一、设计基本条件和依据
1.1 工程概况
南通港某港区是件杂货和客运站作业区，原有几座码头均为60年代修建的千吨级泊位。其3#码头为固定式码头，其余均为浮码头；位于上游的2#和3#码头为货运码头，下游的4#和5#码头为客运码头。随着南通地区经济的迅速发展，该港内的外贸货运量急剧增长。根据总体规划，本港区除保留客运码头外，要求充分发挥该区深水岸线的作用，为此将2#和3#码头位置改造成为一个万吨级深水泊位，规划年吞吐量35万吨。 1.2 设计依据
《南通港码头改造工程设计任务书》
《港口工程荷载规范》 JTJ251—98 《高桩码头设计与施工规范》 JTJ291—98 《港口工程地基规范》 JTJ250—98
《港口工程桩基规范》 JTJ254—98 《港口工程混凝土设计规范》 JTJ267—98 1.3 设计任务
现对该港区平面布置、装卸工艺和水工结构进行初步设计。
二、营运资料
2.1 货运任务
改造后的万吨级泊位，规划年吞吐量为35万吨。近期进口货种主要为钢材、设备等，出口为水泥、化肥和轻工产品等，其中部分货物采用集装箱运输。远期拟发展为全部集装箱运输。 2.2 船舶资料
根据世界集装箱船队现状及发展趋势分析，结合本项目的实际，本工程远洋航线设计代表船型应为10万吨级集装箱船（6001~8200TEU），远期兼顾到15万吨级（12500TEU ）集装箱船。本项目设计船型尺度根据交通部2006年第47号“关于发布《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）中‘集装箱船设计船型尺度’修订内容的公告”进行选取，详见下表。
表2.2 设计代表船型表 单位：m
三、港口自然条件
3.1 水文条件
3.1.1 设计水位（依据南通港潮位频率累计曲线图2）
设计高水位（高潮10%）：4.8m 设计低水位（低潮90%）：1.5m 极端高水位（50年一遇）：6m 极端低水位（50年一遇）：0.7m
3.2 地形、地质条件
根据钻孔报告，本工程地质主要土层如下： ①淤泥质亚粘土：-9.3~2.59m。 ②粉砂：-18.8~-2m。 ③亚粘土：-19.8~-14m。 ④粉细砂：-34.2~-18m。 ⑤亚粘土：-37.6~-26.6m。 ⑥粉细砂：-40.75~-28.8m。 3.3 气象条件 3.3.1 雨
年最大降雨量1518毫米，年最小降雨量361毫米，年平均降雨量965毫米，10毫米/小时以上的中雨和大雨天数，年平均15天。 3.3.2 雾
能见度大于1000米的雾日，年平均8天。一般都是晨雾，主要出现在12、1、2月。
四、材料供应及施工条件
周边城区建设颇具规模，港口运营多年，本工程外部条件优良。先期建设的进港道路条件已十分完善，交通非常便捷。南通市境内已经基本形成“三横两纵”的公路网主骨架，东西向公路有宁启高速公路、苏336（通启线）、苏335（通吕线），南北向公路有苏221、苏222 省道。
水运方面：南通区域内河道纵横交错，水运便捷以纵贯南北的通扬线航道、 焦港河、丁堡河、江海河、通栟线、江石线、汇吕河为经，以横穿东西的老通扬 河、栟茶河、如泰运河、通吕运河、通启运河等主要等级航道，形成四通八达的 内河航道网络。
供水、供电、通信方面：本工程已达到“四通一平”要求，项目施工所需的水、电、通信等基础设施条件无需另行设置。
材料供应方面：本工程位于长江下游的南通市，工程建设所需砂石料、钢材等建筑材料供应系统发达，可在当地就近采购，也可水运至施工现场，较为便利。钢材、水泥等建筑材料货源丰富、供应充足。
施工力量方面：本工程为常规的高桩梁板式结构，工程所在的长江中下游地区聚集多家技术力量雄厚、具有大中型港口施工经验的大型专业施工队伍，可根据本项目特点，经过招标、投标来选择合适的施工队伍。
五、总平面布置 5.1 总平面布置原则
根据水文、地质、地形、货种、装卸工艺及施工条件等因素综合分析, 宜采用高桩码头结构型式。为避免建港以后的冲淤失衡, 尽量少占用航道, 尽量顺从水流方向, 选用顺岸式。
货物堆场布置在江堤外面陆域区域。
（1）总平面布置与港区的自然条件相适应；
（2）总平面布置满足码头的泊稳条件和作业要求；
