码头结构工程初步设计.doc

校园微博系统的设计与实现学 号 20110121XX 密 级 公 开 XXX码头结构工程初步设计Preliminary Structure Design of a Multi-purpose Wharf for XXX Port学生姓名：XX所在学院：船舶工程学院所在专业：港口航道与海岸工程指导教师：XX职称：教授所在单位：哈尔滨工程大学论文提交日期：2015年6月论文答辩日期：2015年6月学位授予单位：哈尔滨工程大学III摘要随着现今港口及水上运输事业的发展，船型种类和货物形式发生了巨大变化。在这样的背景下，码头的建设及其设计始终是码头建设中重要的一个环节。拖延症（Procrastination），取意“将之前的事情放置明天”。拖延症总是表现在各种小事上，但日积月累，特别影响个人发展。拖延现象现已成为管理学家和心理学家研究的一个重要课题。该词的最初亮相是在爱德华霍尔出版于1542年的书里。几乎是相同的年代，正处于明清交替的中国，一位名叫钱鹤滩的学者写下了脍炙人口的明日歌：“明日复明日，明日何其多。我生待明日，万事成蹉跎。”圣经从希腊文翻译为英文的过程中，拖延更多被译成“罪过（sin）”，直到工业革命后，拖延才逐渐具有了现在的含义，被视为“以推迟的方式逃避执行任务或做决定的一种特质或行为倾向，是一种自我阻碍和功能紊乱行为”。不过“拖延症”正式成为病症，国外的研究不过才一二十年。单纯的做事拖拉或是懒得去做，只能定义为“拖延”，也仅是一种坏习惯，改正它并不难。当“拖延”已经影响到情绪，如出现强烈自责情绪，强烈负罪感，不断的自我否定、自我贬低，伴生出焦虑症、抑郁症、强迫症等心理疾病时，才能称之为“拖延症”。关键词：多用途码头；结构设计；有限元法；响应分析ABSTRACTCurrently, with the development of port and maritime transport, dramatic changes have taken place in the form of ships and goods. Under this circumstance, the construction of the wharves have more demand. Multi-purpose terminals, which can meet a variety of operational capacity, come into being. And wharf type structure selection and design are always an important part of the wharf construction.This paper is aimed at the structure design of a multi-purpose wharf in * port. According to the normative method combined with the requirements of the design data, the overall design was carried out firstly. The determination of terminals scale, load and unload technological design and affiliated facilities layout were involved in its content. Secondly, on the basis of the corresponding design specification, dock structure design, the calculation of structural stability and