1、第一篇 設計任務書1. 概述1.1 編制本報告的主要依據和資料重力式碼頭設計與施工規范JTJ290-98、海港水文規范JTJ213-98、水運工程抗震設計規范JTJ225-98、港口工程地基規范JTJ250-98、港口工程荷載規范JTJ215-98以及課本港口水工建筑物。1.2 建設的必要性和建設規模1.2.1 建設的必要性該工程為件雜貨碼頭，將帶動周圍地區經濟社會發展，是綜合利用海岸線及海洋資源的需要，也是增加勞動就業，提高當地人民生活水平和促使社會安定的需要。1.2.2 建設的規模該碼頭結構形式為順岸沉箱重力式，建筑物等級為級。2. 自然條件分析2.1 地理位置2.2 氣象碼頭所在地區常風

2、主要為北向，其次為東南向；強風向（7級以上大風）主要為北北北西向，其次為南南東東南向。2.2.1 氣溫多年平均氣溫 13歷年極端最高氣溫 41多年最高月平均氣溫 28歷史極端最低氣溫 -21多年最低月平均氣溫 -6.32.2.2 降水本區域年平均降水量640712mm，最多年降水量10641186mm，最小年降水量261384mm，年降水量集中在夏季（68月），其中7月份降水量占全年降水量的30左右。2.2.3 風況本區域常年主導風向，冬季多東北風，夏季多東南風。年平均風速為2.83.8m/s，大風多發生于春季，其次為冬季，秋季最少。年大風天數平均10天，最多24天，最大風速達1324m/s。

3、2.2.4 霧況多年平均霧日為1114天，多發生于冬季，秋季次之。2.2.5 相對濕度年平均相對濕度為7080。2.3 水文2.3.1 潮汐、水位極端高水位（五十年一遇） 5.10米極端低水位（五十年一遇） 1.25米設計高水位(歷時累積頻率1%) 4.22米設計低水位(歷時累積頻率98%) 0.45米施工水位 2.00米2.3.2 波浪擬建碼頭所在水域有掩護，碼頭前波高小于1米。50年一遇，H1%波浪高值為：設計高水位：H1% =1.665m，T=6.3s設計低水位：H1% =1.665m，T=6.3s極端高水位：H1% =1.665m，T=6.3s2.3.3 海流2.3.4 冰凌本區域一般

4、12月下旬至次年2月上旬水面結冰，最大岸冰厚度23cm，最大凍土深度10cm。2.4 地形、地貌及泥沙運動碼頭位置處海底地勢平緩，底坡平均為1/200，海底地面標高為4.5米5.5米不等,見圖1。根據勘探資料，碼頭所在處的地質剖面圖和有關的資料見表1及圖2。表1 擬建碼頭處地質剖面柱狀圖標 高地質指 標海底至7.9淤泥m=1.53t/m3,=128, C=0.14kg/m2。7.9以下亞粘土e=0.7，Ip=12.4，IL=0.58， ES=110.87kg/cm2，r=1. 94t/m3， c=0.25kg/cm2，=20。p00.51.02.03.0e0.7000.6870.6780.66

5、30.652 圖2 碼頭所在處土壤特性2.4.1 港區地形、地貌特征概述2.4.2 泥沙來源與動力條件2.4.3 泥沙運移方式和回淤強度分析2.5 地震本地的地震烈度為6。第二篇 設計計算書1、 設計條件該碼頭是海港碼頭，其平面布置按港口工程技術規范總體設計篇（JTJ211-87）即海港總體及工藝設計的有關規定確定：（1） 泊位長度： 碼頭前沿停泊水域不小于2倍船寬，取45m。 (2) 沉箱的長寬高的確定：1） 沉箱長度有設備能力，施工要求和碼頭變形縫間距確定。該碼頭施工條件良好，沒有特別要求和限制，重力式碼頭變形縫間距一般1030cm，取沉箱長度12m，碼頭總長209m，采用17個沉箱。2）

