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1、 学 号 2009114102 密 级 公 开 哈尔滨工程大学本科生毕业论文兴凯湖某管理码头建设工程方案设计院 （系）名 称： 船舶工程学院专 业 名 称： 港口航道与海岸工程学 生 姓 名： 徐青云指 导 教 师： 邱东良 工程师哈尔滨工程大学2013年6月 兴凯湖某管理码头建设工程方案设计 徐青云 哈 尔 滨 工 程 大 学学 号 2009114102 密 级 公 开 兴凯湖某管理码头建设工程方案设计Construction Project Design for Management Wharf of Xinkai Lake学 生 姓 名：徐青云所 在 学 院：船舶工程学院所 在 专 业：
2、港口航道与海岸工程指 导 教 师：邱东良职 称：工程师所 在 单 位：哈尔滨工程大学论文提交日期：2013年6月论文答辩日期：2013年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学1兴凯湖某管理码头建设工程方案设计摘 要根据设计任务书的要求，本设计是对黑龙江省兴凯湖国家级自然保护区中某管理码头进行工程方案设计。主要内容包括重力式方块码头、钢板桩码头的结构设计、码头平面布置、工程概算，通过对两种结构方案的技术、经济的比选，确定推荐方案。在方块码头结构的设计中主要是考虑了在设计高、低水位下的结构的自重力作用、主动土压力和被动土压力的作用、码头面上的人群均布荷载的作用及船舶的系缆力作用，由于兴凯湖属于内河港，不
3、考虑波浪对码头的影响。主要进行持久组合情况下的结构设计，经过计算来验算抗滑、抗倾稳定性；在进行钢板桩结构设计时，由于码头高度较小，不采用拉杆，为无锚板桩结构。计算高、低水位下的板桩入土深度及板桩受到的最大弯矩，确定最佳入土深度及钢板桩类型。论文的最后进行了工程量与工程概预算的计算。论文中的图纸均为AutoCAD绘制。关键词：方块码头；钢板桩码头；稳定性ABSTRACTAccording to the requirement of the design specification，this design is a management ports engineering design for x
4、inkai lake which is a state reserve located in Heilongjiang province. The main contents include structural design of gravity hollow squares, steel sheet pile, terminal layout and budgetary estimates, through comparing the two structure designs on technical and economic aspects to determine the recom
5、mended design. The xinkai lake belongs to the inland port, therefore its no need to consider the effect of wave to wharf. In the design of gravity type structure, mainly consider the gravity of structure, the role of the active earth pressure and passive earth pressure in the design of high and low
6、water level , the role of terminal groups on the surface of the uniformly distributed load and the ships mooring force. It is mainly for the process of designing structure under the persistent combination to check the anti-sliding stability of the base along the wall; During design the steel sheet p