（3）码头尺度、港池水域及航道布置保证船舶的航行和靠、离泊作业安全，同时满足装卸作业要求；
（4）充分利用现有的设施和依托条件，节省建设投资。 （5）符合国家环保、安全、消防、卫生等有关规定。 5.2 码头设计尺度 5.2.1 码头泊位长度
码头泊位长度应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。对开敞式码头，其泊位长度可根据《海港总平面设计规范》4.3.10按下式估算：
L b =(1. 4~1. 5) L 式中， L - 设计船长(m)；L =223m； 因此，取L b =375m。
码头泊位宽度
由于码头离岸较远，为提高装卸设备机械效率，缩短船舶待港时间，考虑在码头面上布置少量的临时堆货场地，由此计算的码头面宽度为： D=D1+D2+D3+D4+D5+D6=3.0+16+5.5+15+0.5=40m 式中：
D1—为码头装卸设备海侧轨道中心至码头前沿的距离，取3.0m 。 D2—为码头前沿装卸设备轨距，取16m 。
D3—为后轨中心与后侧临时堆场间的距离，考虑一个车道和门机轨下的 车道形成环路，取5.5m 。
D4—码头面预留临时堆货场地宽度，取15m 。
D5—临时堆场至码头平台后沿距离（含护轮坎宽度），取0.5m 。 5.2.2 码头面高程
根据《海港总平面设计规范》4.3.4, 开敞式码头应满足码头面不被波浪淹没的要求, 通常不考虑码头及连接桥上部结构直接承受波浪力的作用, 码头面高程可按下式确定:
E =HWL +η+h +∆ 式中, E - 码头面高程(m);
HWL - 设计高水位(m);取4.8m;
η - 设计高水位时重现期为50年的H 1%（波列累积频率为1%的波 高）静水面以上的波峰面高度（m ）；取0.65*H 1%
=0.65*2.1=1.37m；
h - 码头上部结构的高度（m ）；（允许上部结构部分承受波浪力，取 h =1m）；
∆ - 波峰面以上至上部结构底面的富裕高度（m ），取0.2m ；
因此，E =7.37m，取E =7.4m 5.2.3 码头前沿设计水深
根据《海港总平面设计规范》4.3.5，码头前沿设计水深是指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深，其深度可按下式确定：
D =T +Z 1+Z 2+Z 3+Z 4
Z 2=K ⨯H 4%-Z 1 式中， D - 码头前沿设计水深(m)；
T - 设计船型满载吃水(m)；T max=12.8m;
Z 1 - 龙骨下最小富裕深度(m)，按表4.3.5，海底底质属于含淤泥的砂， 含粘土的砂和松砂土，Z 1=0.3(m)； K - 系数，顺浪取0.3，横浪取0.5；
H 4% - 码头前允许停泊的波高(m)，波列累积频率为4%的波高， H 4%=1.7m（设计高水位）； Z 2 - 波浪富裕深度(m)；Z 2=0.55m;
Z 3 - 船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值(m)，取Z 3=0；
Z 4 - 备淤富裕深度(m)，根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的 性能确定，不小于0.4m 。取Z 4=1m；
因此，D =14.65m，设计低水位：1.5m ，所以码头前沿设计底标高为-13.15 m，取-13.2 m 。
5.2.4码头前沿停泊水域宽度
按 2 倍设计船型船宽计算，取值为65m 。 5.2.5回转水域尺度
回旋水域的设计底标高与航道取为一致。船舶回转水域在码头前方，呈椭圆形布置，长轴按3 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为498m ，短轴按2 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为332m 。 5.3 码头前沿线的布置
码头前沿停泊区可利用该天然深槽以减少港池和航道的疏浚量。兼顾考虑连接码头和
