港口航道与海岸工程毕业设计之10万吨板桩码头设计

山东交通学院

2011届毕业生毕业论文（设计）

题目：日照港区板桩码头工程设计

单锚板桩码头结构

院(系)别 土木工程系

专 业 港口航道与海岸工程 班 级 学 号 姓 名 指导教师

二○一一年 6月

原 创 声 明

本人 郑重声明：所呈交的论文“日照港区板桩码头工程设计（单锚板桩码头结构）”，是本人在导师 老师的指导下开展研究工作所取得的成果。除文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明，本人完全意识到本声明的法律后果，尊重知识产权，并愿为此承担一切法律责任。

论文作者(签字)：

日期： 年

月 日

摘 要

本次设计的港址是位于日照港集装箱码头二期南侧。码头类型为单锚板桩码头。仓库和堆场面积及分布根据货物量决定。码头前沿设计水深14.00米，码头面高程为6.5m,设计高水位为4.73m，设计低水位为0.59m，极端低水位为-0.60m。前方桩台长28m，后方桩台长35m。

该码头为单锚板桩码头。板桩采用钢板桩，锚碇结构采用锚碇板，锚碇板采用钢筋混凝土结构，拉杆采用3号钢，钢的强度设计值为200N/错误！未找到引用源。，拉杆间距为1.5m。为了使板桩能共同工作和码头前沿线整齐，通常在板桩顶端用现浇混凝土做成帽梁。为了使每根板桩都能被拉杆拉住，在拉杆和板桩墙的连接处设置导梁。帽梁一般采用现浇钢筋混凝土，胸墙的断面形式采用矩形。因淤泥厚度较深，所以需要挖泥船挖除淤泥。重点部分作用效用组合主要计算持久组合、短暂组合和偶然组合（考虑到地震烈度为7级），因采用钢板桩，仅按承载能力极限状态进行计算，计算项目有：板桩墙踢脚稳定性、锚碇结构的稳定性、板桩码头的整体稳定性和桩的承载力。

关键词：单锚, 板桩码头, 作用效用组合,钢板桩

Abstract

This design is the port container terminal in Rizhao port address phase south side. Terminal type for single anchor sheet pile wharf. Warehouse and stacking area and

distribution according to the amounts decide. Terminal quay 14.00 meters, design depth in wharf surface elevation for 6.5 m, design for 4.73 m, high water level design for low water level 0.59 m, extreme low water for - 0.60 m. Imran khan, the rear 28m pile ahead of pile 35m imran khan.

This dock for single anchor sheet pile wharf. Pile using steel sheet pile, anchorage

structure is anchorage anchorage plate, plate adopts steel reinforced concrete structure, bars, using 3 steel design value strength of steel for 200N /, bars for 1.5 m distance. In order to make sheet pile wharf can work together and tidy, usually before the board along with cast-in-situ concrete pile top made cap beam. In order to make every root sheet pile can be bars pull, in bars and plate pile wall set guide beam joints. Cap girder generally USES the cast-in-place reinforced concrete, the section of frontwall adopts rectangle form. For sludge thickness is deeper, so need dredger desilt. Key part main computing lasting combination utility combination, transient combination and accidental combination (considering earthquake intensity of 7), with steel sheet pile, only by carrying capacity limit state are computed and project are: sheet pile wall kick stability, anchorage structure stability, sheet pile wharf and the overall stability of the bearing capacity of the pile.

Keywords: single anchor， Board pile wharf，Effect utility combination，Steel sheet pile

目 录

前 言 ............................................................................................................................................................... 1 1 设计背景 ..................................................................................................................................................... 2

1.1 工程概述 .......................................................................................................................................... 2 1.2 设计原则 .......................................................................................................................................... 2 1.3 设计依据 .......................................................................................................................................... 2 1.4 设计任务 .......................................................................................................................................... 2 2 设计资料 ..................................................................................................................................................... 4

2.1 气象条件 .......................................................................................................................................... 4

2.1.1气温 ........................................................................................................................................ 4 2.1.2 降水 ....................................................................................................................................... 4 2.1.3 风况 ....................................................................................................................................... 4 2.1.4 雾 ........................................................................................................................................... 7 2.1.5 相对湿度 ............................................................................................................................... 7 2.1.6 灾害性天气 ........................................................................................................................... 7 2.2 水文条件 .......................................................................................................................................... 7

2.2.1潮汐 ........................................................................................................................................ 7 2.2.2 波浪 ....................................................................................................................................... 8 2.2.3 海流 ..................................................................................................................................... 13 2.3 影响码头作业天数 ........................................................................................................................ 13