the optimization of the structure were carried out, so as to determine a reasonabal structure. Thirdly, the finite element numerical analysis model of terminals structure was established to check the structural stability and to analyse the response of the main components.Results show that the finite element method and nomative method to calculate the structure are consistent, and the former can obtain more information, which can be used for further design of the structure.Key words: multi-purpose wharf; structure design; finite element method; response analysis营口港多用途码头结构工程初步设计目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1研究背景11.2 *码头的发展21.3 论文的研究意义及内容31.3.1 论文研究意义31.3.2 论文研究内容31.4 论文结构3第2章 码头总体设计52.1 设计基础资料52.1.1 设计依据52.1.2 设计要求52.1.3 自然条件52.2 码头高程确定62.2.1 码头设计水位62.2.2 码头前沿设计水深62.2.3 码头前沿顶高程72.2.4 码头前沿底高程72.3 泊位数及长度82.4 码头附属设施82.4.1 系船设备82.4.2 防冲设施92.4.3 护轮槛92.4.4 码头道路铺面92.5 装卸工艺112.5.1 一般要求112.5.2 装卸工艺的确定112.6 本章小结12第3章 码头结构确定133.1 码头结构选型133.2 沉箱码头结构断面设计133.2.1 沉箱外形尺寸133.2.2 箱内隔墙设置133.2.3 沉箱构件尺寸143.2.4 胸墙尺寸143.2.5 基床尺寸143.2.6 墙后回填163.3 本章小结17第4章 码头结构计算184.1 作用分类计算184.1.1 结构自重力（永久作用）184.1.2 土压力标准值计算204.1.3 船舶系缆力（可变作用）254.1.4 波浪力（可变作用）264.1.5 贮仓压力（永久作用）274.1.7 码头荷载标准值汇总274.1.8 码头各水位下的作用分布图284.2 码头稳定性验算304.2.1作用效应组合304.2.2 码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算304.2.3 码头沿基床顶面的抗倾稳定性验算324.3 承载力验算344.3.1 基床承载力验算344.3.2 地基承载力验算364.4 本章小结37第5章 有限元模型的建立395.1 有限元法简介395.1.1 有限元法的起源与发展395.1.2 有限元法的基本思想395.2 计算模型的建立395.2.1 基本假定405.2.2 沉箱结构模型的建立405.2.3 地基土模型的建立415.3 模型的网格划分415.4 接触模型的建立425.5 边界条件及加载445.6 本章小结45第6章 有限元计算结果分析466.1 结构稳定性分析466.1.1 码头沉降分析466.1.2 抗倾抗滑稳定性分析476.1.3 基床及地基承载力分析506.2 码头各部件响应分析526.2.1 胸墙受力分析526.2.2 横纵隔板受力分析526.2.3 底板受力分析546.2.4 壁板受力分析556.3 本章小结55结 论56参考文献58攻读学士学位期间发表的论文和取得的科研成果61致 谢62V第6章 有限元计算结果分析第1章 绪论1.1 研究背景随着经济全球化的发展，国际贸易的扩大，各产业相互合作并竞争的趋势也得到了大发展，水路作为一种安全经济的方式一直以来都受到广泛的重视。