上海港2號碼頭工程設計TheEngineeringdesignoftheNo.2dockofShanghaiport摘要上海港2號碼頭畢業設計主要以碼頭主要尺度確定、平面布置、結構選型、碼頭主要結構和構件的設計計算和碼頭整體穩定性驗算為主要內容。通過查閱相關設計手冊、書籍、系列規范和參考已經修建工程設計資料進行結構選型、碼頭型式確定。工程依據資料選取了高樁碼頭為設計方向。高樁碼頭不僅符合本次設計的工程條件，而且是常見的碼頭結構型式，在長江流域多采用這種形式。同時，高樁碼頭對以后碼頭向深海方向發展研究有很多幫助。確定主要方向之后便進行工程設計，包括船舶作用力、面板計算、縱梁設計、橫梁設計、樁基驗算、靠船構件計算和碼頭整體穩定性計算等內容，其中部分內容運用相關軟件如易工軟件進行計算或驗算。通過對碼頭主要構件的選型以及計算，以熟悉高樁碼頭結構設計和高樁碼頭優缺點，為以后工作、學習做扎實鋪墊。此次設計順利完成了設計任務，最后繪制了碼頭平面布置圖、碼頭主要結構施工圖、指定構件的配筋圖。關鍵字：高樁碼頭；縱梁；橫向排架；大直徑管樁IAbstractTheengineeringdesignoftheNo.2dockofshanghaiportmainlydeterminesthemajorscale,layout,structure,selection,thedesigncalculationsofthemainstructureandcomponentsofportandtheoverallstabilitycalculation.Throughaccessingtorelevantdesignmanuals,books,familynormsandreferencedatasthathasbeenconstructedforstructuralengineeringdesign,wecanworkoutthepropertypefortheterminal.Projectswereselectedbasedondataforthedesigndirectionofhigh-pilewharf.High-pilepierisnotonlyproperfortheconditionsofthisdesignproject,andisacommonterminalstructuretype,intheYangtzeRiverarea.Meanwhile,thehigh-pilepiercanrenderaserviceinthefiledofdeepseaterminalinthefuture.Afterhavingdeterminedthemaindirectionofprojectdesign,wecancalculatemostpartsincludingtheshipforce,panelcalculation,longitudinalbeamdesign,beamdesign,pilefoundationchecking,calculationandtheterminalbyshipcomponentsandtheoverallstability.Partofthecalculationofcontent,wecanmakeuseofthework-relatedsoftwaresuchasEasysoftwareforcalculationorcheckingcalculation.Throughtheselectionandcalculationofthemaincomponentsoftheterminal,wecanbecomefamiliarwithhigh-pilewharfandwithhigh-pilewharfadvantagesanddisadvantages,astomakeafoundationforfutureworkandstudy.Wesucceedinfinishingthedesigntask,andfinallydrawtheterminalfloorplan,themainstructureofterminalconstructionplans,specifyingcomponentsofreinforcementplan.Keywords:High-pilepier;longeron;transverse;largediameterpileII目錄第一章緒論.11.1中國港口發展歷史及現狀.11.2高樁碼頭的優點及存在的問題.21.3高樁碼頭在工程中的一些經驗教訓.31.4高樁碼頭今后的設計施工方向.31.5上海港歷史發展及其現狀.41.6地理位置及航運條件.51.7上海港舊碼頭改造主要研究內容.6第二章總工程概況.72.1營運資料.72.1.1貨運任務.72.1.2船舶資料.72.1.3建筑物的結構等級.72.2自然條件.72.2.1設計水位.72.2.2水文.72.2.3氣象.82.2.4地形地質.82.3平面布置以及工藝設計.92.3.1總體布局.92.3.2碼頭泊位確定.92.3.3平面布置.102.3.4施工條件以及設備材料供應.122.3.5平面布置簡圖.12第三章結構選型.133.1結構選型及方案設計.133.2高樁碼頭的結構形式.15III3.3碼頭尺寸擬取.16第四章碼頭荷載計算.174.1永久作用.174.2起重機械和運輸機械荷載.174.2.1門機荷載.174.2.2流動機械.174.3船舶荷載.184.3.1作用在船舶上的風荷載.184.3.2作用在船舶上的水流力.184.3.3系纜力.204.3.4撞擊力.214.3.5擠靠力.22第五章面板計算.245.1計算原則.245.2計算跨度.255.3作用計算.265.4作用效應分析.275.4.1短暫狀況（施工期）.275.4.2持久狀況(使用期).285.5作用效應組合.305.5.1承載能力極限狀態的作用效應組合.305.5.2正常使用極限狀態的作用效應組合.315.6配筋計算.325.7面板彎矩作用的裂縫驗算.34第六章縱梁計算.366.1縱梁斷面尺寸.366.2計算跨度選取.376.2.1簡支梁.37IV6.2.2連續梁.376.3作用.386.3.1永久作用.386.3.2可變作用.386.3.3作用效應分析.396.4內力計算.406.4.1施工期.406.4.2使用期.416.5計算示例.436.5.1計算圖式.436.5.2彎矩計算.436.5.3剪力計算.466.6作用效應組合.496.6.1組合形式.496.6.2門機軌道梁計算結果.506.6.3連系縱梁計算結果.556.7縱梁配筋.586.7.1門機軌道梁.586.7.2連系梁.596.8裂縫寬度驗算.616.8.1門機軌道梁.616.8.2連系梁.61第七章橫梁計算.637.1工程基本信息.637.2組合信息.637.3橫梁荷載計算.647.4配筋計算.727.4.1正截面承載力計算.727.4.2斜截面承載力計算.73V7.5裂縫寬度驗算.747.5.1跨中抗裂驗算.747.5.2支座抗裂驗算.74第八章樁基計算.758.1概述.758.2樁軸力計算表.758.3樁截面配筋驗算.78第九章樁帽配筋計算.809.1縱向樁帽配筋計算.809.1.1受彎配筋.809.1.2受剪配筋.819.2橫向樁帽配筋計算.819.2.1受彎配筋.819.2.2受剪配筋.82第十章靠船構件的計算.8410.1概述.8410.2靠船構件斷面形式.8410.3靠船構件的計算.8410.4靠船構件的配筋計算.8610.5靠船構件彎矩作用裂縫寬度驗算.87第十一章岸坡穩定計算.8911.1計算原則.8911.2穩定驗算.89結語.91致謝.92參考文獻.93VI第一章緒論1.1中國港口發展歷史及現狀鑒于港口發展對經濟社會發展的重要性，解放以來，特別是改革開放以來，我國港口在建設、運營、管理等各方面都取得了令世界矚目的巨大成就?；仡欉^去，我國港口先后經歷了5個不同的發展時期。第一階段是恢復發展階段。這一時期是建國初期的20世紀50年代到70年代初，由于戰爭使港口設施受到嚴重破壞，主要對港口進行恢復和重建。全國港口完成生產資料所有制改造，建立了集中統一、分級管理、政企合一的水運管理體制，由國家為主導有計劃、有重點地建設和管理港口，使中國港口獲得了新生。港口吞吐量從建國之初的1000萬噸，到70年代初首次突破1億噸。第二階段是起步發展階段。這一時期是20世紀70年代初到70年代末，這一階段以大力建設新碼頭、努力提高港口吞吐能力為主要特征。