1、沉箱重力式码头课程设计沉箱重力式码头课程设计目的：综合运用目的：综合运用港口水工建筑物港口水工建筑物、港口规划与布置港口规划与布置 等课程的知识，培养分析和解决工程实际问题的能力。等课程的知识，培养分析和解决工程实际问题的能力。学时：集中学时：集中1.5周周 1.5学分学分 必修必修时间：时间：2015年年11月月30日日-12月月20日日集中辅导时间及地点：集中辅导时间及地点：11月月30 15点点17点点 1-109 12月月7 14点点17点点 1-109指导教师：宋向群、姜萌指导教师：宋向群、姜萌答疑地点：教师办公室，综合答疑地点：教师办公室，综合3#楼楼406、407 1、潮位：、潮
2、位：港工港工1班班 港工港工2班班极端高水位：极端高水位：5.1m 5.05m极端低水位：极端低水位：-1.15m -1.14m设计高水位：设计高水位：4.01m 3.98m设计低水位：设计低水位：0.45m 0.44m施工水位：施工水位：2.2m 2.16m（四四）材料指标：材料指标：渣石内摩擦角渣石内摩擦角（度）？按学号尾号（度）？按学号尾号：0-25；1-26；2-27；3-28；4-29；5-30；6-26；7-27；8-28（五五）使用荷载使用荷载:门机门机荷载荷载代号代号:按学号尾号按学号尾号 0 03:3:Mh-16-30；4 46:6:Mh-10-25；7 79:9:Mh-10
3、-30 铁路铁路:机车类型按学号尾号，单号机车类型按学号尾号，单号-干线干线机车；双号机车；双号-调车调车机车。机车。第一节第一节 设计资料（见设计任务书）设计资料（见设计任务书）第二节第二节 码头标准断面的构造及其轮廓尺寸码头标准断面的构造及其轮廓尺寸一、码头各部分标高一、码头各部分标高1.码头顶标高码头顶标高 即胸墙顶标高即胸墙顶标高原则：原则：大潮时不淹没；大潮时不淹没；便于作业和前后方高程的便于作业和前后方高程的衔接。衔接。基本标准基本标准:设计高水位设计高水位1 11.5m1.5m复核标准复核标准:极端高水位极端高水位0 00.5m0.5m有掩护、实体码头有掩护、实体码头 2.沉箱顶
4、标高沉箱顶标高：施工水位施工水位+0.3+0.30.5m0.5m3.胸墙底标高胸墙底标高:沉箱顶标高沉箱顶标高-0.3-0.30.5m 0.5m 嵌入沉箱顶嵌入沉箱顶0.30.30.5m0.5m4.码头前沿设计底标高码头前沿设计底标高（抛石基床顶或沉箱底标高）（抛石基床顶或沉箱底标高）设计低水位设计低水位-码头前沿设计水深码头前沿设计水深5.基床底标高：基床底标高：当基床顶面应力地基承载力时当基床顶面应力地基承载力时,由地基承由地基承载力确定载力确定,厚度厚度1m;1m;否则厚度否则厚度0.5m0.5m；6.抛石棱体顶标高：抛石棱体顶标高：棱体顶面应高出沉箱棱体顶面应高出沉箱 0.5m；棱体棱
5、体表层应抛设表层应抛设0.50.8m厚二片石厚二片石,其上再设倒滤层。其上再设倒滤层。7.倒滤层顶标高：倒滤层顶标高：取决于倒滤层厚度。碎石层取决于倒滤层厚度。碎石层坡度坡度1:1.51:1.5码头前沿设计水深码头前沿设计水深 D=T+ZD=T+Z1 1+Z+Z2 2+Z+Z3 3+Z+Z4 4 设计低水位，设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深。设计低水位，设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深。TT设计船型荷载吃水；设计船型荷载吃水；Z Z1 1 龙骨下最小富裕深度（与海底质有关）；龙骨下最小富裕深度（与海底质有关）；Z Z2 2 波浪富裕深度；波浪富裕深度；Z Z3 3 配载不均匀增加的