当今的港口早已不是过去单纯以航运为目的中转地的范畴，而成为一个区域推动经济，发展贸易的巨大的推动力。不论从港口建设规划方面，还是从其经营生产管理模式方面，我国的港口事业自建国以来，可谓得到了迅猛的发展。多数发达国家已渐渐摆脱工业国的头衔，开始转向集约型经济，但亚洲仍然处于工业化的阶段。其中，中国作为第一出产大国，正在成为全球一个重要且主要的产品制造地区，加工贸易的迅速增长促进了成品的出口，而同时急剧增加的国内市场需求也刺激了原材料和能源的进口1。在以上种种因素下，中国港口工程的建设也备受重视。中国沿海城市从北到南分布，大大小小港口自然也不计其数。国内的很多港口很多都以一个地区或以一个出海口集结，例如东北沿海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区等。其中，东北沿海地区由于自然原因，港口的建设有些特定的问题。随着东北沿海集装箱运输规模慢慢发展起来，加之国家出台东北地区振兴规划，东北贸易发展必然加快进度，而集装箱运输规模也将日益扩大2。东北振兴计划的提出将使东北省的经济开始壮大，改变原来落后的面貌，迎来新的机遇与挑战。本文主要介绍营口港并进行其多用途码头的结构设计。*与许多东北港口相同，纬度较高带来的温度影响是造成营口港运营期较短的主要原因，另外还有可能会受到流冰的侵袭，因此除了要考虑港口地质条件的影响，以上提到的因素也不能忽略。那么，如何权衡这些问题来设计适合条件的水工建筑物成了一个难题。这么多年以来，营口港除了采用重力式沉箱结构和带卸荷板的方块结构等比较普遍的适宜应用于现今码头的结构型式之外，也尝试着采用重力式方块墩、沉箱墩、高桩墩式结构和高桩梁板式排架结构等不同的结构3。1.2 多用途码头的发展随着海上运输业的快速发展，船型种类和货物形式发生了巨大变化，这样就对码头提出了更高的要求。由于集装箱业务迅猛发展，而传统的杂货泊位在技术上、经济上不能满足要求，于是就要求有这样的多用途码头：既要具备对集装箱进行装卸的能力，又要具备一般杂散货码头的堆货要求。当吞吐量达到一定程度时，还可以转变成专用泊位，使码头和设备的应用达到最佳的效果，这样的码头就称为多用途码头。*陈国森在对大麦屿港多用途码头设计中，*，具有稳定的航道，万吨轮进出港不存在问题5。结合该文设计条件给出中的码头使用功能和场区地质条件，将码头确定为高桩板梁式结构型式。江阴老煤栈码头地理位置优越，坐落在长江*将其设计成透空式的高桩梁板结构6。在对高栏港多用途码头工程建设进行方案比对时，张华东提出的三种结构设计方案均为高桩承台式结构7。卢安达石油基地码头工程以及临时集装箱项目是位于安哥拉码头的卢安达湾内，湾内自然条件较好，近岸区适宜重力式或板桩结构，离岸或深水区适宜高桩结构，由于该地区混凝土造价高，沈边州、周清华、王福强进行码头设计时采用双肋扶壁结构8。多用途码头的设计原则，一般都会考虑当下与未来的发展趋势，为远期发展规划留有足够的余地。在对港口腹地经济发展及远景预测的基础上，进行科学的论证分析后，确定该多用途码头发展为专业化集装箱码头的最终规模和布置格局。1.3 论文的研究意义及内容1.3.1 论文研究意义码头水工建筑物结构型式的选择受到很多因素牵制，除了自然条件之外，还受施工的难易程度以及未来的发展趋势影响。主要考虑建址的自然条件能否满足码头的使用要求，选择适宜的结构型式能够增加码头的使用寿命，更好地发挥作用。