莆田港二号多用途码头设计

论文总字数：36649字

摘 要

Abstract 5

第一章 绪论 7

1.1 工程概况 7

1.2 设计原则 7

1.3 设计内容 7

1.4 设计依据 8

第二章 自然条件 9

2.1 工程地质 9

2.2 水文条件 9

2.3 气象资料 11

2.4 地震条件 11

2.5 泥沙 11

2.6 相对湿度 12

2.7 云和日照 12

第三章 货运量和船型 13

3.1 设计吞吐量 13

第四章 14

4.1港区总体规划 14

4.2总平面布置原则 14

4.3 码头主要尺度的确定 15

4.4 码头年作业天数 15

4.5 港内道路布置 15

4.6库场面积确定 16

4.7 辅助设施 16

4.8 总平面布置 17

第五章 装卸工艺设计 18

5.1 设计原则 18

5.2 装卸工艺方案 18

5.3 装卸设备参数及配置 19

5.4 泊位年通过能力 20

第六章 码头结构方案设计及方案比选 21

6.1 建筑物主要尺寸 21

6.2 地质条件 21

6.3 码头荷载 21

6.3.1 恒定荷载 21

6.3.2 对货荷载 22

6.3.3 机械荷载 22

6.3.4 船舶荷载 22

6.4 码头结构型式的确定 24

6.4.1 结构选型中的三要素 24

6.4.2 码头的结构型式 25

6.4.3 重力式码头结构型式比选 25

第七章 沉箱结构方案计算 28

7.1 沉箱尺寸的拟定 28

7.2 作用分类与标准值计算 28

7.2.1 结构自重力（永久作用） 28

7.2.2 土压力 31

7.2.3 波浪力（可变作用） 34

7.3.4 码头荷载标准值汇总 42

第八章 码头稳定性验算 44

8.1 作用效应组合 44

8.2 稳定性验算 44

8.2.1 抗滑稳定性验算 44

8.2.2 抗倾稳定性验算 45

8.3 基床承载力验算 47

8.3.1 基床顶面应力计算组合 47

8.3.2 持久组合①时基床顶面应力计算 47

8.3.3 持久组合②时基床顶面应力计算 47

8.3.4 短暂组合基床顶面应力计算 48

第九章 码头抗震验算 49

9.1 作用的计算 49

9.1.1地震惯性力 49

9.1.2地震土压力强度 50

9.1.3 码头后填料地震土压力的计算 51

9.2地震作用下码头荷载标准值汇总 53

9.3码头结构抗震验算 53

9.3.1码头地震作用下的抗滑稳定性验算 53

9.3.2码头地震作用下的抗倾稳定性验算 54

第十章 沉箱结构内力计算 56

10.1 沉箱底板计算 56

10.1.1 承载力极限状态下 56

10.1.2 正常使用状态下 60

10.2 沉箱前后趾内力计算 64

10.2.1 承载力极限状态下 64

10.2.2 正常使用极限状态下 64

10.3 沉箱前面板内力计算 65

10.3.1 承载力极限状态下 65

10.3.2 正常使用极限状态下 67

10.4 内力计算汇总表 70

10.5 沉箱构件承载力计算 71

10.6 沉箱构件裂缝宽度验算 73

10.7 沉箱浮游稳定的验算 73

10.7.1 空箱浮运的稳定性计算 74

11.7.2 加水1.5m时沉箱的稳定性 74

致谢 76

参考资料及设计规范 77

东 南 大 学 毕 业 （设 计）论 文 独 创 性 声 明

本人声明所呈交的毕业（设计）论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

论文作者签名： 日期： 年 月 日

东 南 大 学毕 业 （设 计）论 文 使 用 授 权 声 明

东南大学有权保留本人所送交毕业（设计）论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学教务处办理。

论文作者签名： 导师签名：

日期： 年 月 日 日期： 年 月 日

莆田港二号多用途码头设计

摘要

21414107 云澍

指导老师 陈一梅

摘要：莆田港规划为福建省沿海地区性重要港口，是福建省综合运输网中重要的一环，对莆田市的经济和社会发展起着支撑作用。从地理位置上看，莆田离台湾较近，因而该港是和国外与台湾同胞交流的重要窗口，而且莆田港的经济腹地可以向福建中部甚至江西辐射，易于利用更多的资源和市场。从自然条件上看，莆田港码头岸线较长，水深较深，并且稳泊条件良好，泥沙冲淤平衡，具有良好的建港条件。总之，莆田港的建设具有十分良好的前景。

本报告主要针对莆田港东吴港区的三号泊位进行设计，设计船型选用的是100000DWT的集装箱船。在平面布置方面，针对不同集装箱的装卸方式进行了设计；在码头结构方面，对于有无卸荷板进行了比选。在选定方案后，对于选取的沉箱结构进行正常情况下和地震情况下的抗倾和抗滑分析，并计算了沉箱的内力，以此进行了配筋和沉箱抗裂验算。最后，对码头的平面布置图和断面图进行了绘制。