2.3.1 码头作业标准 ..................................................................................................................... 13 2.3.2 码头作业天数 ..................................................................................................................... 13 2.4 工程地质 ........................................................................................................................................ 13 2.4.1 区域地质地貌概况 ................................................................................................................... 13

2.4.2工程地质条件评价 .............................................................................................................. 19 2.4.3地震烈度 .............................................................................................................................. 19

3 作用效应组合 ........................................................................................................................................... 20

3.1 持久状况持久组合 ........................................................................................................................ 20

3.1.1设计低水位 .......................................................................................................................... 20 3.1.2 设计高水位 ......................................................................................................................... 20 3.1.3 极端低水位 ......................................................................................................................... 20 3.2 短暂状况短暂组合 ........................................................................................................................ 20

3.2.1 设计低水位 ......................................................................................................................... 20 3.2.2 设计高水位 ......................................................................................................................... 20 3.3 偶然状况偶然组合 ........................................................................................................................ 20

3.3.1 设计低水位 ......................................................................................................................... 20 3.3.2 设计高水位 ......................................................................................................................... 20

4 板桩墙计算 ............................................................................................................................................... 21

4.1 计算原则 ........................................................................................................................................ 21 4.2 土压力系数 .................................................................................................................................... 21

4.2.1 土与墙面的外摩擦角δ取值 ............................................................................................. 21 4.2.2 土压力系数计算 ................................................................................................................. 21 4.3 板桩墙内力及稳定计算 ................................................................................................................ 22

4.3.1 持久组合 ............................................................................................................................. 22 4.3.2 短暂组合 ............................................................................................................................. 33 4.3.3 偶然组合 ............................................................................................................................. 38 4.4 板桩内力与稳定计算汇总 .................................................................................................... 43

5 锚碇板的设计 ........................................................................................................................................... 49

5.1 土压力系数 .................................................................................................................................... 51

5.1.1 与墙的外摩擦角δ .............................................................................................................. 51 5.1.2 土压力系数计算 ................................................................................................................. 51 5.2 锚碇板稳定计算 ............................................................................................................................ 51

5.2.1 持久组合 ............................................................................................................................. 51 5.2.2 短暂组合 ............................................................................................................................. 56 5.2.3 偶然组合 ............................................................................................................................. 56 5.3 锚碇板内力计算 ............................................................................................................................ 60

5.3.1持久组合 .............................................................................................................................. 60 5.3.2 偶然组合 ............................................................................................................................. 61 5.4 锚碇板到板桩的最小距离 ............................................................................................................ 61

5.4.1 最大负弯矩点高程 ............................................................................................................. 61 5.4.2锚碇板到板桩的最小距离 .................................................................................................. 61

6 拉杆计算 ................................................................................................................................................... 63

6.1 持久组合 ........................................................................................................................................ 63

6.1.1 设计低水位 ......................................................................................................................... 63 6.1.2 设计高水位 ......................................................................................................................... 63 6.1.3 极端低水位 ......................................................................................................................... 63 6.2 短暂组合 ........................................................................................................................................ 64 6.3 偶然组合 ........................................................................................................................................ 64

6.3.1 设计低水位 ......................................................................................................................... 64 6.3.2 设计高水位 ......................................................................................................................... 64

7 整体稳定验算 ........................................................................................................................................... 65

7.1 持久状况（码头面均载q=30kPa） ............................................................................................. 65 7.2 短暂状况 ........................................................................................................................................ 65 7.3 偶然状况（组合系数错误！未找到引用源。，码头面均载错误！未找到引用源。 ............ 65 结 论 ............................................................................................................................................................. 66 致谢 ............................................................................................................................................................... 67 参考文献 ....................................................................................................................................................... 68 附 录 ............................................................................................................................................................. 69

前 言

此次设计旨在锻炼自己大学四年学到的专业基础知识，通过单锚板桩码头结构的设计掌握《港口水工建筑物》、《航道工程》、《港口规划与布置》、《水工建筑物及施工技术》等专业课程，了解板桩码头的基本结构，特别是板桩码头上作用效用组合、运用弹性线法计算板桩墙入土深度、板桩墙弯矩和拉杆拉力和板桩码头整体稳定性验算。学到了板桩码头主要靠板桩沉入地基来维持工作，了解了板桩的许多优点，比如其结构简单，材料用量少，施工方便，施工速度快，对复杂的地质条件适应性强等等。

此次设计参考了《港口工程结构设计算例》（中交第一勘察设计院编），其中板桩墙结构采用了钢板桩结构和地下连续墙结构，本设计只采用钢板桩结构，可以免去配筋的麻烦，由于钢板桩的造价较高且易腐蚀，但是钢板桩结构板桩墙重量轻，强度高，锁口紧密，止水性好，沉桩较容易，适用于水深较大的海港码头，正好符合国家把日照港打造成一流港口的政策。