因此，码头结构型式的选择并不是一简单的课题，需要通过反复比较来确定最佳方案。*。随着科技的发展，数型结合的思想逐渐渗透到设计领域中。其中，利用有限元方法进行码头结构的建模以及响应分析也发挥着越来越大的作用，其能显示各构件受力分布与响应情况，而规范法却不能做到。由于有限元分析软件的强大数值计算功能，在许多领域以及工程结构分析中都有广泛的使用。这类软件可以对结构在静力荷载作用下的受力、位移、变形、压强分布以及稳定性情况进行分析，另外在动力学方面也有相应的功能，给出连续的变化，提供全方位的解决方案，给设计人员提供了方便实用又切实可行的分析方法9。1.3.2 论文研究内容本设计主要内容分为两大部分。*最后，将两种方法的结果比对，提出建议，确定码头最终设计方案。*第2章 码头总体设计2.1 设计基础资料2.1.1 设计依据海港总平面设计规范（JTJ-99）重力式码头设计与施工规范（JTS167-2-2009）港口工程荷载规范（JTS144-1-2010）港口工程地基规范（JTS147-1-2010）码头附属设施技术规范（JTJ 297-2001）港口道路、堆场铺面设计与施工规范（JTJ296-96）2.1.2 设计要求1、设计背景坐落于辽东半岛中部的*港，其重要程度不仅局限于中国的高纬度地区，对整个中国来说，也不可缺少，是我国对外出口重要的大型深水基地，而其低陆运输成本的优势使其有更大的空间进行开发。根据经济发展规模和港口的运营要求，该港需新建2个以内贸和内支线运输为主的*吨级的多用途泊位。2、设计船型*吨级杂货船：船长船宽型深满载吃水=*16.48.67.0m *吨级集装箱船：船长船宽型深满载吃水=*16.08.36.6m2.1.3 自然条件1、气候年平均气温9.8，最低气温27.3，最高气温35.3。常年不封冻。2、水位设计高水位 *.25m设计低水位 *.19m极端高水位 *.32m极端低水位 -*.52m3、流水流设计流速：v=1m/s；流向：与船舶纵轴接近平行。4、波浪有防波堤掩护，波高小于1m。5、风按九级风设计，风速：v=22m/s。6、地震及地质条件该地区地震基本烈度为6度。地质情况如表2.1所示表2.1 地质条件表地层编号土层名称标高(m)重度标准值（kN/m3）地基容许承载力(kPa)1淤泥质粘土-4.5-5.518.0902中粗砂-5.5-9.018.01253粉质粘土-9.0-13.518.83304风化岩-13.5以下6002.2 码头高程确定2.2.1 码头设计水位根据资料，设计高水位为*5m；设计低水位为*.19m；极端高水位为*.32m；极端低水位为-0.52m。2.2.2 码头前沿设计水深依据文献10，码头前沿设计水深应按设计低水位时保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的要求确定。其深度可按下式确定： (2-1) (2-2)式中： 载率对吃水的影响； ； Z3 0.15m，其他船型可忽略不计；定，度不宜小于0.4m； K 系数，顺浪取0.3，横浪取0.50.7；地波浪和港口的条件确定。 本设计中，设计船型的满载吃水取杂货船的满载吃水值为7.0m；对于重力式码头而言，应该按岩土石考虑，取0.6m11；经计算结果为负值，则取0；由于设计船型并没有干散货船和液体散货船，则可以不计；按淤积港口考虑，取0.4m。故通过计算得到2.2.3 码头前沿顶高程根据文献10，码头前沿顶高程计算根据所采用波浪和潮位组合标准的不同，应按基本标准和复核标准分别计算。1、 基本标准码头前沿顶高程=设计高水位+超高值，超高值一般取1.0m1.510。本设计取超高值为1.5m，则码头前沿顶高程=4.25+1.5=5.75m2、 复核标准码头前沿顶高程=极端高水位+超高值，超高值取值范围0.00.5m10。