7、ile structure consider the situation that the height of wharf is small, there is no need to use tie rod, so the structure form is no anchor sheet pile structure. Calculate the soil depth and sheet-pile maximum bending moment under the high and low water level to determine the best soil depth. The en
8、d of the paper has carried on the quantities and project budget calculations. The drawings of the paper are the AutoCAD drawing.Keywords: block gravity wharves；sheet pile quay；stability1目 录摘 要ABSTRACT第1章 绪论1第2章设计条件32.1 基本设计数据32.2 本章小结4第3章重力式方块码头63.1 结构自重力63.1.1 设计高水位63.1.2 设计低水位63.2 土压力标准值计算73.2.1 墙
9、后块石掕体产生的土压力标准值73.2.2 码头面均布荷载产生的土压力标准值103.3 船舶荷载123.3.1 系缆力123.3.2 撞击力143.3.3 挤靠力143.4 码头稳定性验算143.4.1 持久状况143.4.2 沿基床底面抗滑稳定验算243.4.3 基床承载力验算253.4.4 地基承载力验算273.5 本章小结28第4章钢板桩码头294.1 工程概况294.2 设计条件294.3 作用效应组合294.4 板桩墙计算304.5 板桩墙内力及稳定计算314.6 板桩374.7 本章小结38第5章 码头工程概算395.1 编制依据395.2 重力式实心方块结构方案工程概算395.3
10、钢板桩结构方案工程概算415.4 码头工程概预算结果425.5 本章小结42第6章 方案比选436.1 方案比选436.1.1 优缺点分析436.1.2 方案经济指标对比436.2 本章小结43结 论44参考文献45攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果47致 谢485第1章绪论第1章 绪论兴凯湖是中俄界湖，位于黑龙江省东南部鸡西市境内，公路、铁路纵横交错，交通便利，与已开通的空中航线构成了四通八达的立体交通网络。兴凯湖生态良好，旅游资源极为丰富，凭借“中俄大界湖、国际重要湿地、世界候鸟迁徙大通道、肃慎人发祥地、北大荒文化”等独具特色的旅游资源和美丽神奇的景色，在国内外占有重要地位，被评选
11、为“外国人到中国旅游必去的50个景区”和黑龙江省四个“最美的地方之一”，年接待旅游者人数达100多万人次。兴凯湖作为一个重要旅游景点，随着近些年的高速发展，其接待的人数越来越多，相关部门的管理难度也相应增大。旅游管理部门欲投资建设管理艇码头，方便对景区进行统一管理。基于上述原因，我毕业设计选择了这个课题，根据设计任务书，需要建设2个管理码头泊位，设计低水位为65.89m，设计高水位为67.23m。设计标准船型为管理艇。艇长20m,艇宽13m，吃水0.7m。在此设计的整个过程中要分别完成以下内容：一、熟悉设计任务书及工程各方面情况。包括工程简介，了解工程的基本情况，地点及历史背景；自然条件，了解
12、码头地理位置，地形地貌与工程地质，水文条件和气象条件；设计要求，要完成重力式结构（方块）下的抗滑、抗倾稳定性验算，地基应力验算及工程概算；桩基础结构（钢板桩）下的板桩墙的入土深度，板桩墙弯距及码头截面强度验算；码头平、立面图，断面图共4张图纸。二、进行平面布置。熟悉内河港布置原则，掌握总体设计要求。首先根据河港工程总体设计规范确定码头顶面高程、码头前沿河底高程、设计水深。再根据地形水深条件设计泊位长度、宽度和港池长度、宽度及码头前的其他水域，然后根据泊位长度进行相关陆域布置。三、设计内容。码头是船舶停靠、装卸货物和上下游客的水工建筑物，是港口的主要的组成部分。码头由主体结构和码头附属设施两部分
13、组成。主体结构又包括上部结构、下部结构和基础。因此在设计之前就要确定码头的结构形式，根据设计任务书，提供了两种形式：重力式方块码头与钢板桩码头。方块码头具有耐久性好，基本不需要钢材，施工简单，也不需要复杂的施工机械等方面优点，而且适用于地基较好、冰冻严重的情况，是一种合适的结构形式，符合实际工程情况。板桩码头按板桩材料可分为木板桩码头、钢筋混凝土板桩码头和钢板桩三种。在选择时根据地质条件、气象条件、水文条件综合进行比较选钢板桩码头为设计目标。在确定了这两种方案，即重力式方块码头和钢板桩码头形式后，就进行结构计算。对于方块码头的结构计算，首先要确定断面尺寸，绘出码头结构断面图，再计算结构在设计高