6、沉箱高度取決于基床頂面高程和沉箱頂面高程 沉箱頂高程由施工水位確定，可取2.6m，基床頂面高程由下式確定：D=T+Z1+Z2+Z3+Z4。其中，T為設計船型滿載吃水，取8.7m；Z1是龍骨下最小富余 深度，按巖石地基，取0.6m；Z2由于碼頭前沿的波高小于1m，取0；Z3為船舶因配載 不均而增加的尾吃水，取0.15m；Z4是被淤深度，取0.4m，則綜合以上各項取值，有：D=8.7+0.6+0+0.15+0.4=9.85m。3） 基床頂面高程為：H=設計低水位-D=0.45-9.85=-9.4m沉箱高度：H=2.6-(-9.4)=12m4）沉箱寬度主要由碼頭的水平滑動及傾覆的穩定性和基床及地基承

7、載力確定。在根據預制廠提供的模數，初步確定碼頭沉箱的寬度為6.6m。（3）沉箱內隔墻設置：為了增加沉箱的剛度和減少箱壁的和底板的計算跨度，在箱內設置1道縱向隔墻和2道橫向隔墻。（4）構件的尺寸：根據規范對沉箱構件的構造要求和碼頭受荷情況，以及根據工程經驗，初步擬定沉箱各構件尺寸如下：箱壁厚度取0.3m，地板厚度取0.4m，隔墻厚度取0.2m ，在各構件連接處設置0.213m*0.213m的加強角，以減少應力集中，防止干裂。（5）胸墻尺寸：胸墻底標高不低于施工水位，取2.3m（沉箱嵌入胸墻30cm），采用階梯式胸墻，頂寬取3m。（6）碼頭頂高程：按規范要求頂高程高于設計高水位1.01.5m，并且

8、在極端高水位時不被淹沒，取碼頭頂高程5.3m。（7）基床尺寸：基床采用按基床的型式，基床厚度取1.0m，前肩與后肩分別取4.0m和3.0m。（8）沉箱的浮游穩定性：沉箱的自重：計算見表2。表2 沉箱的自重計算表項目計算式Gi(kN)沉箱前、后板，縱隔板(0.3*2+0.2)*12*11.6*252784.00沉箱側面板，橫隔板(0.3*2+0.2*2)*2.9*11.6*2*251682.00沉箱底板6.6*12*0.4*25792.00沉箱前、后趾(0.4+0.7)*0.75*0.5*2*12*25247.50豎加強角0.5*0.2132*12*24*25163.33底加強角0.5*0.21

9、32*(3.4+2.6)*2*25*640.835721.66每延米自重作用5721.66/12476.81a) 沉箱的干舷高度：沉箱體積（排水體積）：前、后趾體積：V=2*（0.4+0.7）*0.75*1/2*12=9.9沉箱吃水：沉箱的干舷高度：F=H-T=12-7.07=4.93m故滿足：F=H-Tb) 空箱的浮游穩定性：設沉箱的重心高度為H，則1/2*(5721.66/25)=0.8*(12-H)*12+1/2*0.2132*(12-H)*24+1.0*2.9*2*(12-H)得重心高度：H=4.82m前后趾的形心高度：沉箱的浮心高度：由于定傾半徑：定傾高度：m= - =0.50-1.

10、34=-0.84m根據規范要求沉箱的定傾高度在近程浮運時，應滿足m0.2m。空沉箱不滿足浮游穩定性，應往倉格加水。c) 加水0.5m后，沉箱浮游穩定性計算：壓載水的體積：設重心高度H：得H=3.88m沉箱排水體積：吃水深度：浮心高度：定傾半徑：定傾高度：m= - =0.50-0.21=0.29m0.2m加0.5m壓載水后，沉箱滿足浮游穩定性要求。根據初步確定的尺寸，繪制沉箱的斷面圖和平面圖。各部分構件尺寸見附圖1至附圖3。1.1 設計船型船型船長（m）船寬（m）型深（m）滿載吃水（m）F171.022.712.38.71.2 結構安全等級本碼頭建筑物等級為級。1.3 自然條件1.3.1 設計水