在计算内力和配筋方面，使用了电算程序进行计算分析，避免了大量冗杂的工作。

关键词：沉箱码头；抗倾与抗震；抗震分析；内力计算

Multi-purpose wharf design of putian port no.2

Abstract

21414107 YunShu

Supervised by CHEN Yi-mei

Abstract: Putian port is an important regional port along the coast of fujian province, which is an important link in the comprehensive transportation network of fujian province and plays a supporting role in the economic and social development of putian city. Look from the geographical location, putian are near Taiwan, so the port is one of the important window and foreign exchange with Taiwan compatriots, and central to fujian putian port's economic hinterland can even jiangxi radiation, easy to use more resources and markets. In terms of natural conditions, putian port has a long coastline and a deep water depth. Besides, it has good stability conditions, balanced sediment erosion and silt, and good conditions for port construction. In a word, the construction of putian port has a very good prospect.This report mainly designs berth 3 in dongwu port area of putian port. The ship type is 100000DWT container ship. In terms of plane layout, the loading and unloading methods of different containers are designed. In terms of wharf structure, a comparison is made between unloading plate and unloading plate. After the selected scheme, under normal circumstances for the selection of caisson structure and earthquake cases anti-inclining and anti-sliding analysis, and calculated the internal force of the caisson, the reinforcement and the caisson crack and checking calculation of this. Finally, the layout and fracture plan of the wharf are drawn.

In the calculation of internal force and reinforcement, the computer program is used to calculate and analyze, avoiding a lot of tedious work.

Key words: Caisson dock; Anti-rolling and anti-seismic; Seismic analysis; The internal force calculation

第一章 绪论

1.1 工程概况

工程名称：莆田港二号多用途码头设计

工程地址：规划莆田港东吴港区位于湄洲湾内盘屿西北水道北侧西亭～门峡岸段，码头工程地理坐标概位大致为E 25°06′36″N 119°03′30″。

工程规模：年吞吐量148万吨，其中包含集装箱8万TEU，钢材70万吨，石板材15万吨，橡胶制品12万吨，粮食（袋装）4万吨，拟建5万吨级多用途泊位一个。

湄洲湾位于福建中部沿海、台湾海峡西岸，北邻兴化湾，南邻泉州湾，东隔台湾海峡与台湾相望，湾口有湄州岛作为屏障，是福建沿海天然优良港湾之一。湾内三面被大陆环抱，湾口朝向东南，为半封闭的强潮海湾。湄洲湾口水路东距台湾高雄194海里、基隆178海里，北距福州132海里，南距厦门96海里。

莆田港东吴港区在古时就是当地有名的港口，只是在清朝初期，由于“截界迁民”导致荒废，说明东吴港区具有建设良好港口的优势。莆田港东吴港区二号泊位的建设，有利于增加莆田港的竞争优势，促进当地经济发展。

1.2 设计原则

（一）设计应符合当地和国家的发展与规划，并遵循有关工程建设法规、政策和规定。

（二）应根据当地的环境，使用较为成熟的设备和技术，使工程安全有效，施工按期完成。

（三）注意工程区域内的生态环境保护，尽量节省投资。

1.3 设计内容

（1）根据东吴港区2号泊位所在区域的基础自然条件和海港总平面设计规范，计算出泊位长度，码头前沿水域的水深等条件。

（2）并进行码头平面布置，根据不同的集装箱装卸方式选取不同的集装箱平面布置方案。

（3）拟定码头两种结构的结构断面图。初步确定码头沉箱的大小尺寸，并进行方案比选，选出较优方案。

（4）码头结构的设计。确定码头的自重力、土压力、波浪力等荷载，根据重力式码头的设计规范，进行抗倾和抗滑的稳定性计算，并进行码头抗震验算。

（5）绘制码头平面图、码头结构断面图和沉箱码头立面图。

（6）进行沉箱结构的内力计算，计算出所需要的弯矩；根据弯矩进行沉箱前面板和沉箱前后底板的配筋，以及构件抗裂验算。

（8）此后，根据施工需要，进行沉箱浮游稳定性的验算，使得沉箱的沉放能安全高效。

1.4 设计依据

①《建筑抗震设计规范》（GB5011-2001）
②《中国地震动参数区划图》（CB18306-2011）
③《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）
④《海港总体设计规范》（JTS165-2013）
⑤《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）
⑥《建筑结构静力计算手册》（第二版）
⑦《港口工程荷载》（JTS144-1-2010）
⑧《海港水文规范》（JTS145-2-2013）
⑨《水运工程抗震设计规范》（JTS146-2012）
⑩《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）