6、尾吃水；配载不均匀增加的尾吃水；Z Z4 4 备淤深度。备淤深度。倒滤层倒滤层厚度厚度分层：分层：5-20mm瓜米石、粗砂或砾砂层组成瓜米石、粗砂或砾砂层组成,每层厚度每层厚度 0.3m,总厚度总厚度 0.6m不分层：不分层：级配较好的混合石料，如石渣、砂卵石等，厚度级配较好的混合石料，如石渣、砂卵石等，厚度 0.8m；或粒径或粒径5 5100mm100mm碎石，厚度碎石，厚度 0.6m1、泊位长度、泊位长度 中间泊位：中间泊位：L Lb b L+d (L+d (设计船长设计船长富裕长度富裕长度)富裕长度按富裕长度按海港总体设计规范海港总体设计规范选取，与船长有关。选取，与船长有关。2、沉箱长
7、度、沉箱长度:根据根据沉箱预制厂能力沉箱预制厂能力和泊位长度和泊位长度综合确定综合确定。（尽量少的个数）（尽量少的个数）沉箱安装缝沉箱安装缝宜采用沉箱高度的宜采用沉箱高度的4，一般，一般50mm。3、沉箱高度、沉箱高度沉箱顶标高沉箱底标高沉箱顶标高沉箱底标高4、沉箱宽度、沉箱宽度:由码头稳定性确定，通过试算。由码头稳定性确定，通过试算。（包括趾）（包括趾）经验经验:取（取（0.60.7）倍码头高度）倍码头高度（胸墙顶到沉箱底）（胸墙顶到沉箱底）二、沉箱二、沉箱外形外形尺度确定尺度确定（由泊位尺度、预制能力等综合确定）（由泊位尺度、预制能力等综合确定）沉箱尺度确定沉箱尺度确定本设计沉箱用本设计沉
8、箱用平接方式平接方式1、外壁、底板和隔墙厚度、外壁、底板和隔墙厚度外壁厚外壁厚由计算确定，由计算确定，250mm250mm（有抗冻要求（有抗冻要求300mm300mm）300,350,400mm 300,350,400mm底板厚底板厚度由计算确定，度由计算确定，壁厚（比壁厚大壁厚（比壁厚大5050100mm100mm）400,450,500,550m 400,450,500,550m隔墙厚隔墙厚度取隔墙间距的度取隔墙间距的1/251/251/201/20，200mm200mm 加强角宽度加强角宽度150-200mm150-200mm，以减少应力集中。，以减少应力集中。2、箱内隔墙布置、箱内隔墙
9、布置宜对称布置，宜对称布置，间距间距3 35m5m，内隔墙上部挖洞时，孔洞下边缘，内隔墙上部挖洞时，孔洞下边缘至箱底的距离不宜小于隔墙间距的至箱底的距离不宜小于隔墙间距的1.51.5倍倍3、沉箱重量、沉箱重量（预制场预制能力）、预制场预制能力）、干舷、浮游稳定性、干舷、浮游稳定性、吃水验算吃水验算 （列表计算、汇总）（列表计算、汇总）三、沉箱细部尺寸三、沉箱细部尺寸四、上部结构设计四、上部结构设计（一）胸墙断面设计（一）胸墙断面设计（现浇砼）（现浇砼）常见常见L L型、梯形等形式型、梯形等形式1、胸墙顶宽：、胸墙顶宽：0.8m0.8m（系船柱、门机前轨、管沟系船柱、门机前轨、管沟）2、胸墙底宽
10、：、胸墙底宽：由胸墙稳定性要求定。经验由胸墙稳定性要求定。经验:1/21/2沉箱宽度。沉箱宽度。3、胸墙高度、胸墙高度胸墙顶标高胸墙底标高胸墙顶标高胸墙底标高（二）系船柱设计（二）系船柱设计1、系船柱中心距码头前沿、系船柱中心距码头前沿0.51.0m，2030m等间距。等间距。2、选择系船柱吨级：、选择系船柱吨级：按按75%保证率保证率 计算值、下限值，取值；用定型产品计算值、下限值，取值；用定型产品（三）门机布置（三）门机布置:轨距、跨距轨距、跨距10.5m10.5m，前轨到码头前沿，前轨到码头前沿2m2m，荷载图式荷载图式?2、选择系船柱吨级：、选择系船柱吨级：风压力垂直于码头前沿的风压力