11、位設計高水位(歷時累積頻率1%) 4.22米設計低水位(歷時累積頻率98%) 0.45米1.3.2 波浪要素1.3.3 地質資料1.3.4 地震設計烈度為6度1.4 碼頭面荷載（1）、堆貨荷載：前沿q1=2t/m2前方堆場q2=3t/m2（構件計算） q2=2.5t/m2（整體計算）（2）、門機荷載按港口工程荷載規范JTJ21598附錄C的Mh425設計。（3）、鐵路荷載（4）、汽車荷載不計。（5）、船舶系纜力按普通系纜力計算。（6）、其它起重設備機械不計。按干線機車計算。1.5 材料指標擬建碼頭所需部分材料及其容重、內摩擦角等指標可按下表選用。表3 材料指標材料名稱容重（噸/米3）內摩擦角（

12、度）水 上（濕容重）水 下（浮容重）水 上水 下混凝土2.32.41.31.4鋼筋混凝土2.42.51.41.5塊 石1.701.801.001.104545渣 石1.801.002.作用的分類及計算2.1 結構自重力2.1.1 極端高水位情況：計算圖式見圖3-1，計算見表3.1.1。表3.1.1 極端水位自重作用計算表（單位：m）項目計算書Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN.m)沉箱前后壁，縱隔板(0.3*2+0.2)*12*12*151728.004.056998.40沉箱側板，橫隔板(0.3*2+0.2*2)*2.9*12*2*151044.004.054228.2沉箱底板12*6.6

13、*0.4*15475.204.051924.56沉箱前后趾0.5*(0.4+0.7)*0.75*2*12*15148.504.05601.43沉箱豎加強角0.5*0.2132*11.2*24*1591.464.05370.43沉箱底加強角0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*15*624.504.0599.23沉箱填石13.67*2.9*5.65-0.5*0.2132*11.2*4-0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*3*111941.872.504854.68沉箱填石23.67*2.9*11.3-0.5*0.2132*11.2*4-0.5*0.2132*(3.4+2.6)*

14、2*3*113926.255.6021987.00胸墻10.2*3*12*24+1.3*3*12*14828.002.251863.00胸墻23.3*1.0*12*14554.402.41330.56胸墻30.5*6.6*11.8*14554.404.052245.32沉箱上填石10.2*4.15*12*18+1.3*4.15*12*11891.425.9255281.66沉箱上填石21.0*3.85*12*11508.26.0753087.32沉箱后趾填石（11.8+11.5）*0.75/2*12104.857.725809.9712821.0555681.76每延米自重作用1068.424

15、640.152.1.2 設計高水位情況：計算圖式見圖3-2，計算見表3.1.2。表3.1.2 設計高水位自重計算表（單位：m）項目計算書Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN.m)沉箱前后壁，縱隔板(0.3*2+0.2)*12*12*151728.004.055998.40沉箱側板，橫隔板(0.3*2+0.2*2)*2.9*12*2*151044.004.054228.20沉箱底板12*6.6*0.4*15475.204.051924.56沉箱前后趾0.5*(0.4+0.7)*0.75*2*12*15148.504.05601.43沉箱豎加強角0.5*0.2132*11.2*24*1591.46

16、4.05370.43沉箱底加強角0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*15*624.504.0599.23沉箱填石13.67*2.9*5.65-0.5*0.2132*11.2*4-0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*3*111941.872.504854.68沉箱填石23.67*2.9*11.3-0.5*0.2132*11.2-*4-0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*3*113926.255.6021987.00胸墻11.08*3*12*24+0.42*3*12*141144.802.252575.80胸墻23.3*1.0*12*14554.402.41330.5