后方陆域的栈桥不宜过长，因此码头平台前沿位置可选择在能保证2万吨级船舶停靠水深条件的等深线近岸侧位置即可。码头前沿沿-13m 等深线近岸侧布置。前沿线与原3#码头基本平行。 5.4 平面布置
5.4.1 码头作业地带
前方桩台宽40m ，装卸桥轨距16m ，前轨距码头前沿3m 。 5.4.2 引桥布置
在保证完成预测吞吐量和货种的前提下，参考《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），引桥单向所需车道数计算如下： N =（AADT *K*D）C D 式中：
N —单向车道数
AADT —预测年的年平均日交通量； D C —每车道设计通行能力； D —方向分布系数；
K —设计小时交通量系数；
根据码头吞吐量预测结果推算的预测年平均日交通量及码头栈桥车流特点计算得：
N=0.49
根据以上计算，车行道采用双车道完全可以满足货物水平运输的需求。
考虑本工程水平运输车辆主要以自卸车、平板车等重车为主，车体较宽，车行道全宽为10m ，桥面净宽9m 。这种桥面布置能够满足运输货物双向通行的需要，利用原3#码头的两个引桥，引桥及陆域之间构成环路，起到完善港区的交通组织，提高通行能力和服务水平的目的。为扩展码头的使用功能，提高引桥的通过能力，未来有大宗散货运输需求时，可将原2#码头引桥改造为为皮带机运输通道。散货卸船采用带斗门机，水平运输采用皮带机，引桥上设置皮带机廊道。 5.4.3 港内道路
根据《海港总平面设计规范》6.3.3确定港内道路参数。
道路宽度：主干道、次干道：15 m，支道：5 m；交叉路口内缘最小转弯半径：载重40～60t 平板挂车：18 m；道路边缘至货堆边缘的最小净距：1.5 m；道路纵坡考虑排水要求取0.5%～1%。 5.5 辅助生产和辅助生活建筑物
设综合办公楼、加油站、地磅房、小型流动机械库、装卸及成组工具库、车辆机械维修保养间、材料供应站等建筑设施，具体位置及面积见码头总平面布置图。
5.5 装卸工艺
5.5.1 装卸工艺和机械选型
矿建材料的作业模式：码头前沿装卸船作业采用门座起重机，水平运输采用自卸汽车，堆场辅助归垛和装车外运作业采用单斗装载机
钢铁、水泥、木材、粮食和其它货种等件杂货的作业模式：码头装卸船采用门座起重机与船吊配合作业，水平运输采用牵引平板车和载货汽车，堆场装卸车作业采用轮胎式起重机或叉车，仓库装卸作业为叉车。
集装箱的作业模式：码头装卸船采用门座式桥吊，水平运输采用牵引平板车，堆场装卸采用轮胎式起重机或叉车。
装卸工艺流程： 矿建材料
①船→门座起重机→接料漏斗（或单斗装载机取落地物料）→自卸汽车→堆场 ②堆场→单斗装载机→货主车辆 钢铁、水泥、其它件杂货种
①船门座起重机平板车（或货车）轮胎式起重机或叉车堆场 ②船门座起重机平板车（或货车）叉车仓库 ③堆场轮胎式起重机或叉车货主车辆 ④仓库叉车货主车辆 集装箱
①船门座桥吊起重机平板车轮胎式起重机或叉车堆场
5.5.2 港口主要建设规模的确定 5.5.2.1泊位数目
根据《海港总平面设计规范》5.8.1, 泊位数应根据码头年作业量、泊位性质和船型等综合因素按下式估算：
N =式中， N - 泊位数；
Q - 码头年作业量（t ），指通过码头装卸的货物数量，包括船舶外挡 作业的货物数量，根据设计吞吐量和操作过程确定； P t - 一个泊位的年通过能力。
5.5.2.2泊位通过能力
根据《海港总平面设计规范》5.8.4，集装箱码头年泊位通过能力可按下式计算：
P t =
T y A ρQ pt g
+t f t d
Q
Q P t
p =np 1k 1k 2(1-k 3)
式中， P t - 集装箱码头泊位年通过能力（TEU ），两个以上的集装箱泊位连续 布置，且装卸桥同轨时可适当加大；
T y - 泊位年营运天数；根据前面资料分析，取Ty =330天； A ρ - 泊位有效利用率（%），取65%； p - 设计船时效率（TEU/h）；
Q - 集装箱船单船装卸箱量（TEU ），取5000 TEU； t g - 昼夜装卸作业时间（h ），取24h ；