當時，我國對外關系取得重大突破，對外貿易迅速擴大，外貿海運量猛增，沿海港口貨物通過能力不足，港口的船舶壓港、壓貨、壓車情況日趨嚴重。在這樣的形勢下，周恩來總理于1973年初發出了三年改變港口面貌的號召，開始了建國后的第一次港口建設高潮，到1978年港口新增吞吐能力1億多噸，吞吐量達到近3億噸，成為中國港口發展史上的重要里程碑。第三階段是快速發展階段。這一時期從20世紀80年代到90年代。這一階段的特點積極發展港口主樞紐、建設專業化深水泊位、改革港口管理體制等。隨著改革開放政策的實施，特別是沿海14個城市和5個經濟特區的開放，國民經濟迅速增長，交通部提出了三主一支持交通發展長遠規劃，我國迎來了第二次港口建設熱潮。1996年黨中央、國務院提出了建設上海國際航運中心的戰略目標。在第三階段全國新增吞吐能力6億噸,是第二階段的6倍,港口吞吐量達到22億噸,中國港口在20世紀最后20年間實現了歷史性跨越，譜寫了中國港口發展史上的輝煌篇章。第四階段是我國港口能力和水平全面提升的階段。進入新世紀，中國港口邁進了新的發展階段。2001年11月，我國正式加入世界貿易組織，啟動了新一輪港口管理體制改革，2003年港口法頒布實施，2006年全國沿海港口布局規劃出臺，形成了第三輪港口建設高潮。進一步完善港口布局，優化港口結構，努力建設港口強1國，全面開創港口發展新局面，成為這一階段的主旋律。從2001年到2008年,我國港口貨物吞吐量從28億噸達到70億噸,集裝箱吞吐量從3700萬箱到2007年1.2億箱，實現了從千萬箱到億箱的大跨越。現我國港口碼頭業有著巨大的發展前景。從2006年到2010年的5年間，中國將新增港口吞吐能力80以上；到2010年底，我國港口年吞吐量將達到61億噸，集裝箱吞吐量將達到1.2億至1.4億標箱，港口崛起正是中國經濟迅猛發展的一個縮影。與此同時，我國港城互動發展正進入黃金發展期.經濟全球化使港城經濟互動進入新的發展階段，港口的發展有效支撐著我國經濟的持續高速增長；同時我國經濟的規?；l展有力促進了港口的現代化發展。我國已經基本建立了主要港口、地區性重要港口和其他一般港口三個層次的港口，在長江三角洲、珠江三角洲、環渤海灣、東南沿海、西南沿海五大區域形成了規模龐大并相對集中的港口群。在長江、珠江、黑龍江、淮河水系和京杭運河形成了綿延的沿岸港口帶。以集裝箱、煤炭、礦石、油品、糧食五大貨種和客運為重點，構架了具有我國特色的水路客貨港口運輸裝卸系統。內河主要港口面貌有較大改觀。三峽庫區碼頭淹沒復建工程全部完成，在長江、西江干線和長三角、珠三角地區建成了一批集裝箱、大宗散貨和汽車滾裝等專業化泊位，港口機械化和專業化水平不斷提高。在中國經濟強力發展的今天，港口作為其獨特的貢獻體一定會蓬勃發展，為經濟發展做出有力貢獻。高樁碼頭是應用廣泛的主要碼頭結構型式，因此在我國的地位也越來越重要。1958年起，上海港的碼頭建設開始以高樁板梁結構代替框架結構，這是上海港碼頭結構的重大進步。與此同時，上海市筑港工程局開始對預應力鋼筋混凝土構件制造技術進行研究。60年代，這一技術發展成熟，70年代開始得到廣泛應用。1970年起，三航局科技人員又對碼頭上部結構進行多次改革，將原現澆橫梁改為預制，用預制空心大板代替縱梁和面板，使萬噸級大型深水碼頭及中小型碼頭的預制裝配程度提高至80%左右，節約了三大主材（鋼材、水泥、木材），從而速度加快，工程質量得到提高，并形成以高樁碼頭為主要結構體系的設計通用圖。1.2高樁碼頭的優點及存在的問題高樁碼頭是在軟弱地基上修建的一種主要結構型式，其工作特點是通過樁臺將作用在碼頭上的荷載經樁基傳給地基。高樁碼頭適宜做成透空結構，其結構輕，減弱波浪的效果好，沙石料用量省，對于挖泥超深的適應性強。高樁碼頭適用于可以沉樁的2各種地基，特別適用于軟土地基。在巖基上有適當厚度的覆蓋層也可采用樁基礎。對于長江一帶的地區，高樁碼頭是應用最廣最多的碼頭型式之一。但是建筑物的耐久性較其他型式差，其中鋼筋銹蝕是導致其可靠性降低，使用壽命短的主要原因。而在不同的環境下原因并不相同，防治措施也在進一步的探索中。高樁碼頭構件易損壞且不易修復；抗震性能較差。其中梁板式構件數量類型多，施工麻煩，不易水汽排除，鋼筋易銹蝕。