17、6胸墻30.5*6.6*12*14554.404.052245.32沉箱上填石11.08*4.15*12*18+0.42*4.15*12*111198.125.9257099.26沉箱上填石21.0*3.85*12*11508.206.0753087.32沉箱后趾填石（11.5+11.8）*0.75/2*12104.857.725809.9713444.5558212.16每延米自重作用1120.384851.012.1.3 設計低水位情況：計算圖示見圖3-3，計算見表3.1.3。表3.1.3 設計低水位自重作用計算表（單位：m）項目計算書Gi(kN)Xi(m)GiXi(kN.m)沉箱前后壁，

18、縱隔板1.85*(0.3*2+0.2)*12*25+9.95*(0.3*2+0.2)*12*151876.84.057601.04沉箱側板，橫隔板(1.85*25+9.95*15)*(0.3*2+0.2*2)*2.9*21133.904.054592.30沉箱底板12*6.6*0.4*15475.204.051924.56沉箱前后趾0.5*(0.4+0.7)*0.75*2*12*15148.54.05601.43沉箱豎加強角(1.85*25+9.95*15)*0.5*0.2132*24105.624.05427.76沉箱底加強角0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*15*624.504

19、.0599.23沉箱填石13.67*2.9*5.65-0.5*0.2132*5.55*4-0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*3*111958.792.504896.96沉箱填石23.67*2.9*1.85-0.5*0.2132*1.85*4*8+3.67*2.9*9.95-0.5*0.2132*9.85*4-0.5*0.2132*(3.4+2.6)*2*11*33924.675.6021978.16胸墻11.5*3*12*241296.002.252916.00胸墻23.3*1.0*12*24950.402.402280.96胸墻30.5*6.6*12*24950.404.0538

20、49.12沉箱上填石11.5*4.15*12*181344.605.9257966.76沉箱上填石21.0*3.85*12*18831.606.0755051.97沉箱后趾填石2.35*0.75*12*18+（8.85+9.15）*0.75/2*12*111271.707.7259823.8816292.6873970.53每延米自重作用1357.726164.212.2 波浪力由于碼頭所在的水域有掩護，浪高小于1m，波浪力可以忽略不計。2.2.1 極端高水位2.2.2 設計高水位2.2.3 設計低水位2.3 土壓力標準值計算2.3.1 墻后塊石棱體產生的土壓力（永久作用）標準值碼頭后填料為塊

21、石， =45，根據重力式碼頭設計與施工規范（JTJ290-98）第3.5.1.2條規定，則。沉箱頂面以下考慮根據（JTJ290-98）表B.0.3-1，查表得。土壓力標準值按（JTJ290-98）第3.5條計算 式中，=1碼頭后填料土壓力（永久作用）：1) 極端高水位情況：土壓力分布圖見圖3-1。土壓力引起的水平作用：土壓力引起的豎向作用：土壓力引起的傾覆力矩：土壓力引起的穩定力矩：2)設計高水位情況：土壓力分布圖見圖3-2。土壓力引起的水平作用：土壓力引起的豎向作用：土壓力引起的傾覆力矩： 土壓力引起的穩定力矩：3)設計低水位情況：土壓力分布圖見圖3-3。土壓力引起的水平作用：土壓力引起的豎

22、向作用：土壓力引起的傾覆力矩：土壓力引起的穩定力矩：2.3.2 碼頭面堆存荷載產生的土壓力（可變作用）標準值堆貨荷載產生的土壓力（可變作用）：各種水位時，堆貨荷載產生的土壓力標準值均相同。1) 前方堆場堆貨荷載產生的土壓力標準值：堆貨荷載產生的水平作用：堆貨荷載產生的豎向作用：堆貨荷載引起的傾覆力矩：堆貨荷載引起的穩定力矩：2) 碼頭前沿堆貨引起的豎向作用（可變作用）：碼頭前沿堆貨范圍按6m計算：G=20*6=120（kN/m）碼頭前沿堆貨產生的穩定力矩：門機和鐵路荷載產生的土壓力（可變作用）：對設有門機和鐵路的裝卸區域的土壓力常用等代均布荷載的方法處理：沿鋼軌長度方向將輪壓力化為線荷載，再將