t f - 船舶的装卸辅助作业及船舶靠离泊时间之和（h ），取4 h； t d - 昼夜小时数，24 h；
n - 岸边集装箱装卸桥配备台数，按表5.8.4-2，取n =4台； p 1 - 岸边集装箱装卸桥台时效率（自然箱/h），按表5.8.4-3，p 1=25～ 30自然箱/h，取28自然箱/h； k 1 - 集装箱标准箱折算系数，取1.5；
k 2 - 岸边集装箱装卸桥同时作业率（%），按表5.8.4-3，取k 2=80%； k 3 - 装卸桥作业倒箱率（%），取4%。 因此，p =129.02 TEU/h；P t =602070.33 TEU；
泊位数N=0.498，取N=1。 2010年预测：N=0.997，取N=1。 5.5.2.3堆场、拆装箱库容量计算
根据《海港总平面设计规范》5.8.9.4，集装箱码头堆场所需容量及地面所需箱位数可按下式计算：
Ey =
Q h t dc K BK
T yK E y N l A s
Ns =
式中， E y - 集装箱堆场容量（TEU ）；
Q h - 集装箱码头年运量（TEU ），Qh =300000（TEU ）； t dc - 到港集装箱平均堆存期（d ），按表5.8.9-1， 进口箱 ：运量比例：35%，tdc =7～10(d)； 出口箱：运量比例：35%，tdc =3～5(d)； 中转箱 ：运量比例：15%，tdc =7(d)； 空 箱 ：运量比例：10%，tdc =10(d)； 冷藏箱 ：运量比例：2.5%，tdc =2～4(d)； 危险品箱：运量比例：2.5%，tdc =1～3(d)； K BK - 堆场集装箱不平衡系数，取KBk =1.2；
T yK - 集装箱堆场年工作天数（d ），取360 d； N s - 集装箱码头堆场所需地面箱位数（TEU ）；
Nl =4； N l - 堆场设备堆箱层数，采用表5.8.9-2中的数值，轮胎龙门吊，
A s - 堆场容量利用率（%），采用表5.8.9-2中的数值，取60%。 因此，进口箱：E y =2800 TEU ，N s =1166.67 TEU； 出口箱：E y =1400 TEU， N s =583.33 TEU； 中转箱：E y =1050 TEU， N s =437.5 TEU； 空 箱：E y =1000 TEU， N s =416.67 TEU； 冷藏箱：E y =75 TEU， N s =31.25 TEU； 危险品箱：E y =50 TEU， N s =20.83 TEU。
根据《海港总平面设计规范》5.8.9.5，集装箱码头拆装箱库所需容量可按下式计算：
E w
Q h K c q t K BW
T yK
t dc
式中， E w - 拆装箱库所需容量（t ）；
Q h - 集装箱码头年运量（TEU ），Q h =300000（TEU ）； K c - 拆装箱比例（%），不宜大于15%，取10%；
q t - 标准箱平均货物重量（t/TEU），5～10 t/TEU，取q t =8 t/TEU； K BW - 拆装箱库货物不平衡系数，取K BW =1.2； t dc - 货物在库平均堆存期（d ），取t dc =4d； T yK - 拆装箱库年工作天数（d ），取360 d。 因此，E w =3200t。
5.5.2.4装卸机械、装卸工人数的确定
主要生产人员有装卸工人和机械司机。
装卸工人数： N z =
n z n b n r (1-K ZL ) K ZZ
式中， n z - 装卸作业线数，nz =4； n b - 昼夜作业班数，nb =3；
n r - 每条作业线的配工人数，设装卸流程每个环节平均需两人，则 nr =8；
K ZL - 装卸工人轮休率，取2/7；
K ZZ - 装卸工人出勤率，90%～95%，取Kzz =90%。 因此，N Z =149.3人，取150人。
机械司机人数：港内生产机械主要有：牵引车、轮胎式龙门起重机、装卸桥，按三班制计。
牵引车司机数：按规范三班制牵引车需3.5人/台，一台装卸桥配三台牵引车，则需42人；
轮胎式龙门起重机司机数：轮胎式龙门起重机需7人/台，配备6台，则需42人；
装卸桥司机数：每台卸桥配七人，则需28人。