本设计取超高值为0.3m，则码头前沿顶高程=*.32+0.3=*.62m综合比较两种标准下的码头顶高程，取两者中的较高值，因此码头前沿顶高程取基本标准下的*.75m。2.2.4 码头前沿底高程根据文献10，码头前沿底高程应根据确定的设计起算水位和码头前沿设计水深计算确定，三者的关系为码头前沿底高程 = 设计低水位-码头前沿设计水深本设计中，设计低水位已由设计资料给出，为0.19m，码头前沿设计水深根据计算得到为8m，则码头前沿底高程按关系得到=0.19-8.0= -7.81m。2.3 泊位数及长度根据题目要求与设计资料，港需新建2个以内贸和内支线运输为主的5000吨级多用途泊位。 由文献10可知，在同一码头线上一字型连续布置泊位时，其码头总长度宜根据到港船型尺度、码头掩护情况等，按下列公式确定：端部泊位 (2-3)中间泊位 (2-4)式中： 泊位长度(m)； L 设计船长(m)； d 富裕长度(m)。本设计中的设计船型长度在设计要求中给出，分别为101m和106m，富裕长度可以按表2.210取值，取15m，则按公式计算得到泊位长度为252m。码头岸线长度与泊位长度相同，为252m。 表2.2 泊位富裕长度d取值表 单位：mL320d58101215182022252628303335402.4 码头附属设施2.4.1 系船设备1、系船柱布置根据文献12，设计船型长度为101m，再结合码头形式及变形缝的布置综合考虑，系船柱间距取14m。由文献12可知，系船柱中心至码头前沿线的距离宜为5001200mm。本设计采用1000mm。2、系船柱选择由文献12可知，系船柱由柱壳、锚杆、螺母、垫圈、锚板和柱心填料等组成，可根据不同的使用要求选择使用单挡檐型、羊角型和全挡檐型。单挡檐型适用于比较普遍使用的码头；羊角型适用于以流为主的河港；全挡檐型适用于多向带缆的情况13。本设计采用单挡檐型系船柱。根据文献4相关内容，5000t的设计船型应选用250kN系船力的系船柱。底盘尺寸为700mm，柱高350mm，檐高130mm，柱径320mm。2.4.2 防冲设施在船舶靠泊码头的时候，即使船速减小，也会发生对码头不可避免的撞击与挤靠，即使是系在码头上的船舶也不是静止不动的，受风浪作用时也存在这个问题。所以为了保证船舶在靠泊和停靠时的安全和码头在这两种情况下的使用安全，一般码头临水侧都会设置防冲设施来降低两者之间的受力。由文献12内容，根据使用要求，防冲设施可采用固定式、漂浮式和转动式护舷。1、 护舷选择橡胶护舷是在多样的护舷中最为广泛应用的型式之一，按吸能方式的不同可以分为压缩型、*因此选择圆筒形橡胶护舷，型号为1000L100012。2、护舷布置(1)在竖直方向上，*船舶在不同水位下的吃水深度，保证干舷部分不直接与码头产生冲撞。(2)在水平方向上，护舷的布置间距沿着码头岸线方向一般都采用等距离布置，间距一般取520m12。本设计将橡胶护舷的间距定为14m。2.4.3 护轮槛出于安全角度，码头边缘应设置护轮槛12。根据文献12规定，护轮槛高度可取150300mm，底部宽度可取300400mm。本设计取护轮槛的高度为范围里的最小值150mm，底部宽度同样取小值300mm。2.4.4 码头道路铺面一般码头铺面应由前方道路、通道、货物堆场及辅助面积四个主要区域组成。根据码头特点，码头铺面要求表面具有下列特征：强度高、耐久性强、抗滑、抵抗轮胎高压力的稳定性好、耐冲击、扭力大、车辆转弯半径小、修补容易和维护费用低、排水迅速、抗冻性强及防油等。设计时应按码头设计的不同要求，分别考虑四个区域铺面结构。铺面结构层通常设为三层，分别由面层、基层和垫层组成14，有时也可以简化，只设置面层与垫层，本设计中就只采用了两层。铺面种类根据材料的不同，大概可以分为四种，分别为沥青铺面、联锁块铺面、水泥混凝土铺面和独立块铺面15。由于多用途码头除了集装箱作业还有件杂货作业，所以装卸机械设备一般较件杂货码头要复杂的多。