11、垂直于码头前沿的横向横向分力分力 见见荷载荷载附录附录E F Fxwxw=73.6=73.61010-5-5A Axwxwv vx x2 21 12 2 v vx x 设计风速（九级风，设计风速（九级风，v v22m/s22m/s）1 1 风压不均匀折减系数（风压不均匀折减系数（0.60.61.01.0），与轮廓尺寸有关），与轮廓尺寸有关;2 2 风压高度变化修正系数（风压高度变化修正系数（1.01.01.541.54）,与船舶水面以上高度有关。与船舶水面以上高度有关。Axw 船体受风面积，船体受风面积，查查荷载荷载附录附录H，根据船型、吨位，根据船型、吨位，按按75%保证率选取。保证率选取。
12、水流力水流力（有掩护码头，有掩护码头，本设计可忽略）本设计可忽略）系缆力标准值系缆力标准值 nn同时受力的系船柱数目，与船长有关，查同时受力的系船柱数目，与船长有关，查荷载荷载表表 KK系船柱受力分布不均匀系数，系船柱受力分布不均匀系数，n=2n=2时，时，K=1.2K=1.2；n n2 2时，时，K=1.3K=1.3系船缆的水平投影与码头前沿线的夹角（系船缆的水平投影与码头前沿线的夹角（3030）系船缆与水平面的夹角（系船缆与水平面的夹角（1515）系缆力标准值系缆力标准值荷载荷载的规定值的规定值,对载重量对载重量10000t10000t的船舶的船舶,400kN,400kN。门机门机荷载图式
13、荷载图式:（四）铁路布置（四）铁路布置 计算铁路荷载产生的土压力时，钢轨上的线荷载标准值按计算铁路荷载产生的土压力时，钢轨上的线荷载标准值按调车机车调车机车（125kN/m125kN/m）或干线机车（）或干线机车（140kN/m140kN/m）。（五）管沟设计（五）管沟设计作用：供水、电；作用：供水、电；尺寸（宽尺寸（宽高）：小管沟，高）：小管沟，0.40.40.6m0.6m，大管沟，大管沟，1.01.01.2m1.2m （六）护舷设计（六）护舷设计1 1、选择护舷类型和规格、选择护舷类型和规格有效撞击能量有效撞击能量选取护舷：查橡胶护舷性能表（或曲线）选取护舷：查橡胶护舷性能表（或曲线）选反
14、力低，吸能大的型号选反力低，吸能大的型号 有效动能系数有效动能系数0.70.70.8 0.8 mm满载排水量，满载排水量，荷载荷载附录附录H 75%H 75%V Vn n海船法向靠岸速度（海船法向靠岸速度（m/sm/s），查表），查表2 2、悬挂高程、悬挂高程:不同水位和吃水时不同水位和吃水时,船体干舷部分接触护舷船体干舷部分接触护舷,兼顾小船靠泊，则可偏低。兼顾小船靠泊，则可偏低。沿前沿线沿前沿线D300D300水平护舷。水平护舷。护舷间距：护舷间距：5 520m,520m,51010船长。（每个沉箱一个）船长。（每个沉箱一个）五、其它五、其它l 码头前沿（作业地带）宽度：码头前沿（作业地带
15、）宽度：2+10.5+1.5l 变形缝：变形缝：沉箱安装缝：沉箱高度沉箱安装缝：沉箱高度44，50mm50mm 胸墙缝（沉降）：胸墙缝（沉降）：1 12 2个沉箱一组，个沉箱一组，2cm2cm宽宽l 抛石基床：抛石基床：底宽底宽码头墙底宽码头墙底宽+2+2倍基床厚倍基床厚 挖泥边坡：亚粘土挖泥边坡：亚粘土1:3,1:3,淤泥淤泥1:51:5 10 10 100kg100kg块石块石l 抛石棱体抛石棱体坡度坡度 1:11:1顶顶宽宽:自己给定。自己给定。出坡点、土压力出坡点、土压力计算墙后主动土压力时先找计算墙后主动土压力时先找出坡点出坡点P P，按两种，按两种指标计算土压力。指标计算土压力。从