通过这次设计，知道了钢板桩要采取防锈措施，目前常采用的有：涂料保护；阴极保护；改进钢材化学成分和采用防腐蚀钢种；增加钢板桩的厚度，延长使用年限；尽量降低帽梁或胸墙的底高程。锚碇板一般采用现浇钢筋混凝土墙，且需在其后面设置连续导梁。钢板桩应深入现浇胸墙内0.2m。作用在单锚板桩码头上的作用效应组合有持久状况持久组合、短暂状况短暂组合、偶然状况偶然组合（考虑到地震烈度为7度），在取各种分项系数时，应按《板桩码头设计规范》来取。

感谢赵峥嵘老师、杨红霞老师、王日升老师、李水鱼老师、张庆洪老师和朱文心老师在此次设计中提出的宝贵意见，使此次设计有较大改进，特此致谢。由于本人水平有限，难免有不妥之处，尚希各位老师批评指正。

1 设计背景

1.1 工程概述

规划建设中的日照港集装箱码头现拥有集装箱专用泊位2个，码头岸线长度844米，泊位水深-16至-17米，可以满足第六代超大型集装箱船靠泊作业。根据日照港总体发展规划，石臼港适宜建设集装箱泊位的岸线长度3800米,可以布置3－15 万吨级集装箱泊位18个，综合通过能力在520万TEU 以上。西港区陆域纵深大，毗邻日照市经济开发区，与腹地交通联系便捷，根据日照港总体规划，西港区将重点发展集装箱运输业务。日照港已有完整的港口辅助生产配套设施，具有丰富的建设大型深水泊位的工程建设管理经验。

1.2 设计原则

（一） 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。

（二） 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。

（三） 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。

1.3 设计依据

主要遵循交通部《板桩码头设计与施工规范》、《海港总平面设计规范》、《港口工

程荷载规范》、《港口工程混凝土结构设计规范》、《港口工程桩基规范》、《港工建筑物》、《海港工程设计手册》、《建筑结构静力计算手册》、《港口规划与布置》等。

1.4 设计任务

（1） 设计内容

①码头平面布置及码头结构设计； ②根据资料初步设计的码头结构断面； ③结构计算；

④完成设计说明书，计算书； ⑤完成施工图

⑥完成配筋图等图纸的绘制。 ⑦提交成果

⑧设计说明书和计算书，毕业设计摘要（汉译英），约300～600字左右（限一页）； ⑨码头结构设计图纸，断面图，平面图投影正确；外文翻译，翻译与本专业毕业设计（论文）相关的外文资料，不少于2000汉字，并附原文。 （2） 质量要求

①研究报告内容完整，表述清晰，公式、图表齐全，必须按学校统一格式和要求装订。

②用绘制结构设计图纸，图纸要符合工程绘图规范要求，尺度齐全，布局合理，信息充足。

③毕业设计、论文要规范化

2 设计资料

2.1 气象条件

本报告统计分析中的气象因素：气温、风况、相对湿度是使用石臼所海洋站1960～

1996年的连续观测资料；降水、雾的统计是采用该站1955～1996年的观测资料。该站观测点位置为35o24’N， 119 o24’E，观测场海拔9.1m。风速仪离地面高度10.6m。 2.1.1气温

历年平均气温 12.8℃

年极端最高气温 37.5℃(出现于1964年7月8日) 年极端最低气温 -13.7℃(出现于1967年1月15日) 2.1.2 降水

年平均降水量为813.3mm；降水量的年际变化很大，最大的1964年达到1426.2mm，最小的1955年仅有504.1mm。

日最大降水量为173.3mm，出现在1967年8月16日。

该区降水有明显的季节变化，降水多集中在6、7、8三个月，其降水量占全年降水量的57.6％。

降水日数（日降水量在10.1～25mm）历年平均15.4d/a；降水日数（日降水量在25～50mm）历年平均6.7d/a。且多集中于6～8月，6～8月平均月降水日数均超过10d，其中7月最多，达15.3d。 2.1.3 风况

本海域全年各向风频率相对均匀。常风向为N，频率9％；次常风向NNE，频率8％。强风向为WSW，实测最大风速22m/s，出现在1976年7月，历年平均风速为4.3m/s。详见日照港港区风玫瑰统计表和风玫瑰图。