14、水位、低水位下的自重力，力臂，稳定力矩，接着计算波浪力。由于兴凯湖位于中俄边界，是河港码头，所以波浪力可忽略不记。然后计算土压力标准值，这包括持久状态下的主动土压力系数与荷载作用下的土压力，接着进行稳定性验算，包括沿墙底面的抗滑稳定性；沿基床底面的抗滑稳定性；对墙底面前趾的抗倾稳定性；地基应力验算等。在计算过程中可能有某一项指标不能达到要求，那就要重新调整尺寸，在重复计算，最终达到要求为止，这就确定了码头的尺寸。对于钢板桩码头的结构计算，初步确定码头断面尺寸，绘制结构断面图，计算土压力系数，各特征点的主动、被动土压力强度，绘制土压力图，利用竖向弹性地基梁法与索多边形，计算板桩墙的最大弯矩，入土
15、深度，“踢脚”稳定验算，码头截面强度验算。分别从总体设计符合国家、地方经济发展规划和总体部署，遵循国家和行业有关工程建设法规、政策和规定；结合国情，采用成熟的技术、设备和材料，使工程设计安全可靠、使用方便、工程量少、总造价低、施工进度快，获得较好的经济效益和社会效益；注重工程区域生态环境保护，不占用土地，方便管理，节省投资等方面综合进行结构方案比选，确定最佳方案。1第2章设计条件第2章设计条件2.1 基本设计数据 本设计属于一座小型管理码头。码头顶面高程为67.80m，码头前沿高程为64.60m。码头结构断面如图2.1所示。（一）设计船型设计船型的船舶资料见表2.1。表2.1 船舶资料 船舶类
16、型船舶尺寸（m）管理艇20130.7（二） 结构安全等级 结构安全等级为二级 （三）自然条件1、设计水位设计高水位：67.23m设计低水位：65.89m2、波浪要素由于是内河港口，可以忽略波浪的影响。3、 地质材料4、 土层分布及其物理指标见表2.2和表2.3。 表2.2 地质指标名称分布表高（m）重度标准值（kN/m3）固快 （）备注C（kPa）淤泥质粘土原泥面0.30.818.0144中粗砂0.82.318.0330地基位于中粗沙层，地基承载力为100kPa。（四）码头面荷载人群荷载：根据港口工程荷载规范，取q=5kPa。（五）材料指标材料指标见表2.3表2.3 材料指标材料名称重度（）内
17、摩擦角（）路面混凝土C302313钢筋混凝土卸荷块体C3024.514.5混凝土方块C252313混凝土胸墙C302313墙后回填10100kg抛石棱体181121452.2 本章小结 上述的这些基本设计数据，包括设计高、低水位、设计船型、地质材料、材料指标等，为设计方案的土压力计算、稳定性验算等一系列设计提供依据。3图2.1 码头结构断面图第三章重力式方块码头第3章重力式方块码头方块码头剖面图见图3.1。码头主体高程为3.2m，共分为两层，上层为现浇胸墙，下层为实心方块。胸墙断面形状为梯形，高1.8m，上底长0.5m，下底长1m，在上层可适当配筋。实心方块高1.4m，宽1.2m，其中前趾的尺
18、寸规模为0.3m0.5m0.3m，在前趾处配筋。基础厚度为0.6m，底面长度为2.7m，坡度均为1:1.5。墙后的倒滤层厚度为0.7m，坡度为1:1.25，后面回填中砂；二层石的厚度为0.6m，坡度为1:1；抛石棱体高出实心方块0.5m。路面平时只有5kPa的人群荷载，上部分别由0.1m砼路面、0.1m碎石、0.1m中砂组成，路面坡度为0.5%。系船柱的系缆力标准值为50kN，距离码头岸线0.5m，护舷为橡胶护舷。3.1结构自重力（永久作用）3.1.1设计高水位设计高水位为67.23m1） 自重力：计算见表3.1（以单位m计）表3.1 自重力计算结果（kN）层号第一层第二层44.67 23.8
19、4 本层以上44.67 68.51 2）力臂：计算见表3.2表3.2 力臂计算（m） 第一层0.54 第二层0.940.80 注：为重心距计算前趾的距离。3）稳定力矩：，计算结果见表3.3表3.3 力矩计 算 结 果 (kNm)第一层36.97 36.97 第二层59.29 18.97 78.26 1图3.1 方块码头断面图 3.1.2设计低水位情况设计低水位为65.89m1） 自重力：计算见表3.4表3.4 自重力计算结果（kNm） 层号第一层第二层66.60 36.61 本层以上66.60 103.21 2)力臂：计算见表3.5表3.5 力臂计算（m） 第一层0.71 第二层1.01 0.