由于多用途码头存在集装箱的装卸，因此码头顶面受到的荷载也比一般的码头大得多。此外，多用途码头的平面布置要求尽量灵活、通用，一般都会给发展成专业集装箱泊位留有一定的空间。多用途码头的这些特点使铺面设计在两个方面差别于传统的件杂货码头：一是需考虑卸集装箱所引起的荷载，二是要使所选择的铺面能比较好地适应将来装卸工艺变化的需要。若完全按集装箱码头来设计铺面将会使一次性投资过高，不太经济。因此，对于该类码头的铺面设计应对总平面布置和工艺布置进行认真分析，考虑铺面除了要满足使用要求之外，尽可能地节省工程造价，并能兼备较好的通用性和灵活性。多用途码头的作业可分为件杂货作业及集装箱作业两部分。对于件杂货堆场，可以按照件杂货作业的荷载来设计铺面，这样可节省工程造价。考虑到将来堆场面层的改造，应该选取，鉴易于处理的面层结构，如沥青面层、沥青棍凝土面层、混凝土块体面层等，其中现浇混凝土面层就不宜采用。集装箱堆场面层的处理与件杂货不同，不用过多的考虑装卸时的外载，而主要根据所选择的装卸工艺方式来定。对于采用重型轮胎吊方式、 重型叉车方式、 跨运车方式来进行集装箱装卸作业的码头，由于集装箱只能并排堆放一至二排，堆场和车行道紧密相间，铺面的铺砌方式宜采用“满铺式”16，在这样的情况下可选用高强混凝土小块铺面、现浇混凝二L铺面等；对于那些采用正面吊运机方式、轮胎式龙门吊方式进行集装箱装卸作业的码头，由于集装箱的放置可并排堆放四至五排，车行道相隔较远，铺面的铺砌方式可采用“分离式”16。由于按多用途码头装卸机械荷载设计成的铺面厚度大于集装箱码头铺面厚度，因此多用途码头铺面宜用混凝土小块，造价较低，对地基差异沉降适应性好,便于以后码头铺面的改造15。结合规范与相应实例综合考虑，本设计选择混凝土铺面，混凝土面层的厚度为300mm，碎石垫层厚度为300mm。2.5 装卸工艺2.5.1 一般要求(1)装卸系统在各个环节发挥的能力尽量达到基本平衡，当然还是要以完成船舶装卸为前提。(2)装卸机械的*，这样便于维修与运行。(3)装卸机械的选择*选择已经成型的机械。(4)在同等条件下，可以将技术可信的国产装卸机械作为第一选择。(5)在设计工艺流程时，*这样可以保证各流程的灵活性，增加整个系统的可靠度。(6)车、船的直取作业需谨慎考虑，要从实际反映的问题出发，不能盲目认为其一定是唯一可行的作业方式。(7)凡在条件允许的情况下，*。(8)装卸工艺设计应考虑全面，对附属的配套设施也要进行统一的考虑。2.5.2 装卸工艺的确定前面已提到，出于多用途码头的特殊性与兼备性，其装卸工艺自然不能同于专业的集装箱码头装卸工艺或者传统并且单一的件杂货码头作业流程，它的设计与选择应适应、满足*适用性较强的机械类型和装卸工艺系统。由于通过多用途码头的主要货种，除集装箱以外，主要装卸的杂货还有大件货品、木材、*机以完成装卸船作业，船吊一般是用来对其他件杂货进行装卸船作业的。适用于多用途码头的常用装卸船机械有多用途门座起重机、岸边集装箱起重机、多用途桥式起重机、高塔架（柱）轮胎式起重机等17。在以上几种装卸船机械中，多用途门座起重机和普通门座起重机基本相同，普通门机具有的功能，多用途门机同样具有。与普通门机不至相同的是，多用途门机能根据不同装卸货种的特点，配装不一样的吊具来进行作业。这种机型目前在国内外多用途码头上进行装卸船作业比较广泛采用，尤其适用于通过集装箱与大件货种、件杂货等多类货种组合的多用途码头。因此，本设计选用多用途门座起重机作为码头的装卸机械。本设计中考虑到码头的使用能力，装卸机械选择型号为MQ40t-45的多用途门座起重机，轨距16m，基距16m，最大工作幅度为45m，轮数484。其中，门机前轨中心距码头前沿线为3.0m。2.6 本章小结根据设计资料结合港口的水文地质条件以及设计要求，本章参考相关规范初步确定码头前沿高程、底部高程等各部分高程以及泊位和岸线的长度，即平面布置尺寸。