)式中：—基床頂面的最大應力值(kPa);—基床頂面的最小應力值(kPa);—基床底面的最大應力值(kPa);—基床底面的最小應力值(kPa);—墻底面實際的受壓寬度值，本設計為12m；—拋石基床的厚度，本設計為2.5m；—塊石在水下的重度標準值，為10。由以上公式計算可得基床的底面應力，計算結果如表5.15所示。又由表5.15的計算結果可知，基床底面最大應力的計算結果為259.35kPa，小于基床底面承載力的設計值540kPa，因此本設計符合基床底面的承載力設計要求。表5表5.14持久狀況下基床頂面的應力計算結果水位持久組合前方均載(kN)(kN·m)(kN·m)(kN·m)(kN)(m)(m)(m)(kPa)(kPa)極端高水位一無——17034.553822.532399.635.51120.49249.38150.56有200120018234.553822.532599.635.54120.46266.04167.23設計高水位三無——17737.994118.062518.525.41120.59272.01147.74有200120018937.994118.062718.525.45120.55288.68164.41設計低水位五無——19845.894625.782848.525.34120.66315.34159.42有200120021045.894625.783048.525.39120.61332.00176.08表5.15持久狀況下基床底面的應力計算結果水位持久組合(kPa)(kPa)(m)(m)(kPa)(kPa)極端高水位一266.04167.232.512212.79143.04設計高水位三288.68164.412.512228.77141.05設計低水位五332.00176.082.512259.35149.295.4浮游穩定性驗算5.4.1設計條件本設計沉箱斷面圖如圖5.1所示，由于本沉箱采用近程浮運的運輸方式，根據規范ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Year>2018</Year><RecNum>55</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[9]</style></DisplayText><record><rec-number>55</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="spz2d5d9dtwfsoez9rn5e22tff9asad5swra"timestamp="1621171924">55</key></foreign-keys><ref-typename="Standard">58</ref-type><contributors></contributors><titles><title>碼頭結構設計規范</title></titles><volume>JTS167-2018</volume><dates><year>2018</year></dates><publisher>國內-行業標準-行業標準-交通CN-JT</publisher><urls></urls></record></Cite></EndNote>[9]，需對沉箱進行浮游穩定性的驗算。由水力學的知識可知，計算浮游穩定性時，若重心在浮心以上，則沉箱浮游狀態穩定；若重心在浮心之下，則需要進一步計算該沉箱的定傾高度。若定傾不小于0.2m，該沉箱浮游狀態穩定；若定傾高度大于0.2m則不穩定，需要重新修改設計沉箱的尺寸以及調整艙格內的加水深度，直至滿足條件為止。除表1.4所列出的設計條件之外，本設計中海水重度標準值取為10.25。5.4.2沉箱浮游穩定性驗算1.單個沉箱的體積及其體積矩將沉箱的前趾作為坐標原點，從原點出發，水平以及豎直方向分別為x、y軸來定義平面直角坐標系。單個沉箱的體積以及體積矩的計算結果如表5.16所示。表5.16單個沉箱的體積以及體積矩計算結果編號構件名稱體積計算式體積形心位置(m)體積矩1前壁0.3×16×19.694.088.50799.682后壁0.3×16×19.694.088.50799.683側壁0.3×4.6×16×2×288.328.50750.724底板10×0.5×19.698.000.2524.505橫隔墻0.2×4.6×16×688.328.50750.726縱隔墻0.2×19.6×1662.728.50533.127內加強角0.5×0.2×0.2×16×3210.248.5087.048底加強角0.5×0.2×0.2×4.4×322.820.571.619前趾0.5×0.3×1.0×19.62.940.601.760.5×1.0×19.69.800.252.4510后趾0.5×0.3×1.0×19.62.940.601.760.5×1.0×19.69.800.252.45564.06—3755.49由表5.16的計算結果可得，沉箱的重心坐標為：=1.0+0.5×10=6.00(m)2.