16、墙体后踵作从墙体后踵作主动破裂面与主动破裂面与棱体坡棱体坡面交点面交点=出坡点出坡点P P，其位置可按其位置可按 近似确定。近似确定。重力式规范重力式规范2.4.3.12.4.3.1和附录和附录C C 值值按按两种填料的破裂角标准值两种填料的破裂角标准值由由层厚层厚加权平均确定；加权平均确定；步骤：步骤：假设假设 ，约，约25252828 画图得画图得h h1 1和和h h2 2，查附录查附录C C表得表得1 1,2 2，试算得到试算得到 Hhh2211 出出坡坡点点计算土压力时：计算土压力时：出坡点以上按回填土，出坡点以上按回填土，以下按棱体。以下按棱体。第三节第三节 码头各项稳定性验算码头
17、各项稳定性验算 四种设计状况，两种极限状态：四种设计状况，两种极限状态：持久状况：持久状况：在结构使用期按在结构使用期按承载能力极限状态承载能力极限状态和和 正常使用极限状态正常使用极限状态设计。设计。短暂状况短暂状况的的承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计（施工期或使用初期）（施工期或使用初期）地震状况地震状况的的承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计偶然状况偶然状况的的承载能力极限状态设计承载能力极限状态设计本次课程设计：本次课程设计：持久状况持久状况承载能力承载能力极限状态极限状态 对计算面前趾的对计算面前趾的抗倾稳定性抗倾稳定性 沿墙底和各水平缝抗滑稳定性沿墙底和各水平缝抗滑稳定
18、性 沿基床底面和基槽底面的沿基床底面和基槽底面的抗滑稳定性抗滑稳定性 基床和地基承载力基床和地基承载力 墙底面合力作用点位置墙底面合力作用点位置 整体稳定性整体稳定性（略）（略）各构件的各构件的承载能力承载能力（略）（略）l 作用：作用：永久作用：永久作用：结构自重（包含填料自重），水位结构自重（包含填料自重），水位重度。重度。永久作用引起的土压力（如永久作用引起的土压力（如:由土自重引起的不变的土压力）由土自重引起的不变的土压力）可变作用：可变作用：堆货荷载堆货荷载（码头前沿和前方堆场的均布荷载）；（码头前沿和前方堆场的均布荷载）；起重机械荷载；起重机械荷载；铁路荷载；铁路荷载；系缆力；系缆
19、力；可变作用引起的土压力等。可变作用引起的土压力等。作用组合原则：作用组合原则：最不利组合最不利组合：稳定力最小不稳定力最大。：稳定力最小不稳定力最大。对抗滑、抗倾稳定性：最大水平力最小竖向力对抗滑、抗倾稳定性：最大水平力最小竖向力 对基床和地基承载力：最大水平力最大竖向力（大偏心）对基床和地基承载力：最大水平力最大竖向力（大偏心）最大水平力最小竖向力最大水平力最小竖向力l 水位水位（因时间所限，特规定）（因时间所限，特规定）：极端高水位极端高水位（胸墙稳定性验算（胸墙稳定性验算）设计高水位设计高水位（胸墙稳定性验算，码头抗倾抗滑稳定性验算（胸墙稳定性验算，码头抗倾抗滑稳定性验算）极端低水位极