合计司机人数为126人，考虑出勤率增加10%，共需司机人数为139人。 由上可知，主要生产人数为289人。 管理人员按10%设置，人数为30人。
六 码头结构初步设计
6.1 建筑物种类规模和等级
本工程水工建筑物包括：码头平台一座、连接码头和陆域的引桥3座（与原码头引桥相连接）。码头平台长375m ，宽40m ，码头面顶标高7.4m ，码头前沿设计底标高为-13.2m ，码头前沿天然水深-11.0m 。引桥标准桥宽10m 。
所有水工建筑物的结构安全等级均为II 级，设计基准期为五十年。码头平台按停靠5 万吨级散货船设计。 6.2 设计条件
设计高水位4.8m(高潮累积频率10%的潮位) 设计低水位1.5m(低潮累积频率90%的潮位)
极端高水位7.95m （重现期为50 年的年极值高潮位） 极端低水位 -0.64m（重现期为50 年的年极值低潮位） 6.2.3 设计风速
按九级风计算，风速 V=22.0m/s，大于九级风时船舶应离开码头。 6.2.4 设计流速
最大流速按 2.0m/s 考虑。 6.2.6 工程地质
详见附表1“土层物理力学指标”。 6.2.7 地震荷载
根据国家地震局编制的《中国地震烈度区划图》（1990），港区基本设防烈度为6 度，基本地震动峰值加速度值为0.05g 。本项目水工结构按7度设防，设计地震动峰值加速度值为0.10g 。 6.3 设计荷载
6.3.1 永久荷载：结构物自重。 6.3.2 堆货荷载：
门机轨下和道路区的均布荷载为 20KPa，临时堆存区的均布荷载为45KPa 。 6.3.3 装卸机械荷载
以 25t 门机控制，轨距10.5m ，基距10.5m ，前轨距码头前沿的距离3.0m 。 每个支腿6 个轮，轮距0.75m+0.75m+1.00m+0.75m+0.75m，最大轮压250KN 。 6.3.4 流动机械荷载
30t 自卸汽车的满载运行，前轴重60KN ，后轴重2x120KN ，轴距为4.0m+1.4m，轮距为1.8m 。
40t 平板车满载运行， 前轴重163KN ， 后轴重2x163KN ， 轴距为4.2m+1.2m。 70t 汽车吊空载运行，全车共4 轴，前桥2 轴，轴距为1.55m ，最大轴重20KN ，后桥2 轴，轴距为1.35m ，最大轴重140KN 。70t 汽车吊在码头上工作时须打支腿作业，支腿搁置在纵横梁上。ZL50 单斗装载机满载作业，最大轴重150KN 。 6.3.5 船舶荷载
（1）计算原则
按《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）和《开敞式码头设计与施工技术 规程》（JTJ295-2000）中的有关规定执行。当风速≥13.8m/s（六级风）时码 头停止作业；当风速≥22.0m/s（九级风）时船舶必须离开码头。 （2）计算内容
船舶荷载计算内容如下：①由风和水流产生的系缆力；②由风和水流产生的挤靠力；③船舶靠岸时及系泊船舶在横浪作用下产生的撞击力。 6.3.5.3 系缆力
系缆力标准值N 及其垂直于码头前沿线的横向分力Nx ，平行于码头前沿线的纵向分力Ny 和垂直于码头面的竖向分力Nz 按下列公式计算： 计算公式：
N =
K n ⨯(
∑F
x
sin αcos β
+
∑F
y
cos αsin β
)
N x =N sin αcos β
N y =Ncos αcos β N z =N sin β
式中N ，Nx ，Ny ，Nz ——分别为系缆力标准值及其横向、纵向和竖向 分力（KN ）；
K ——系船柱受力分布不均匀系数，当实际受力的系船柱数目n=2 时，K 取1.2，n>2 时， K 取1.3，本工程计算采用1.3；
n ——计算船舶同时受力的系船柱数目，按规范表10.4.2，当船舶总长 L=200~250 时，受力系船柱数目n=6；
x y ΣF 、ΣF ——分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分 力总和及纵向分力总和（kN ）；
α ——系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角（°）取 α = 30ο；