20、60 注：为重心距计算前趾的距离。3)稳定力矩：，计算结果见表3.6表3.6 力矩计算结果（kNm） 第一层47.33 47.33 第3章重力式方块码头第二层67.31 21.81 89.13 3.2 土压力标准值计算主动土压力系数计算：根据参考文献1，2.4.1.1，可按照公式（2.4.1-5）计算：将各层的内摩擦角及外摩擦角代入上述公式，得到：出坡点以上土压力主动系数为Ka1=0.284出坡点以下主动土压力系数为Ka2=0.16水平土压力系数Kax =cos=Kacos15 垂直土压力系数Kax =sin=Kasin15 3.2.1 墙后块石掕体产生的土压力标准值（永久作用）：1、设计高水
21、位情况：（1） 土压力强度计算：单位（kPa）e0=0e1=0.57180.284=2.91e2=（0.5718+0.819.5）0.284=5.10e3=5.1+1.82110.16=8.30e4（基床底）=8.30+0.6110.16=9.34土压力分布图见图3.2（2）合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表3.7表3.7 土压力计算结果（kN） 层号第一层第二层6.26 7.98 6.11 7.71 1.34 2.07 本层以上6.11 13.82 本层以上1.34 3.41 图3.2 高水位时的土压力分布情况(单位:Kpa)（3） 水平力作用的力臂计算结果见表3.8表3.8 水平力作用
22、的力臂(m) 第一层0.68 第二层2.08 0.85 （4）水平力产生的倾覆力矩，计算结果见表3.9表3.9 倾覆力矩（kNm） E第一层4.15 4.15 第二层12.71 6.53 19.24 （5） 垂直力作用的力臂，计算结果见表3.10表3.10 力臂计算结果（m） 第一层0.53第二层0.831.5(6)垂直力作用产生的力矩计算结果见表3.11表3.11 稳定力矩计算结果(kNm) 第一层0.71 0.71 第二层1.11 3.11 4.22 2、设计低水位情况(1) 土压力强度：单位（）e0=0e1=1.38180.284=7.05e2=1.38180.284+0.53180.1
23、6=8.58e3=8.58+1.29110.16=10.85土压力分布图见图3-3（2）合力计算：土压力合力Ei的计算结果见表3.12表3.12 土压力计算结果（kN）层号第一层第二层7.10 13.46 6.92 13.00 1.57 3.48 本层以上6.92 19.92 本层以上1.57 5.05 （3）水平力作用的力臂计算结果见表3.13表3.13 力臂计算结果(m) 第一层0.72 第二层2.12 0.69 （4）水平力产生的倾覆力矩，计算结果见表3.14表3.14 倾覆力矩（kNm） EHi第一层4.99 4.99 第二层14.68 9.01 23.69 图3.3 设计低水位时的土
24、压力分布情况(单位:kPa)（5） 垂直力作用的力臂，计算结果见表3.15表3.15 力臂计算结果（m） Ev1Ev2第一层0.54 第二层0.84 1.50 （6）垂直力作用产生的力矩计算结果见表3.16 第一层0.85 0.85 第二层1.32 5.22 6.54 表3.16 稳定力矩计算结果（kNm）3.2.2 码头面人群荷载q=5kPa产生的土压力标准值（可变作用）(1)主动土压力系数计算同前。土压力强度计算，根据参考文献1，2.4.1-3计算。土压力分布见下图3.4图3.4 局部荷载(q=5kPa)时产生的土压力分布图(单位:kPa)2）合力计算（以单宽m计）： 土压力合力Eq的计算
25、结果见表3.17。表3.17 主动土压力计算结果（kN） 层号第一层第二层2.321.122.271.080.470.29本层以上2.273.35本层以0.470.76(3)水平力作用的力臂，计算结果见表3.18。表3.18 水平力臂计算结果（m） 第一层0.99 第二层2.39 0.73 (4)水平力作用产生的倾覆力矩计算结果见表3.19。表3.19 倾覆力矩计算结果（kNm） 第一层2.25 2.25 第二层5.43 0.78 6.21 (5)垂直力作用的力臂，计算结果见表3.20。表3.20 垂直力臂计算结果（m）第一层0.54 第二层0.84 1.50 (6)垂直力作用产生的稳定力矩，