同时也确定了系船柱、护舷、护轮槛、道路铺面等码头附属设施的形式与布置。在装卸工艺方面，选用型号为MQ40t-45的多用途门座起重机作为码头装卸机械。以上工作的进行，初步完成了码头的总体布置，为接下来的结构设计提供依据。第3章 码头结构确定3.1 码头结构选型根据设计资料综合比较，重力式码头结构坚固耐久，在寒冷环境中，抗冰冻和耐腐蚀性较好，因此能适应营口港的自然条件。即使在地面荷载、码头超载、船舶荷载、集中荷载较大情况下都能很好地适应，加之施工又比较简单轻便，解决了东北地区施工期较短的这个劣势。而根据设计资料，港口所在地的地质条件良好，持力层为粉质粘土，没有流砂或者边坡不稳现象，因此本设计将码头的结构型式选定为重力式结构。在重力式码头结构中，方块结构与沉箱结构是两种我国港口目前经常采用的结构型式。由于整体建设不需要用到钢材，块体均采用混凝土材料，因而耐久性相对较好，施工也会相应简单。但方块码头无法采用预制形式，因此水下工作量大，块与块之间不固定，影响了结构的整体性，抗震效果也不佳，石料的用量也比较大，对于当地石料不充足的地区应谨慎使用。沉箱结构则与方块结构相反，可采用预制或现浇形式，相应的水下工作量就小，胸墙可以嵌入沉箱内，使其结构整体性好，可以抵抗地震、风浪的作用，施工方便迅速的特点使其能解决北方施工期较短的问题，但由于墙身会采用钢筋混凝土结构，因此在钢材的使用方面会比方块码头耗费，另外耐久性也打了折扣13。 结合之前的设计条件综合考虑，本设计选择沉箱结构作为码头结构。3.2 沉箱码头结构断面设计3.2.1 沉箱外形尺寸 根据文献11要求，沿长度方向码头必需设置上下垂直通缝的变形缝。其间距由气温情况、结构型式、地质条件和基床厚度等因素确定，一般采用1030m 11。 本设计中码头变形缝间距取14m，宽35mm。沉箱长度根据文献11的相关内容，取变形缝间距14m；沉箱高度根据码头总高程13.56m，考虑到施工的便利性，定为10m，则胸墙高度就为13.56-10=3.56m；沉箱宽度根据施工经验取沉箱高度的0.7倍，故为7m，包括前趾和后踵各1.0m的悬臂。3.2.2 箱内隔墙设置 由文献11相关规定，沉箱内的纵横隔墙宜进行对称布置，间距可以取 35m。本设计中取横纵板之间的距离为5m，单个沉箱设置10个仓格，用4块横板与1块纵板分割。 3.2.3 沉箱构件尺寸 由文献11可知，为减少应力集中给结构带来的影响，沉箱和空心块体等构件的折角处应按要求设置加强角，尺寸可采用150mm200mm。本设计中的加强角设置为边长为200mm的等腰直角三角形。对有抗冻要求的大中型码头，沉箱外壁厚不宜小于250mm，沉箱临水侧壁厚不宜小于 300mm11。沉箱底板厚度尽量别小于外壁厚度，隔墙的厚度可采用隔墙间距的 1/251/20，但不宜小于 200mm 11，对于一般性的码头，各项尺寸可以适当减小。 本设计中的营口港地处高纬度地区，有抗冻要求，因此取底板厚度500mm，隔墙厚度取间距的1/25，为 200mm，箱壁厚度 300mm。沉箱各部分具体尺寸见图3.1和图3.2。3.2.4 胸墙尺寸 根据文献11，采用预制安装混凝土胸墙时，预制块之间应采取良好的整体联系措施。沉箱上部可以伸入胸墙，增强构件之间的整体性。而本设计将胸墙设计成阶梯式，能有效减少胸墙的材料，达到经济目的，并使沉箱伸入胸墙100mm，底标高取2.19m。 又由文献11可知，胸墙底宽应根据计算确定，顶宽不宜小于 0.8 m。考虑到门机的布置以及前沿堆货的摆放，本设计胸墙顶宽取3.2m。3.2.5 基床尺寸 根据文献11，*。本设计中选择设置抛石基床作为码头的基础。1、基床形式基床形式不受码头结构型式的限制，常用的一般为明基床、暗基床和混合基床三种形式。明基床适用于原地面水深大于码头水深且地基较好的情况，暗基床则反之，混合基床适用于原地面水深大于码头设计水深且地基较差的情况13。