴淞基面，该基面在当地理论最低潮面下0.05m。

2.3.1.2潮汐性质

潮汐类型通常采用（HO1 HK1）/HM2的比值来确定。根据工程水域2008年12月实测潮位资料进行准调和分析，（HK1 HO1）/HM2 =0.57gt;0.5，依据相对应的潮汐类型判别式可知，本海区的潮汐类型属于非正规半日潮。此外浅水影响系数HM4/HM2gt;0.04表明浅海作用比较显著，涨落潮历时不等，主要的浅海分潮振幅之和HM4 HMS4 HM6=15cm。综合以上两个判断指标，本海区潮汐属非正规浅海半日潮。

2.3.1.3潮位特征值

累年最高潮位 5.13m （9711号台风）

累年最低潮位 －0.07m （1993.2.9 ）

多年平均高潮位 2.91m

多年平均低潮位 1.16m

平均海水面 2.15m

多年最大潮差 3.50m

多年平均潮差 1.71m

2.3.1.4设计水位（本工程潮位基准面采用当地吴淞基面）

极端高水位 4.99m

极端低水位 -0.25m

设计高水位 3.61m

设计低水位 0.64m

2.3.1.5 设计波浪

码头设计波浪重现期采用50年，其相应设计波浪要素见表2-2。

表2-2 拟建码头前沿设计波要素

2.3.1.6设计流速

码头前沿涨潮流 1.85m/s ，对应流向277°，落潮流2.12m/s ，对应流向98°。

2.3.2潮流

2.3.2.1潮流性质

工程海域潮流属非正规浅海半日潮流。控制本海区潮波运动的是以M2 分潮为主的东海前进潮波系统。外海潮波由东南向西北传播，至浙江近岸，受岸壁阻碍、岛礁等地形制约作用，多沿水道或岸线走向传播。工程区的涨潮流主要是由螺头水道经穿山水道和册子水道进入金塘水道的涨潮流控制，落潮则是受杭州湾南岸的喇叭口的落潮流所控制。本地区地处杭州湾南岸金塘水道的喇叭口岸段，受地形影响，本地区大范围潮流运动呈如下特点：本地区属于强潮海域，流速较大，最大流速可达2.00m/s以上；潮流流速受潮差控制，大潮流速大于中潮，中潮流速大于小潮；本地区受落潮流控制，除了局部区域外，一般落潮流速大于涨潮流速。

2.3.2.2潮流特征

根据2008 年12 月在建码头外侧深槽区（原21#～23#泊位外推方案）进行的大、中、小三潮的4 条垂线的水文测验资料统计结果，各测点涨、落潮流特征值如下：

（1）实测涨、落潮流速特征值

最大流速均出现在大潮涨、落潮的表层。涨潮流4 个测站最大垂线平均流速为1.03m/s～1.51m/s（大中小潮），流向范围为288 º～303 º之间；落潮流4 个测站最大流速范围为0.96 m/s～1.37 m/s（大中小潮） ，流向范围为101 º～117º。从本次测量看，4 个测点的涨落潮最大流速相近。在垂向上，流速基本上符合表层最大，中层次之，底层最小的特征，且流速的最大值一般出现在表层或次表层上。见表2-3和表2-4。

表2-3实测最大涨潮流（流速：cm/s；流向：°）

（2）潮流历时

根据实测资料分析，本水域的落潮流历时大于涨潮流历时。大潮时落潮流历时约6.5～7小时，涨潮流历时约5～5.5小时，落潮流历时约比涨潮流历时长1.5小时。不同潮次的涨、落潮流历时差不同，一般表现为大潮lt;中潮lt;小潮的趋势，小潮的落潮流历时约比涨潮流历时长2.5小时。

表2-4 实测最大落潮流（流速：cm/s；流向：°）

图2-2原21#～23#泊位外推平面方案水文测验点位置图

2.3.2.3设计流速

根据相邻镇海港区18＃化工泊位前沿潮流资料分析结果，本工程设计流速为：

码头前沿涨潮流 1.85m/s ，对应流向277°，落潮流2.12m/s ，对应流向98°。

引桥处 涨潮流 1.80m/s ，对应流向268°，落潮流 2.12m/s ，对应流向89°

（注：现本工程码头前沿水文测验工作正在进行中，待水文测验工作完成后，再对以上设计流速调整。）

2.3.3波浪

2.3.3.1浪况

拟建工程点东侧游山北山顶设有国家海洋局海浪观测站，其测波浮筒则设在拟建码头前方水域（北纬29°59′，东经121°44′）。工程海区的波浪主要以风浪为主，但其NW～N向水域开敞，因而受到杭州湾风涌浪的影响，波向季节性变化明显，冬季盛行NW向浪，夏季盛行SE向浪，常浪向为NNE向浪,频率占11％，次常浪向为NW向浪,频率占10％，强浪向为NNW向浪，最大波高6.1m，次强浪向为N向，最大波高5.8m，详见表2-4所列。