第二章 自然条件

2.1 工程地质

该场地主要有15个地质单元。

场区地处新华夏构造体系“长乐——笏石断裂带”西南面外侧边缘、“高山—莆栖碎裂片麻状交代花岗岩带”西南端，岩性属沿海动力变质杂岩类，其成因应为晚侏罗系 和燕山早期侵入岩经受构造应力及浆汁活动的作用产生变质交代而成，未见活动断裂，近代该区域内无较大或重大地质构造活动记录，可忽略断裂错动对地面建筑的影响。场内碎裂交代花岗岩及片麻状混合岩其分界位置尚需进一步探明。区域性断裂离场区较远，对该工程的影响相对较小。勘察期间未发现暗沟洞穴、滑坡崩塌等不良地质现象，场地地壳稳定性较差，属于对抗震不利地段，应采用相应抗震措施，水深条件良好，适宜码头建设。

以峡门屿下游约200米（10剖面）为界，下游第四系地层厚度较大，软弱土层（淤泥混砂、淤泥质土，波速为140米/秒）、中软土（粗砂、粗砂，波速为240米/秒）、中硬土层（粉质粘土、残积粘性土、残积砂质粘性土，波速为360米/秒；全风化层，波速为460米/秒），履盖层厚度5.50~21.90米，据，，以ZK12、ZK22二孔计算场地有效剪切波速为143.6、236.7米/秒，判断为中软场地土，属Ⅱ类场地；上游第四系地层薄，为软弱土（淤泥混砂）、中软土（粗砂、粗砂）、中硬土（粉质粘土、残积砂质粘性土）及岩层，覆盖层厚度0.00~4.20米，据，，以ZK6、ZK14二孔计算场地有效剪切波速为140、277.1米/秒，属Ⅰ类场地。综合判断码头区场地土为中软场地土，场地类型为Ⅱ类场地。

根据各岩土层工程地质性能评价，强风化碎裂交代花岗岩分部广泛，工程地质性能良好，推荐承载力特征值fak=600kPa，可作为地基岩层。

2.2 水文条件

1）潮位特征值

湄洲湾属强潮海区，潮流动力较强；本海区潮流性质为(WO1 WK1)/Wm2，属正规半日的潮流区。湄洲湾受到地形控制，湾内基本上是往复的潮流，涨潮流为NW～NNW向、落潮流为SE～SSE向。

根据潮位资料，设计水位如下表1-1所示。

表1-1 设计水位

根据当地经验，混凝土浇筑的施工水位可取4.11m。

本工程潮位基准面采用东吴理论最低潮面，当地主要基面关系如下：

图2-1 潮位基面换算

1. 设计波浪要素

根据所给的波浪资料分析结果后，考虑垂直于码头岸线并在22.5°变化范围内的波浪影响（选取S方向为主要影响方向），可得下表1-2。

表1-2 设计波要素

3）水质分析

本场地环境类型为Ⅱ类，按A类评价。外业施工期间分别取高平潮和低平潮水位二组水样进行水质化验，根据水质分析报告，场地水质评价为：海水对混凝土结构有腐蚀性，但对混凝土内部的钢筋腐蚀性小，施工时应采取防腐措施，减少对结构的损害。

4）风暴潮影响

湄洲湾常年收到台风风暴潮的影响，台风降水增加非常明显。水位的增减幅度在-110～150cm之间，非常容易超过当地的警戒水位。这十分影响码头的安全、营运以及发展问题，值得重视。

2.3 气象资料

本海区的气候为南亚热带海洋性气候，全年较为温暖湿润。

1）气温

本海域的长年平均气温处于19.9℃～20.3℃之间，极端最高气温处于36.5℃～39.2℃之间，极端最低气温处于-0.3℃～1.3℃之间。湄洲湾湾内的平均气温稍高于湾口的气温。

2）风况

该海区在冬季时常吹偏北风，夏季常吹偏南向风，NNE—NE方向为该海区的强风向和常风向。经观测，该地湾口的风速大于湾内，多年平均风速为5.4m/s～6.9m/s。 此外，热带气旋是当地的灾害性天气，对港口的建设带来极大影响。

3）雾

本湾每年春季3～5月份多雾，夏秋冬季节（6～11月）很少出现雾，尤其是7～10月几乎不出现雾，湾内雾况比湾外轻。综合几个观测站的数据，雾对码头作业影响较小。

4）降水

本海域全年的降水主要集中在春、夏季（3～8月），多年平均降水量为1095.4mm～1316.6mm、最大降水量为1600.8mm～1966.4mm。，平均降水量为946.6mm，占全年降水量的72%以上，其中5、6月最多，月降水量均在200.0mm以上，两个月的降水量占全年降水量的31.5%。降水对码头作业的影响多发生于在台风季节。

2.4 地震条件

东吴港区拟建场地抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g。 根据设计依据⑨需要对码头的抗震能力进行验算。

2.5 泥沙

根据注入湄洲湾的的六条溪流的径流量分析，沙量相对于潮量而言较少，而且输入湄洲湾的泥沙量和每年输出的泥沙量趋于平衡。就整个湄洲湾来看，滩涂淤涨速度缓慢。

2.6 相对湿度

根据观测站的观测，该地的多年平均相对湿度为百分之七十七。

2.7 云和日照

湄洲湾的湾外阴天多于晴天，多年平均日照时数仅占到总数的25.19%。

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