日照港港区风玫瑰统计表

表2-1-1

北

风向频率

最大风速平均风速无风频率C= 6.00%资料期限

风玫瑰图

多年平均大于等于6级风的日数为46d/a。多年平均大于等于8级风的日数为16.1d/a。 2.1.4 雾

本海域多年平均雾日数为30.4d。一般雾日连续出现2～3d，最长达9d，分别出现在1964年4月和1987年6月。 2.1.5 相对湿度

本海域多年平均相对湿度为72％。 2.1.6 灾害性天气

1960年以来，影响岚山海域的热带气旋近100个，年均2.1个，导致岚山海域出现大于等于6级风的热带气旋，共出现42个，其中20次出现大于等于7级的风。台风影响本港的最大风速是23m/s（9216台风），次者是21m/s（7412台风）。

2.2 水文条件

2.2.1潮汐

（1）潮汐性质 日照港属规则半日潮。

表2－2－1 基准面关系

统计1968～1996年潮位资料，本港潮位特征值如下（以日照港理论最低潮面起算，下同）：

历史最高潮位 5.65m（1992年8月31日） 历史最低潮位 -0.47m（1980年10月26日） 平均高潮位 4.22m 平均低潮位 1.22m 平均海平面 2.73m 平均潮差 3.02m 最大潮差 4.90m （3）工程水位

设计高水位 4.73m 设计低水位 0.59m 极端高水位 5.82m 极端低水位 -0.60m （4）乘潮水位

港池、航道乘潮水位详见表2-2-2，2-2-3。

表2-2-2 石臼港区年乘高潮不同历时累积频率的乘潮水位值 单位：m

表2-2-3 单位：m

2.2.2 波浪

（1）波况 ①波况

国家海洋局在1959年就在石臼建有海洋观测站，原名石臼所海洋站，1984年7月1日更名为石臼港海洋站，2002年更名为国家海洋局日照海洋环境监测站。

海洋站原站址位于石臼咀，三面环海，北接陆地，西靠港湾，地理坐标为35°22′

42″N、119°33′30″E。由于日照港建设的需要，1982年10月1日由原站址向偏北方向迁移1.5km到石臼灯塔处。北靠万平口，西北为陆地，东面为黄海。向NNE方向9km是龙山咀，向SSW方向8km是奎山咀，向SSE方向3km是日照港煤炭码头。

海洋站观测项目有波浪、水温、盐度及地面气象等。从1968年开始增加潮位观测。各项目观测点见图1-3。现将各项目测点情况介绍如下。

119°29′ 35°25′

31′ 33′ 35′ 119°37′

35°25′

23 ′

23′

21′

测波室 测波传感器

验潮站

21′

35°19′ 119°29′

31′

33′

35′

35°19′

119°37′

图1-3 日照港观测站平面布置见图

石臼港区附近海域是以风浪为主的混合浪。波高（H4％）超过3.0m的大浪以台风过程引起的居多，气旋过程引起的较少，其波向几乎全部为偏东方向。涌浪主要出现在夏秋季，且以东向涌浪为最多。

使用1977～2004年实测海浪资料统计，石臼港区海域常浪向为E，频率20.03％；强浪向为E，实测H4％≥2.0m的频率为0.43％，实测H4％≥2.5m的频率为0.15％；最大实测波高Hmax＝4.4m，E向，出现于8114号台风期，详见石臼港区波玫瑰图统计表和石臼港区波玫瑰图。

10

石臼港区各级别波高（H1/10） (1977～2004年) 波玫瑰图统计表

表2-2-4 单位：频率（％）

（2）外海设计波浪要素推算及拟建港区设计波要素

日照港海域的深水设计波浪要素值的确定历经多年专业单位的观测、推算、分析。北海分局利用1980～2004年深水测波资料和经过改正的1965～1979年浅水测波资料，

并参考了1939年和1956年两次强台风资料，于2007年3月在日照港召开第十次日照港设计波浪要素研讨会，得出日照港外海（-13m）设计波要素见表2-2-5。

日照港外海（-13m）设计波要素表

表2-2-5 （平均水位）

交通部天津水运工程科学研究院根据以上设计波要素采用波浪数学模型推算的方法对E、ESE、SE向、不同设计水位进行了计算，具体见表2-2-6。

表2-2-6 波浪数学模型推算波要素（-13m等深线）

表2-2-7。

日照港石臼港区西作业区三期工程码头前沿设计波要素表（防波堤建成后）

表2-2-7 重现期：50年

2.2.3 海流

为了了解日照港拟建港址附近海域的流场情况，日照港集团委托中交第一航务工程勘察设计院在拟建港址海域于2002年11月间的大、小潮期进行了三条垂线定点海流观测。根据实测资料统计、分析，日照港拟建港址海域潮流属不规则半日潮流，呈旋转流。涨潮流历时约5h，落潮流历时约6h，涨潮流主流向偏NE，落潮流主流向在SE～SW间，实测最大涨潮流流速为0.21m/s，实测最大落潮流流速为0.34m/s。