全部艙格加水5.5m時的浮游穩定性首先計算沉箱的重力及其重心高度，計算結果如表5.17所示。表5.17沉箱重力及其重心高度計算項目計算式重力(kN)重心高度(m)重力矩(kN/m)沉箱本身564.06×24.513819.476.6692037.67全部加倉水深5.5m(4.6×4.6×5.5×8-2.82-0.5×0.2×0.2×5.5×32)×10.259478.183.5033173.6123297.65—125211.28由表5.17的計算結果可得，沉箱全部艙格加水5.5m后的重心高度為：沉箱的總排水體積為：；前后趾的排水體積為：；沉箱的吃水為：；浮心的高度為：。又因為重心高度5.37m低于浮心高度5.67m，根據水力學知識，該沉箱浮游狀態必然穩定，滿足了浮游穩定性的要求。

5.5本章小結本章對所設計的沉箱碼頭的結構進行了計算，主要可分為四個部分：碼頭所受各項作用力的計算、碼頭的抗傾抗滑穩定性驗算、碼頭拋石基床的地基承載力驗算以及在浮運時所要求的浮游穩定性驗算。在作用力計算中，結構的自重力計算略為繁瑣，要求將沉箱拆分為各個部分且需要在三種水位下分別計算體積與重力，最后和胸墻與填料共同構成一個大的自重力計算表；土壓力的計算方法則是延用土力學的分層總和法，將墻后回填料分為幾層進行計算，需要注意填料在水上與水下時重度的區別；船舶荷載由于只考慮系纜力，堆貨荷載大小沿高度不變，計算都較為簡單；而對于橋式卸船機所引起的荷載，前輪的穩定力矩遠大于后輪的傾覆力矩。最終由于結構設計合理，受力情況較好，抗滑和抗傾穩定性、拋石基床的地基承載力以及浮游穩定性都滿足規范要求。經過本章對碼頭結構的各項計算驗證，本次設計的重力式沉箱碼頭方案是可行的。第6章碼頭工程概預算第6章碼頭工程概預算6.1水運工程概預算費用的組成及工程分類根據規范，水運工程概預算可分為五個部分，分別為直接工程費、間接費、利潤、稅金以及專項費用。其中，直接工程費又由定額直接費和其他直接費組成，間接費由企業管理費以及財務費用組成。又因為不同的工程類別所對應的工程費用各不相同，對于一般水運工程可將其分為兩類，根據規范可知，本次設計的碼頭為一類一般水工工程，其所對應的不同費用的費率表如表6.1所示。表6.1工程中不同費用的費率項目名稱項目內容費率(%)一般水運工程其他直接費臨時設施費1.392冬季、雨季及夜間施工增加費1.581材料二次搬運費0.353施工輔助費1.116施工隊伍進退場費0.707外海工程拖船費1.133間接費企業管理費8.919財務費用0.754利潤7稅金3.416.2沉箱碼頭結構工程概預算沉箱碼頭結構的工程概預算需要通過查找各項工程的定額號得到該工程基價的單價，進而通過計算其工程量得出基價的合價，求和計算出基價的定額直接費；再經由現有的途徑搜尋出各工程的市場價，求和得出工程的定額直接費。剩余的費用、利潤和稅金皆為由基價定額直接費或定額直接費的組合乘以相應的費率，最終得出單位工程概預算的金額以及每延米所需的費用。具體計算結果如表6.2、6.3所示。表6.2碼頭各分部分項工程概預算表6.2碼頭各分部分項工程概預算序號定額號分部分項工程名稱單位工程量基價(元)市場價(元)單價合價單價合價110362基槽開挖100m3535.752286.131224809.924123.162209011.42210422基床拋石100m3259.3315800.294097528.7018655.434837959.30340162現澆胸墻10m3129.923346.47434773.383724.32483863.65430401鋼筋加工t51.964037.15209802.614689.54243706.01540182現澆護輪檻10m31.816279.5411399.2458724.5115837.60630401鋼筋加工t1.454037.155862.910714689.546810.34730225沉箱預制10m31500.574974.857465140.517986.5511984425.25830235沉箱出運1個29.0015705.88455470.5228914.75838527.75930249沉箱安裝1個29.0059401.121722632.4865274.481892959.921030401鋼筋加工t567.933456.041962809.534689.542663