高樁在季節和溫度的變化影響下碼頭結構將產生不同程度的變形以及碼頭與岸坡變形的相互關系都是高樁碼頭要注意的1.3高樁碼頭在工程中的一些經驗教訓地質條件不夠清楚，缺乏試樁驗證，相似地質條件沉樁經驗不足，造成設計樁長過大，工程實施中大量截樁，造成較大的浪費。樁基結構承受長期水平力，受制于沉樁能力，樁的抗拔、抗壓的承載能力不足，如湛江老碼頭工程，上部結構直接承受土壓力，樁基先水沖沉樁后錘擊，造成在使用期結構不斷位移、開裂，嚴重影響碼頭正常使用及其耐久性。負摩擦對樁基碼頭的不利影響，如上海港早期建成的部分碼頭，由于樁基入土深度比較小，碼頭后方回填比較大，造成堆場比較大的沉降，從而給碼頭樁基帶來負摩擦力，造成樁基沉降、上部結構開裂和位移，影響碼頭的使用及耐久性，最常見的是指向碼頭的后方的斜樁或緊鄰擋土結構的直樁開裂或樁帽開裂。地基處理不當，造成邊坡的穩定性不足，引起樁基損壞。最常見的是辯駁位移后造成上部結構開裂，嚴重情況下邊坡失穩滑動，造成樁基損壞。樁基質量不穩定，造成預應力方樁膠囊偏心，局部混凝土強度不足，沉樁設備工作狀態不穩定，出現偏心錘擊或水錘錘擊原因導致沉樁過程中出現斷樁、樁基局部破壞等情況。在窄短的受力平臺段，特別是結構端部，沒有設置縱向叉樁，橫向叉樁的平面扭角布置又不合理，造成碼頭縱向剛度太小，位移過大。由于混凝土強度密實性不足、鋼筋保護層太小、接頭混凝土質量差等原因，在海水環境下，混凝土過早開裂破壞，結構使用年限達不到設計要求。1.4高樁碼頭今后的設計施工方向隨著港口工程設計、施工系列規范的不斷完善和設計手段的提高，高樁碼頭的結3構設計已經比較成熟。結構設計可以采用簡化平面設計方法也可以采用空間有限元結構設計，考慮的因素比較全面，計算精度也越來越高，與結構設計相配套的荷載、水文、材料、施工、檢驗和驗收、測試等規范和規程也比較配套和完善。盡管設計已經非常成熟但是在結合近幾年國內大碼頭的工程實例，可以發現設計方面仍存在以下問題：樁基和土的作用比較復雜，如樁基負摩擦力對結構的影響問題，要在理論上解決還存在較大的難度，目前一般以實驗和原型觀測為解決手段；由于海工混凝土和鋼結構所處的環境比較惡劣，腐蝕作用比較強，一些結構過早的損壞，目前一般采用高性能的混凝土、混凝土涂層、環氧涂層鋼筋等防腐措施。如何提高混凝土的耐久性和使用壽命是設計和科研面臨的重要問題；最近幾年船舶運輸的大型化發展趨勢迅猛，推動了港口向深水化發展。如何解決碼頭向深水大浪區域發展也是值得研究的方向：高樁碼頭在施工過程中容易發生結構位移，碼頭橫向水平位移產生的原因、預防措施和沉降控制也是今后設計、施工中要解決的重要問題之一。本次工程設計為上海港2號碼頭工程設計經過比選決定采用高樁碼頭梁板式結構，設計采用簡化平面設計的方法，大部分計算如面板、縱、橫梁等采用手酸或者EXCEL計算，樁力部分和邊坡穩定等部分計劃采用軟件計算。由于上海港處于河口地區受潮汐影響，腐蝕比較嚴重，所以文中將會對防腐措施著重講述；同時上海地基較多為軟土地基還伴有淤泥質地基所以對地基的處理以及樁基的穩定將會著重考慮。鑒于上海港部分碼頭受到負摩擦力的影響文中也將會對此進行初步探討。1.5上海港歷史發展及其現狀20世紀初，黃浦河道局對吳淞口和黃浦江的局部河段進行了整治和疏浚，萬噸級船舶可以乘潮進入黃浦江，適應了當時船型發展和經濟發展的要求。20世紀30年代，上海港已經成為遠東航運中心，年貨物吞吐量一度高達1400萬噸；船舶進口噸位居世界第七位，上海成為世界上重要的港口城市。1949年5月上海解放，上海港的歷史從此揭開了新的一頁。經過解放初的三年恢復期，70年代大建港和黨的十一屆三中全會以后的建設，上海港有了很大的發展。特別是改革開放以來，上海港在上海市政府和交通部支持下，在黃浦江內新建了張華浜、軍工路、共青、朱家門、龍吳五個港區，在長江口南岸建了寶山、羅涇和外高橋港區。此外，寶鋼集團、石洞口電廠、外高橋電廠等也各自建了專用碼頭，上海港吞4吐能力不斷擴大，對上海市的建設和長江流域以及全國經濟發展發揮了重要的促進作用。1995年12月，黨中央、國務院作出了建設上海國際航運中心的戰略決策。并開始進行長江深水航道治理工程。2005年12月10日，洋山深水港區一期工程建成投產，洋山保稅港區同時啟用，標志著上海國際航運中心建設取得重要的階段