2.3 影响码头作业天数

2.3.1 码头作业标准

允许船舶停靠码头的自然条件是：风力≤6级；能见度≤1km；日降水量＜25mm；顺浪H4％≤1.5m，横浪H4％≤1.2m。 2.3.2 码头作业天数 （1）影响码头作业天数

风：14d/a；降水：6.7d/a；雾：11d/a；波浪：2 d/a （2）码头作业天数

综合以上影响码头作业天数的计算，故允许船舶在拟建码头水域的年作业天数是331d/a。

2.4 工程地质

2.4.1 区域地质地貌概况

日照港石臼港区在大地构造上处新华夏系的鲁东地盾胶南隆起区。区内基岩广泛出露，其岩性主要是燕山晚期花岗岩（似斑状花岗闪长岩）和元古界变质岩系；由于长

期处于剥蚀环境，缺失古、中生界，第四系不发育。区域构造线方向主要为NE及近EW向。港区陆域为绝对高程10～20m的准平原化剥蚀面。近岸水深条件较好，底质为砂砾，基岩埋藏较浅。

本次工程位于日照集装箱码头二期南侧，码头区距岸1000多米，天然水深4.5~5.5m，调头水域天然水深5~8m。码头与陆岸之间底质为泥（淤泥厚3m左右），向岸渐薄并缺失。

（1）土层分布及其工程地质性质

据青岛环海海洋工程勘察研究院2007年4月的钻探资料，码头区岩土层分布较有规律，自上而下各土层分布及其工程地质性质综述如下：

①1淤泥（Q4m）

普遍分布，层位连续。层顶高程-4.45～-5.49m，层厚1.5～3.3m。

灰黑色，饱和，流塑～软塑状态，塑性高。夹淤泥质粉土或粉砂薄层，含贝壳碎屑。 ①2淤泥质粉质粘土（Q4m）

普遍分布，层位连续。层顶高程-6.02～-8.27m，层厚0.5～3.0m。

灰黑色，饱和，流塑～软塑状态，塑性高。夹淤泥质粉土或粉砂薄层，含贝壳碎屑等。

②粉质粘土（Q4m）

普遍分布，层位较连续。层顶高程-8.06～-10.10m，层厚0.3～1.8m。

灰黑色，饱和，软塑，含腐植质及贝壳碎屑等，底部多混粗砂。平均标贯击数2.8击，容许承载力90 kPa。 ③粗砂（Q4m）

分布较广泛。层顶高程-9.02～-10.47m，层厚0.2～1.0m。

灰黑色，饱和，松散～稍密，不均匀，粘粒含量较多，混淤泥质。平均标贯击数8.3击，容许承载力130 kPa。 ④粗砾砂（Q3al+pl）

普遍分布，层位连续。层顶高程-8.49～-10.77m，层厚0.9～4.5m。

黄褐～灰白色，饱和，中密～密实，分选性一般，颗粒多呈次棱角状，成份以长石石英为主，上部粘性土含量相对较高，夹中细砂薄层。局部见粉质粘土透镜体状。平均标贯击数26.7击，容许承载力245 kPa。

④1中砂（Q3al+pl）

分布不广泛。层顶高程-10.29～-11.90m，层厚0.2～1.0m。

浅黄色，饱和，中密～密实，分选性较好，局部夹粉质粘土薄层。平均标贯击数30.6击，容许承载力220 kPa。 ⑤花岗岩（γ

35

）

35

据风化程度不同，分为⑦1全风化花岗岩和⑦2强风化花岗岩。 ⑤1全风化花岗岩（γ

）

局部分布。层顶高程-11.32～-12.66m，层厚0.3～1.6m。

灰白～褐黄色，原岩结构尚可辨认，暗色矿物完全风化，手捏易碎，碎后多呈土夹砂状，遇水易软化崩解。平均标贯击数42.5击，容许承载力400 kPa。

⑤2强风化花岗岩（γ

35

）

层顶高程-10.90～-14.26m，最大揭露厚度为1.2m。黄褐～灰白色，成份以长石、石英为主，粗粒花岗结构，块状构造，风化裂隙发育，顺裂隙面有Fe、Mn质渲染，手捏易碎，碎后多呈土夹砂状，遇水易软化崩解。标贯击数大于50击，容许承载力800 kPa。

土层分布情况详见工程地质剖面图。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4lz4.html