23、這些線荷載通過軌枕到渣等沿碼頭橫向傳布達一定深度后成為均布荷載，并移至地面。根據設計要求，門機加雙線路鐵路的等代均布荷載可取37.6kPa。各種水位時，門及鐵路等代均布荷載產生的土壓力標準值相同。門機鐵路產生的水平作用：門機鐵路產生的豎向作用：門機鐵路引起的傾覆力矩：門機鐵路引起的穩定力矩：2.4 6度地震時主動土壓力標準值計算2.4.1 墻后塊石棱體產生的地震土壓力標準值2.4.2 碼頭面堆存荷載產生的地震土壓力標準值2.5 地震慣性力2.5.1 設計高水位情況2.5.2 設計低水位情況2.6 船舶荷載2.6.1 系纜力（可變作用）根據港口工程荷載規范給出的普通系纜力，在有掩護的港口，船長與

24、計算系纜力的關系如下表4：表4 船長與系纜力關系船長（m）120150170海船纜夾角計算系纜力（kN）250350450=30=151) 船舶水面以上受風面積計算（按貨船）：根據船型參數資料，取設計船型的滿載DW=15000t，按港口工程荷載規范（JTJ215-98）第10.2.2條計算船舶橫向受風面積。滿載時： 半載或壓載時： 作用于船舶上計算風壓力的垂直于碼頭前沿線的橫向分力計算由（JTJ215-98）第10.2.1條中公式10.2.1-1計算。式中： 風壓不均勻系數按表10.2.3取值，內插法求得由于碼頭區有掩護，水流很小，作用于船舶上的水流力忽略不計。2) 系纜力標準值：按（JTJ2

25、15-98）10.4中10.4.1-4計算，式中，取,。N由表10.4.2，取4；K取1.3。根據(JTJ215-98)10.4中10.4-5條規定系纜力標準值為450kN。3) 系纜力引起的垂直作用、水平作用和傾覆力矩：PRV=116.47/12=9.71（kN/m）PRH=217.33/12=18.11(kN/m)MPR=9.71*(1.0+0.75)+18.11*15.2=292.26(kN.m/m)2.6.2 撞擊力2.6.3 擠靠力表5 碼頭荷載標準值匯總表作用分類荷載情況垂直力(kN/m)水平力(kN/m)穩定力矩(kN.m/m)傾覆力矩(kN.m/m)永久作用自重力極端高水位10

26、68.424640.15設計高水位1120.384851.01設計低水位1357.726164.21填料土壓力極端高水位48.86192.03359.12962.43設計高水位50.99202.01374.781035.18設計低水位63.31250.21465.331321.89可變作用波浪作用忽略不計堆貨土壓力12.1558.2489.30435.52前沿堆貨120792.00門機鐵路簦代荷載264.5687.621273.38655.24船舶系纜力-9.7118.11292.263.碼頭穩定性驗算3.1 持久狀況3.1.1 作用效應組合持久組合一：極端高水位（永久作用）+堆貨（主導可變作

27、用）+系纜力（非主導可變作用）持久組合二：設計高水位（永久作用）+堆貨（主導可變作用）+系纜力（非主導可變作用）持久組合三：極端高水位（永久作用）+系纜力（主導可變作用）+堆貨（非主導可變作用）持久組合四：設計高水位（永久作用）+系纜力（主導可變作用）+堆貨（非主導可變作用）偶然組合：因該地區地震烈度為6度，根據水運工程抗震設計規范（JTJ225-98）第1.0.2條的規定可不進行抗震計算。1） 碼頭沿胸墻底面和沉箱底面的抗滑穩定性驗算：根據(JTJ290-98)第3.6.1條規定，不考慮波浪作用，堆貨土壓力為主導可變作用時，按公式（3.6.1）計算：不考慮波浪作用時，系纜力為主導可變作用，按