26、计算结果见表3.21。 表3.21 稳定力矩计算结果（kNm） 第一层0.25 0.25 第二层0.39 0.44 0.83 3.3船舶荷载（可变作用）3.3.1系缆力根据参考文献3，10.2计算。(1)系缆力标准值计算：取K=1.2，n=2系船缆夹角、根据参考文献3，10.2.3取值：，根据参考文献3，10.2.5-2，100tDW500t的船舶系缆力标准值不应小于50kN，取N=50kN。横向分力:竖向分力：（2）系缆力的横向分力N沿码头高度的分布及其产生的倾覆力矩见表3.22表3.22 倾覆力矩（kNm） 层号分布宽度B（m）水平力(kN/m)力臂（m）倾覆力矩第一层3.60 6.94
27、2.10 14.57 第二层12.00 2.08 3.50 7.28 （3）系缆力的横向分力Nz沿码头高度的分布及其产生的倾覆力矩见表3.23表3.23 倾覆力矩（kNm） 层号分布宽度B（m）水平力(kN/m)力臂（m）倾覆力矩第一层3.60 0 0 第二层12.00 0 0 4）系缆力产生的总倾覆力矩见表3.24 表3.24 系缆力产生的总倾覆力矩（kNm）层号第一层第二层14.57 7.28 3.3.2撞击力对该码头的结构计算不起控制作用，略。3.3.3挤靠力对该码头的结构计算不起控制作用，略。 3.4 码头稳定性验算3.4.1 持久状况1、作用效应组合持久组合一：设计高水位时的永久作用
28、+系缆力（主导可变）+均载（非主导可变）持久组合二：设计高水位时的永久作用+均载（主导可变）+系缆力（非主导可变）持久组合三：设计低水位时的永久作用+系缆力（主导可变）+均载（非主导可变）持久组合四：设计低水位时的永久作用+均载（主导可变）+系缆力（非主导可变）1）码头分层稳定验算：a) 不考虑波浪作用，系缆力为主导可变作用，均载为非主导可变作用时，用下式计算（只验算胸墙与方块分层处的稳定性）：抗滑稳定根据根据参考文献1,2.5.1.1-（2）规定：（E+P+E）（G+EP+E）f抗倾稳定根据参考文献1,2.5.1.3-（2）规定：（M+M+M）（M+M+M）b) 不考虑波浪作用，均载为主导可
29、变作用，系缆力为非主导可变作用时，用下式计算（只验算胸墙与方块分层处的稳定性）：抗滑稳定根据参考文献1,2.5.1.1-（1）：（E+E+P）（G+E+E）f抗倾稳定根据参考文献1,2.5.1.3-（1）规定：（M+M+M）（M+M+M）式中：G自重力的分项系数，取1.0；G作用计算面上的结构自重力的标准值（kN）；F沿计算面的摩擦系数设计值，按第2.1.9条规定采用； 结构重要性系数； 土压力的分项系数；E、E分别为填料所产生的主动土压力在计算面以上的水平力和 垂直分力的标准值（kN）；PR系缆力的分项系数；P、P系缆力水平、垂直分力的标准值（kN）；E、E 分别为码头面可变作用产生的主动土
30、压力在计算面以上的水平分力和垂直分力的标准值（kN）；作用效应组合系数，取0.7；M结构自重力标准值对计算前趾的稳定力矩（kN/m）；M、M分别为码头填料产生的主动土压力标准值对计面前趾的倾覆力矩和稳定力矩（kNm）； 结构系数； M、M分别为码头面可变作用产生的主动土压力标准值对计 算面前趾的倾覆力矩和稳定力矩（kNm）；M系缆力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）；M系缆力水平分力标准值对计算面前趾的倾覆力矩（kNm）；剩余水压力为零。47表3.25 持久组合一 抗滑稳定计算 项目0EEHPRPRHEqHdGGEVPRVEqVf0（EEH+PRPRH+EEqH） (GG+EEV-PRPR
31、V+EEqV)f备注 第一层11.356.111.36.94 0.72.271144.671.3400.470.6519.42 30.50 稳定 第二层11.3513.821.32.08 0.73.351168.513.4100.290.6524.53 47.70 稳定表3.26 持久组合二 抗滑稳定计算 项项目 目0EEHEqHPRHdGGEVEqVf（E+E+P）（G+E+E）f备注 第 一 层11.356.112.270.71.36.94 1144.671.340.470.6517.63 30.62 稳定 第二层11.3513.823.350.71.32.08 1168.513.410.