2.3.3.2设计波浪要素

根据游山海洋站1985～1994年实测分向年极值平均波高（H_1/10），采用极值I型曲线拟合，得出测波点N、NE、E、NW向重现期五十年一遇的波浪要素（见表2-5），由于本海域浪况尤其是极值波浪出现时的浪况以风浪为主，因而计算波周期采用风浪的波高与波周期对应关系（即T=3.57√（H_1/10））确定。

依据表2－5波浪要素并考虑该波浪浅水变形因素推算至拟建码头前沿50年一遇各向不同设计水位下的波浪要素详见表2-6所列。

表 2-5镇海游山站（1985～1994年）全年浪向波高统计表

表2-6 游山测波点重现期五十年一遇波浪要素表

2.3.4泥沙

2.3.4.1含沙量

杭州湾特殊的喇叭口型海湾，造就了它是一个强潮、高含沙量，泥沙运动强劲的海湾，杭州湾南岸的金塘水道是杭州湾重要的输沙通道，大、中潮为净输沙为由杭州湾向外海。就镇海附近海域而言，泥沙来源主要为过境的杭州湾泥沙，当地的潮流引起的泥沙输移和波浪造成的浅滩掀沙，是工程区的主要泥沙来源。根据本次拟建码头前沿水域实测资料的统计分析，工程水域含沙量特征如下：

（1）测点最大含沙量为1.795kg/m³，最小含沙量为0.177kg/m³。垂线平均最大含沙量为1.209kg/m³，最小含沙量为0.529kg/m³，。平均含沙量为0.799kg/m³。

（2）由水文实测资料分析，大潮的平均含沙量最大，中潮次之，小潮的平均含沙量最小，大潮平均含沙量为0.912kg/m³，中潮平均含沙量为0.811 kg/m³，小潮平均含沙量为0.649kg/m³。

（3）根据实测大、中、小潮涨、落潮含沙量资料统计，涨潮平均含沙量为0.785 kg/m³，落潮为0.807 kg/m³，平均落潮含沙量稍大于涨潮。中、小潮的平均含沙量都是落潮含沙量稍大于涨潮，但大潮平均涨潮含沙量稍大于落潮。小、中、大潮平均涨潮含沙量分别为0.621kg/m³、0.789kg/m³、0.945kg/m³，平均落潮含沙量分别为0.689kg/m³、0.838kg/m³、0.897kg/m³。

（4）含沙量的垂向变化明显，随着水深的增加，含沙量逐渐升高。最高含沙量出现在0.8H，最低含沙量出现在表层。

2.3.4.2 悬移质粒度分析

根据对悬移质颗分样的颗粒计数器测试分析，悬沙的中值粒径在5.69～7.00之间，平均粒径在9.51～31.44之间,按照海洋规范分类为细粉砂。悬沙中值粒径的时间和空间分布均匀。

2.3.4.3底质粒度分析

根据对表层沉积物取样资料的分析，沉积物类型为单一的粘土质粉砂，中值粒径介于0.005～0.014 mm之间。

2.3.5 海床稳定性与冲淤趋势

根据浙江省水利河口研究院编制的《镇海港区21#、22#泊位潮流泥沙数学模型试验》（09年8月版）报告和南京水利科学研究院河港研究所编制的《宁波港镇海港区 21#、22#泊位工程潮流数学模型试验及海床稳定性分析研究》（09年9月版）报告，工程附近海床稳定性与冲淤趋势分析的主要成果如下：

2.3.5.1 甬江口附近海域的海岸形态

（1）杭州湾强潮、高含沙量与环境动力、潮汐动力条件和泥沙性质有关，根据多年的研究表明杭州湾整体海床处于稳定状态，略呈现缓慢的淤积，淤积速率约为0.02m/a。海岸呈淤泥质，细颗粒粘性泥沙占海床底质的主要部分；近岸受工程的影响，常呈较强烈的淤积形态。杭州湾南岸的金塘水道长期稳定，呈现缓慢的淤积（速率0.02m/a 左右），但近岸调整幅度较大。历史上金塘水道附近海岸呈岛屿、海湾、潮汐水道、河口、岬角并存的态势，上世纪70 年代以来，滩涂围垦、港口建设、海岸工程、河口整治等工程建设，海湾已经消除，河流上游都建有水库或建闸，形成了现有的潮汐通道和岬角并存的局面。甬江口地区现有的岸线基本顺直，长跳咀等岬角已经消失，仅有杨公山和外游山二个矶头存在，并且随着近岸的大量围垦造地，矶头岬角的控制作用明显减弱。

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