358.591110486沉箱內拋填石100m3596.335354.203192885.087682.004581028.571210413回填拋石棱體100m3879.156928.306091073.1418884.0016602027.231310494回填中砂100m31097.824033.114427628.8213443.0014757994.261410405二片石倒濾層100m3145.736375.39929085.5811089.451616065.551510407混合倒濾層100m3130.366140.93800531.639756.781271893.841660048系船柱個29.0087286.91253132.0495486.84276911.8417參市價拱型橡膠護舷2套109.6213140.001440406.8036487.003999704.941860070安裝拱型橡膠護舷4套29.001922.9755766.137625.43221137.471960147變形縫處理100m26.505991.656243299.307253.3747146.912040086碎石面層100m364.382711.421745612.202740.001764012.002140080混凝土面層100m364.382878.711853313.504189.572697245.17表6.3沉箱碼頭結構工程概預算項目名稱費用(元)基價定額直接費38418610.48定額直接費73011627.60其他直接費冬季雨季及夜間施工增加費607398.23材料二次搬運費135617.69施工輔助費428751.69施工隊伍進退場費271619.58外海工程拖船費435282.86臨時設施費534787.06直接工程費75425084.71間接費企業管理費3641812.11財務費用307873.79計劃利潤3134722.74稅金2813573.72單位工程概預算金額85323067.08每延米工程費用147108.74由表6.3可知，本文設計的沉箱碼頭單位工程概預算金額為85323067.08元，每延米工程費用為147108.74元。6.3本章小結本章對本次設計的碼頭工程進行的初步的概預算，首先說明了何為水運工程的概預算，對其組成與計算方法進行了解釋，并且完成了本次工程的工程分類；隨后便統計了本次工程所處地區的各項工程費用的費率；最后通過查找資料得到各項工程的定額號與基價、市場價，根據計算出的工程量完成了本次工程的概預算。結論為適應京津冀一體化進程與曹妃甸本地經濟發展的迫切需求，本文設計了一座年吞吐量為1000萬t的礦石碼頭，結構選用重力式的沉箱碼頭的設計。為詳盡闡述與完善設計內容，本文選擇從曹妃甸港區的自然環境、發展現狀與發展前景、碼頭的綜合設計條件、裝卸工藝的設計、碼頭的總平面布置、碼頭的結構計算和碼頭工程的概預算六個方面進行分析，并將文章分為對應的六個章節，最終形成了對曹妃甸港區礦石碼頭的完整的設計成果。作為一個擁有龐大吞吐量的礦石碼頭，曹妃甸港區地處環渤海經濟圈，戰略地位十分重要。本文通過分析已知的設計條件，如設計船型、水位以及碼頭結構的安全等級和自然條件，如降水、風況、波浪以及地質等，選定了本次礦石碼頭所用的裝卸工藝，具體為橋式卸船機與皮帶機、堆取料機的配合；再確定了與之相匹配的礦石作業區規模，如碼頭泊位的年通過能力、泊位數以及堆場的容量和面積；有了以上的數據與資料，根據規范所規定的布置原則，本文確定了順岸式的碼頭布置型式，從所給定的設計水位以及設計船舶的尺寸出發，進一步計算出港口內各種水域的尺寸，并將其匯總于水域基本尺度表中。而碼頭陸域的布置由于堆場面積已計算完畢，根據其數值確定與之相適應的礦石作業區規模、卸船機的選型以及大致的陸域輪廓，其中卸船機選取的是橋式抓斗卸船機，荷載代號為X1250-30；按照碼頭吞吐量規模選擇道路寬度，具體為主干道25m，次干道15m；按照船舶尺寸選擇護舷與系船柱的型號、尺寸和個數以及變形縫的間距，按照需求確定陸域內的輔助生產生活區的建筑物面積，最后對整個碼頭陸域進行綠化的安排布置，與水域類似，將主要的技術經濟指標形成表格。完成碼頭的總平面布置后，需要對所設計的沉箱開展更細致的計算與驗算。作為重力式沉箱碼頭，本設計對地基承載力的要求較高，綜合衡量后確定了沉箱的尺寸為底寬12m，其中前后趾各長1m，沉箱高16.5m。根據已有沉箱的尺寸，本文隨后在三種不同的水位之下計算出了碼頭所受的各種作用力并將其匯總成表，通過所計算的結果按照規范所給定的公式對碼頭沿基床頂面和底面進行抗傾抗滑性的驗算，其中主導的可變作用應從堆貨荷載以及系纜力兩中情況進行計算，計算結果均為穩定。對于浮游穩定性，本文所設