20、端低水位（基床和地基承载力验算（基床和地基承载力验算）1、持久组合一：、持久组合一：自重系缆力堆货土压力自重系缆力堆货土压力（土重和堆货引起）土重和堆货引起）水位：水位：设计高水位，极端高水位设计高水位，极端高水位2、持久组合二：、持久组合二：自重系缆力铁路土压力自重系缆力铁路土压力（土重和铁路荷载引起）土重和铁路荷载引起）水位：水位：设计高水位，极端高水位设计高水位，极端高水位 （门机前腿产生稳定力和稳定力矩，故不计门机荷载）（门机前腿产生稳定力和稳定力矩，故不计门机荷载）一、胸墙稳定性验算一、胸墙稳定性验算 （抗滑、抗倾）（抗滑、抗倾）1、持久组合一：、持久组合一：自重系缆力堆货土压力自重
21、系缆力堆货土压力 水位：设计高水位水位：设计高水位2、持久组合二：、持久组合二：自重系缆力门机铁路土压力自重系缆力门机铁路土压力 门机：与胸墙情况不同，此时门机产生的不稳定力和门机：与胸墙情况不同，此时门机产生的不稳定力和力矩可以大于稳定力和力矩，所以要考虑。吊臂朝后。力矩可以大于稳定力和力矩，所以要考虑。吊臂朝后。水位：设计高水位水位：设计高水位二、码头二、码头抗滑抗滑（沿基床顶面、底面）（沿基床顶面、底面）抗倾抗倾稳定性（绕沉箱前趾）验算稳定性（绕沉箱前趾）验算另需注意：另需注意：各种作用换算成单位长度（各种作用换算成单位长度（m m）断面上的作用值。）断面上的作用值。系缆力，门机、铁路都
22、要换算。系缆力，门机、铁路都要换算。为达到倾覆力矩或水平力最大，堆载应布在计算面之后。为达到倾覆力矩或水平力最大，堆载应布在计算面之后。土压力计算，土压力计算，胸墙用朗金理论，沉箱用库仑理论。附录胸墙用朗金理论，沉箱用库仑理论。附录C C门机和铁路换算成均布荷载，可直接布在码头面上门机和铁路换算成均布荷载，可直接布在码头面上,（偏于（偏于安全）安全）。要考虑同时作用在一个沉箱上的多台门机产生的荷载。要考虑同时作用在一个沉箱上的多台门机产生的荷载。沿沿基床底面基床底面的抗滑稳定性验算的抗滑稳定性验算自重中计入自重中计入BDEE 基床的自重力；基床的自重力；计入基床被动土压力计入基床被动土压力(作
23、用于作用于EE 面面)其标准值乘折减系数其标准值乘折减系数0.3,0.3,分项系数取分项系数取1)1)基床厚度较薄或墙前土层软弱时，基床厚度较薄或墙前土层软弱时，可不考虑这部分可不考虑这部分被动土压力被动土压力另需注意：另需注意：三、基床承载力验算三、基床承载力验算 0 0结构重要性系数结构重要性系数,二级，取二级，取1 1 基床顶面最大应力分项系数基床顶面最大应力分项系数,取取1 1 max max 基床顶面最大应力标准值（基床顶面最大应力标准值（KPaKPa）R R 基床承载力设计值，取基床承载力设计值，取600 KPa600 KPa水位低时水位低时,自重增大自重增大,取极端低水位。取极端
24、低水位。V Vmaxmax：门机铁路自重；：门机铁路自重；堆货（满布码头面）自重。堆货（满布码头面）自重。H Hmaxmax：土压力、系缆力：土压力、系缆力 0 0 max max R R 合力作用点与墙身前趾距离：合力作用点与墙身前趾距离：KORVMM V Vk k：作用在基床顶面的竖向合力标准值（：作用在基床顶面的竖向合力标准值（kN/mkN/m）M MR R:竖向合力标准值对墙底面前趾的稳定力矩（竖向合力标准值对墙底面前趾的稳定力矩（kN.m/mkN.m/m）M Mo o:倾覆力标准值对墙底面前趾的倾覆力矩（倾覆力标准值对墙底面前趾的倾覆力矩（kN.m/mkN.m/m）BeBVK61ma