对于本设计，由于码头原地面水深小于码头设计水深，因此采用暗基床。图3.1 沉箱断面图(单位：mm)图3.2 沉箱平面图(单位：mm)2、基床厚度基床厚度不能单纯地通过规范或者经验确定，而应该通过计算进行相应的调整。一般按以下原则设定：当基床顶面受到的应力大于地基容许承载力时，抛石基床会有一个应力扩散的过程，此时的基床厚度由计算确定，并不能小于1m。而当基床顶面应力不大于地基容许承载力时，基床仅仅起到整平地面和防止地基被冲刷的作用，但其厚度也不宜小于0.5m13。在本设计中，在开始进行码头结构设计时所采用的基床厚度为1m，作为构造使用。但根据后面第4章的地基承载力计算，发现基床顶面受到的应力超过了地基容许承载力，所以将基床厚度调整为1.5m。3、基槽底宽及边坡坡度基槽底宽的确定要考虑地基应力扩散所能影响到的范围。对于受到土压力作用的码头，基槽底边线距墙前趾不宜小于1.5d，而距离后踵的距离不得小于和0.5d（d为基床厚度），对于不受土压力作用的码头，基槽底边线距墙前趾和后踵的距离相等，且不宜小于1.0d11。由于本设计码头后方有回填土，受到土压力的作用，则基槽底边线距墙前趾和后踵的距离都取1.5d，为2.25m。4、基床肩宽为保证基床的稳定性，基床肩宽（尤其是暴露在外部的外肩）不宜小于2m，因此，取前肩为4.5m，后肩为4.5m。 在本设计中，基床前后坡度均取1:1.5，基床底宽为11.5m，则基床顶宽为16m。3.2.6 墙后回填1、墙后回填方式选择要形成最终的码头平整的路面，码头墙后按规范需设置回填土。墙后回填有两种情况：一种是紧靠着墙背用颗粒较大的材料作为抛石棱体，并要设置倒滤层，防止墙后回填的细粒土的流失，另一种则是墙后直接回填细粒土13。本设计采用第一种回填方式。2、抛填棱体抛填棱体的材料基本会选用块石或当地量大、价廉、质轻、坚固、内摩擦角大的其他材料11。本设计选用当地取材方便，断面为三角形的抛填棱体。3、倒滤层作为防止回填土流失的措施，在抛石棱体顶面和坡面的表层和倒滤层之间应铺盖有0.50.8m厚的二片石11，本设计取0.5m厚的二片石。根据文献11，倒滤层选择不分层的混合石料倒滤层，采用粒径5100mm的碎石，其厚度不得小于0.6m，这里就选用0.6m。由文献11相关内容，将抛填棱体坡脚定为1:1，碎石层坡度定为1:1.5。3.3 本章小结根据设计资料，比对各类不同型式码头的特点与各自适用条件，确定了营口港该码头的结构型式，采用的是重力式码头中的沉箱码头结构。参考相关的港工规范，本章初步确定了沉箱的外形尺寸为长宽高为14m7m10m；胸墙采用阶梯式，高度为3.56m；基床采用暗基床，厚度为1.5m，坡度均为1：1.5。对于墙后回填，出坡点以上采用中砂填充，以下回填块石，倒滤层选择不分层混合石料倒滤层，二片石厚度为0.5m，碎石厚度为0.6m。第4章 码头结构计算4.1 作用分类计算4.1.1 结构自重力（永久作用）1、极端高水位情况表4.1 极端高水位自重作用计算表 项目计算式Gi (kN)Xi (m)GiXi(kNm)沉箱前、后面板、纵隔墙0.89.514151596.003.505586.00沉箱侧板、横隔墙1.49.52.1215837.903.502932.65沉箱底板50.51415525.003.501837.50沉箱前、后趾1/2(0.5+0.8）1.014215273.003.50955.50沉箱竖抹角1/20.229.44015112.803.50394.80沉箱底抹角0.50.22（1.9+2.32)2101525.323.5088.62沉箱内填石12.12.522.31-0.50.222.214-0.50.22(1.9+2.32)2510593.952.351395.77沉箱内填石22.12.529.5-0.50.229.44-0.50.22(1.9+2.32)25102467.664.6511474