28、公式（3.6.1）計算：式中：各分項系數根據不同的作用效應組合，按公式(JTJ290-98)第3.6.1條規定取值；各作用的標準值按表3.6取值。抗滑驗算見表6.1，6.2。表6.1 抗滑計算表一項目組合土壓力為主導可變作用時結果Gf結果結論持久組合一1.11.35190.031.2558.240.71.418.11384.771.01.01068.4248.8612.150.6689.74穩定持久組合二1.11.35202.011.3558.240.71.418.11405.991.01.01120.3850.9912.150.6723.37穩定表6.2 抗滑計算表二項目組合系纜力為主導可變

29、作用時結果Gf結果結論持久組合三1.11.35192.031.418.110.71.2558.24369.111.01.01068.4248.869.710.615.2678.85穩定持久組合四1.11.35202.011.418.110.71.2558.24383.931.01.01120.3850.999.710.615.2711.75穩定2） 碼頭沿胸墻底面和沉箱底面的抗傾穩定性驗算根據（JTJ290-98）第3.6.3條規定，不考慮波浪作用，由可變作用產生的土壓力為主導可變作用時，按公式（3.6.3-1）計算：不考慮波浪作用時，系纜力產生的傾覆力矩為主導可變作用，按公式（JTJ3.6.

30、3-2）計算：抗傾驗算見表6.3，6.4。表6.3 抗傾計算表一項目組合土壓力為主導可變作用時結果f結果結論持久組合一1.11.35962.431.25435.520.71.4292.262343.111.04640.15359.1289.300.63141.95穩定持久組合二1.11.351035.181.35435.520.71.4292.262499.051.04851.01374.7889.300.63286.51穩定表6.4 抗傾計算表二項目組合系纜力為主導可變作用時結果f結果結論持久組合三1.11.35962.431.25435.520.71.4292.262298.481.046

31、40.15359.1289.300.63149.99穩定持久組合四1.11.351035.181.35435.520.71.4292.262440.051.04851.01374.7889.300.63289.19穩定3.1.2 承載能力極限狀態設計表達式3.2 短暫狀況3.3 偶然狀況3.3.1 作用效應組合3.3.2 承載能力極限狀態設計表達式4. 基床和地基承載力驗算根據（JTJ290-98）第3.6.6條規定：式中，取1.1，為1.0，取600kPa。則：。4.1 基床頂面應力計算4.1.1 持久狀況1) 基床頂面應力計算作用組合：持久組合一：極端高水位（永久作用）+系纜力（主導可變作

32、用）+堆貨（非主導可變作用）持久組合二：設計低水位（永久作用）+系纜力（主導可變作用）+堆貨（前沿堆貨+門機鐵路等代荷載）（非主導可變作用）各作用標準值根據表4-5。2) 持久組合一時基床頂面應力計算：根據規范第3.6.7條規定計算：3) 持久組合二時基床頂面應力計算：根據規范第3.6.7條規定計算：4.1.2 偶然組合：因該地區地震烈度為6度，根據水運工程抗震設計規范（JTJ225-98）第1.0.2條的規定可不進行抗震計算。4.2 承載力計算5.沉箱結構內力計算根據碼頭穩定性驗算的計算結果，沉箱構件內力分別按承載力極限狀態和正常使用極限狀態下不同作用組合的情況進行計算。5.1 承載力極限狀態下的內力計算1） 沉箱前面板：經計算分析，沉箱內灌水1.5L(L=3.6m)深度時，沉箱前面板所受水壓力最大。計算沉箱下沉中，箱內灌水1.5L(L=3.6m)深度時的水壓力：沉箱加入1.5L水深后的總重：G=5721.66+5.4*3.67*2.9-0.5*0.213*0.213*2*(3.4+2.6)-0.5*0.213*0.213*5.3*4*10.25*6=9209.88(kN)沉箱體積：減去前后趾的體積