32、290.6525.07 47.78 稳定表3.27 持久组合三 抗滑稳定计算 项目 0EEHPRPRHEqHdGGEVPRVEqVf0（EEH+PRPRH+EEqH）(GG+EEV-PRPRV+EEqV)f备注第一层11.356.921.36.94 0.72.271166.61.5700.470.6520.51 44.96 稳定第二层11.3519.921.32.08 0.73.3511103.215.0500.290.6532.76 71.70 稳定表3.28 持久组合四 抗滑稳定计算 项目0EEHEqHPRHdGGEVEqVf（E+E+P）（G+E+E）f备注第一层11.356.922.2
33、70.71.36.94 1166.61.570.470.6518.72 48.13 稳定第二层11.3519.923.350.71.32.08 11103.215.050.290.6533.31 67.34 稳定表3.29 持久组合一 抗倾稳定计算项目0EMEHPRMPRMEqHdGMGMEVMEqV（M+M+M）（M+M+M）备注第一层11.354.151.314.57 0.72.251136.970.710.2526.67 38.16 稳定第二层11.3519.241.37.280.76.211178.264.210.8341.31 84.73 稳定表3.30 持久组合二 抗倾稳定计算项目
34、0EMEHMEqHPRMPRdGMGMEVMEqV（M+M+PRMPR）（M+ M+M）备注第一层11.354.152.250.71.314.57 1136.970.710.2521.90 38.27 稳定第二层11.3519.246.210.71.37.281178.264.210.8340.98 85.06 稳定表3.31 持久组合三 抗倾稳定计算项目0EMEHPRMPRMEqHdGMGMEVMEqV（M+M+M）（M+M+M）备注第一层11.354.991.314.57 0.72.251166.60.850.2527.80 67.98 稳定第二层11.3523.691.37.280.76
35、.2111103.216.540.8347.31 112.82 稳定表3.32 持久组合四 抗倾稳定计算项目0EMEHMEqHPRMPRdGMGMEVMEqV（M+M+PRMPR）（M+M+M）备注第一层11.354.992.250.71.314.57 1166.60.850.2523.03 68.09 稳定 第二层11.3523.696.210.71.37.2811103.216.540.8346.99 113.16 稳定3.4.2 沿基床底面抗滑稳定验算根据前述抗滑稳定计算结果比较，持久组合三为控制情况，以此种组合验算码头沿基床抗滑，计算公式为：式中：f为抛石基床与地基土（粘土）之间的摩擦
36、系数。（1）根据参考文献5，基床抛石增加的自重（见图3.5）图3.5 沿基床底抗滑计算示意图（单位：mm 标高单位：m）（2）墙前被动土压力：(折减系数取0.3)（3）计算结果：A1A2 所以稳定。3.4.3基床承载力验算1） 作用效应组合：持久组合一：设计高水位时的永久作用+系缆力+均载持久组合二：设计低水位时的永久作用+系缆力+均载2）根据参考文献1,2.5.2条规定。（1） 持久组合一：稳定力矩MR，倾覆力矩M0，竖向合力VK标准值计算结果见表3.33表3.33 MR、M0、VK标准值计算MR(kNm)MGMEVMEqVMPBu合计78.26 4.220.83083.31M0(kNm）MEHMEqHMPB19.246.21025.45VK(kN)GEVEqVPBu68.513.410.76072.68基床顶面应力计算结果：见表3.35（2） 持久组合二：稳定力矩MR，倾覆力矩M0，竖向合力VK标准值计算结果见表3.34表3.34 MR、M0、VK标准值计算MR(kNm)MGMEVMEqVMPBu合计89.134.220.83094.18M0(kNm）MEHMEqHMPB23.696.210