25、xmin032minmaxKVB/3B/3时：时：B/3B/3时：时：偏心距：偏心距：2Be四、墙底合力作用点位置四、墙底合力作用点位置:非岩石地基非岩石地基,要求要求 B/4 1.基床底面应力标准值：基床底面应力标准值：2.地基承载力地基承载力验算公式：验算公式：r r0-结构结构重要性系数重要性系数,取取1;r1;rR-抗力分项系数抗力分项系数,2,23;3;V Vd d、V Vk k-作用于作用于计算面上竖向合力计算面上竖向合力的设计值、的设计值、标准值标准值(KN/m)(KN/m)；F Fk-地基承载力的竖向合力地基承载力的竖向合力标准值标准值(kN/m)(kN/m);rs-综合分项系
26、数综合分项系数,取取1。五、地基承载力验算五、地基承载力验算 港口工程地基规范港口工程地基规范B1-墙底实际受压宽度墙底实际受压宽度,当当B/3,B1=B;否则否则B1=3；r-块石的水下重度标准值块石的水下重度标准值;d-基床厚度；基床厚度；基床底面计算宽度基床底面计算宽度Be=B1+2d；前、后端竖向应力标准值前、后端竖向应力标准值 Pv2=max Pv1=minrdd2BB rdd2BB1min1min1max1max ，5.1.1 5.1.1 基础形状为条形的地基承载力验算可按平面问题考虑。基础形状为条形的地基承载力验算可按平面问题考虑。5.1.45.1.4 持久状况宜采用直剪固结快剪
27、强度指标。持久状况宜采用直剪固结快剪强度指标。5.1.5 5.1.5 对不计波浪力的建筑物，持久状况宜取极端低水位；对不计波浪力的建筑物，持久状况宜取极端低水位；3.3.计算地基承载力的竖向合力标准值计算地基承载力的竖向合力标准值F Fk k：当当0,0,均质土地基、均布边载均质土地基、均布边载,b bj-1j-1,b,bj j极限承载力竖向应力的平均值极限承载力竖向应力的平均值:cK、K、rK、qK、Nr、Nq、Nc?将计算宽度将计算宽度Be分成分成M M个小区间个小区间bbj-1j-1,b,bj j:jj前趾处前趾处b b0 0=0=01 12 2 M M备注备注b bj j=j=jB B
28、B=BB=Be e/M/MP Pvj vj 由由Pv2=max Pv1=min B B=V=Vd dP PzjzjB B=P=PZ ZP P*vjvj=K K*P PvjvjK K*=P=PZ Z/V/Vd dMin(PMin(Pzjzj,P,P*vjvj)B=B=F FK KNr、Nc 承载力系数承载力系数,附录附录H列表计算列表计算F Fk k合力的倾斜率：合力的倾斜率：H Hk k-作用于计算面以上的水平合力标准值作用于计算面以上的水平合力标准值(kN/m),(kN/m),包括基床厚度范围内的主动土压力包括基床厚度范围内的主动土压力.定倾高度定倾高度m=-a0.2ma-重心到浮心距离重心
29、到浮心距离a=Y重重-Y浮浮-定倾半径定倾半径六、沉箱浮游稳定性验算六、沉箱浮游稳定性验算钢混重度钢混重度24.5,海水重度海水重度10.25七、七、沉箱吃水及干舷高度的验算沉箱吃水及干舷高度的验算1.沉箱吃水验算沉箱吃水验算 *钢混重度钢混重度25 滑道滑道溜放下水时：溜放下水时：沉箱沉箱吃水吃水滑道末端水深滑道末端水深-(台车高度台车高度+0.3m)浮运浮运时时:沉箱沉箱吃水吃水航道水深航道水深(0.30.5m)沉放沉放时时:沉箱沉箱吃水吃水基床顶面水深基床顶面水深-(0.30.5m)2.沉箱干舷高度的验算沉箱干舷高度的验算 保证沉箱不没顶保证沉箱不没顶 干舷高度干舷高度ShBTHF32tan2 H、B、T-沉箱高度、宽度、吃水；沉箱高度、宽度、吃水；S-富裕高度富裕高度0.51.0;h-波高波高;-沉箱倾斜角度沉箱倾斜角度,溜放时用滑道末端坡角溜放时用滑道末端坡角;浮运时浮运时68ShBTHF32tan2