β ——系船缆与水平面之间的夹角（°），取β =15o
6.3.5.4 挤靠力
船舶挤靠力考虑风和水流对计算船舶作用产生的横向分力。本工程橡胶 护舷间断布置，挤靠力标准值按下式计算：
F j ' =
K
j '
∑F
x
n
式中
j F —橡胶护舷间断布置时，作用于一组或一个橡胶护舷上的挤靠 力标准值（kN ）；
x ΣF 、——可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和 （kN ）；
j K —挤靠力不均匀系数，取1.3；
n —与船舶接触的橡胶护舷的组数或个数，根据本工程护舷布置情况， 取n = 5。
F j ' =
K
j '
∑F =593KN
x
n
6. 3.5.5 撞击力
（1）船舶靠岸时的有效撞击能量Eo
E 0=ρ/2⨯M ⨯V
2
式中 E0 ——船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ ）； π ——有效动能系数，取π =0.8；
M ——船舶质量(t)，按满载排水量计算，对于50000 吨级船舶
M =60735(t)。
V n——船舶靠岸法向速度（m/s），取n V =0.15m/s。 （2）在横浪作用下，系泊船舶有效撞击能量wo E
E w 0=αC m M g H (H /L )(L /B ) (d /D )
2
2. 5
tgh (
2πL
d )
式中 wo E ——横浪作用下系泊船舶有效撞击能量（kJ ）； α ——系数，采用橡胶护舷设施时，α 值可取0.004； m C ——船舶附加水体质量系数；
M ——船舶质量(t)，按与船舶计算装载度相应的排水量计算； g ——重力加速度（m/s2） H ——计算波高（m ），按船舶不离开码头的最大波高计；本设 计取H=1.5m 计算。 L ——波长（m ）；
d ——系靠船结构前沿水深（m ）； B ——船舶型宽（m ）；
D ——与船舶计算装载度相对应的平均吃水（m ）。
Ew=(K/n)*EWO
式中Ew ——分配在每个排架上的有效撞击能量（KJ ）
n ——船体横摇过程触碰的排架数目；对于50000 吨级船舶，取n=4。 K ——排架之间有效撞击能量分配的不均匀系数，取K=1.5。 表7-5 撞击力计算结果表
根据以上船舶靠岸情况和横浪作用情况的计算结果，50000t 级散货船撞击能量按546.6kJ 考虑，选用1250H 鼓型橡胶护舷（两鼓一板）标准反力型橡胶护舷，吸能764kJ ，反力936KN/榀。
6.4码头结构方案 6.4.1 结构选型
水工结构型式根据工艺布置、地质情况及风、浪、流等自然条件而定。 该工程位置处地质条件为：第三层土粉细砂土层较薄，下面为亚粘土夹层，而第6层土为粉细砂，该土层较厚，土层密实，承载力高，可作为水工结构的持力层因此该处地质适宜的结构为桩基础结构，参照南通地区的码头结构设计建设经验，为缩短工期、减少投资，码头结构采用桩基梁板式结构，对码头桩基采用φ1200mmPHC 预应力混凝土大管桩与φ1000mmPHC 预应力混凝土大管桩进行综合比较确定。引桥也采用PHC 管桩，结构形式为高桩梁板式结构。 6.4.2 码头结构型式
码头平台布置在天然水深满足船舶停泊水深要求的位置，码头与陆域采 用引桥连接。码头平台长375m ，宽40m ，码头面顶标高7.4m 。根据当地水文、地质条件及地区码头建设经验等，码头结构考虑两个比较方案。
6.5 结构计算内容及结果 6.5.1 结构计算荷载组合
作用于本工程码头的主要荷载有恒载（结构物自重）、堆货荷载、装卸机械荷载、流动机械荷载及船舶荷载等。
使用期持久状况下水工结构主要按承载能力极限状态和正常使用极限状态 两种状态设计，并对短暂状况的施工期和偶然状况的地震荷载按承载能力极限状 态进行了校核。
6.5.1.1 进行码头排架计算时，可能出现的荷载组合有： （1）持久组合
恒载+装卸机械荷载（非工作状态）+100％堆货荷载+系缆力（或撞击力或挤靠力）
恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+挤靠力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+挤靠力 （2）短暂组合 恒载+施工荷载 （3）偶然组合
恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%系缆力+地震荷载 恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%挤靠力+地震荷载
6.5.2 结构计算方法和内容
码头排架和引桥排架分别采用横向排架程序 HXPJ 及高桩墩台程序GZDT 进行计算。
排架内力计算主要包括横梁弯矩、剪力和桩力等。 6.5.3 主要结构计算结果
距”。
6.6 拟定码头结构方案一
码头平台长度375.0m ，宽40m ，采用标准高桩梁板结构，码头共分6个结构段，标准结构段长62.5m 。码头桩基采用φ1200mmPHC 管桩。排架间距为8.5m ，每榀排架布置8 根桩，5 根直桩和1 对5：1 叉桩及一根6：1 斜桩。上部结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混凝土接头将码头一个结构
段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形式，预制板厚400mm ，现浇板厚150mm ，码头面磨耗层厚50~100mm。码头前沿按双层系缆考虑，上层系船柱采用1500kN 铸钢系船柱，下层采用550kN 铸钢系船柱，码头上下层在每个平台分段两边设置楼梯连接，护舷采用1250H 两鼓一板鼓形橡胶护舷。
码头结构防腐措施为：除对混凝土结构提高混凝土强度等级，增加钢筋 保护层厚度外，还采用了在上部结构混凝土内掺添加剂，使之成为耐久性混 凝土，对预制梁侧面涂刷防腐涂料；PHC 桩水位变动区及水上区刷防腐涂料； 栏杆防腐采用不锈钢材质并进行热镀锌处理，外露铁件采用刷涂料定期维护。 6.6.1 面板尺寸拟定及验算 6.6.1.1基本尺寸 面板采用叠合板，厚为50 cm ，其中现浇层20 cm ，预制层30 cm ，净跨Ln=4.2m，板长Lb=4.6m。
6.6.1.2施工期面板尺寸验算 ⑴计算跨度
根据《高桩码头设计与施工规范》4.1.3，施工期面板按简支板计算，弯矩计算时，计算跨度L 0=min(L n +h , L n +e ) =4.4 m 。式中，h 为板的厚度（施工期）=30cm，e 为搁置长度=20 cm。 ⑵荷载
面板自重：q1=25kN/m 3 *0.5m=12.5kN/㎡; 人群荷载：q2=3 kN/㎡
总的均布荷载：q=q1+q2=15.5 kN/㎡ ⑶跨中弯矩
单位宽度跨中弯矩M = ⑷截面抗弯模量
W =
16bh
2
18
qL 0
2
=37.51kN.m
=0.015m 3
⑸抗裂验算
预制面板采用C30混凝土，f tk =2*e3kPa,γ=1.55，其中f tk 为混凝土轴心抗拉标准值；γ为塑性影响系数。
则K
=W γf tk M
f
=1.24〉0.7～0.8（圆钢）
所以满足施工期抗裂度验算要求。 6.6.1.3使用期面板尺寸验算 ⑴计算跨度
根据《高桩码头设计与施工规范》4.1.3，使用期面板按连续板计算。弯矩计算时，因为B 1（梁的上翼缘宽度）=0.8m〉0.1l （梁的中心距离）=0.5 m ，所以L 0=1.1L n =4.62 m。
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：板自重：q1=25kN/m 3 *0.5m=12.5kN/㎡； 混凝土垫层：q2=24 kN/m 3 *0.15m=3.6 kN/㎡； 所以q=q1+q2=16.1 kN/㎡ 单位宽度跨中弯矩M =
18qL 0
2
=42.961kN.m
可变荷载：包括堆货荷载、流动机械荷载和集装箱箱角荷载。由计算可知堆 货荷载引起的跨中弯矩最大，即M 可变
max
=80.04 kN.m。
荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变=98.99 kN.m ⑶截面抗弯模量
W =
16bh
2
=0.0417m 3
⑷抗裂验算
预制面板采用C30混凝土，f tk =2*e3kPa,γ=1.55 则K
=W γf tk M
f
=1.31〉0.7～0.8
所以满足使用期抗裂度验算要求。 6.6.3 纵梁尺寸拟定及验算 6.6.3.1边纵梁尺寸验算 ⑴基本尺寸及计算跨度
高度为1.8 m，其中预制高度为1.3 m 截面面积s=0.585㎡
为简化计算，不考虑牛腿部分，则
W =
16bh
2
=0.162m 3
计算跨度L 0=7 m 搁置长度e=20cm
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：面板自重：q1=25kN/m 3*1.25 m *0.5m=15.625kN/ m； 纵梁自重：q2=25kN/m 3*0.585㎡=14.625 kN/ m 所以q=q1+q2=30.25 kN/㎡
则M 永久=
1818
qL 02
=185.28 kN.m
可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*1.25m=37.5 kN/ m 则M 可变=
qL 02
=229.69 kN.m
荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变 =346.06 kN.m ⑶边纵梁高度验算
边纵梁采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55 则K
=W γf tk M
f
=1.45〉1.15
故边纵梁尺寸满足抗裂要求。 6.6.3.2中纵梁尺寸验算 ⑴基本尺寸
高度为1.8m ，其中预制高度为1.3 m，截面
面积s=0.81 ㎡, 计算跨度L 0=7 m,为简化计 算，不考虑牛腿部分, 则W =
16bh
2
=0.216m 3
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：面板自重：q1=25kN/m 3*（2.5+2.5）m *0.5m=62.5kN/ m；
纵梁自重：q2=25kN/m 3*0.81㎡=20.25 kN/ m 所以q=q1+q2=82.75 kN/㎡ 则M 永久=
1818qL 02
=506.84 kN.m
可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（2.5+2.5）m=150 kN/ m 则M 可变=
qL 02
=918.75 kN.m
荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变 =1149.97 kN.m ⑶中纵梁高度验算
中纵梁采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55，预应力
σ=5000kPa
则K f =
W (γf tk +σ)
M
=1.52〉1.15
故中纵梁尺寸满足抗裂要求。
6.6.3.3轨道梁尺寸验算 ⑴基本尺寸及计算跨度
高度为1.8 m，其中预制高度为1.3 m 截面面积s=1.17㎡
为简化计算，不考虑牛腿部分，则
W =
16bh
2
=0.324m 3, 计算跨度L 0=7 m
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：面板自重：q1=25kN/m 3*（1.25+2.5）m *0.5m=46.875kN/ m；
纵梁自重：q2=25kN/m 3*1.17㎡=29.25 kN/ m 所以q=q1+q2=76.125 kN/㎡ 则M 永久=
18qL 02
=466.27 kN.m
18
可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（1.25+2.5）m=112.5 kN/ m
则M 堆货=
qL 02
=689.06 kN.m
装卸桥荷载:考虑两种荷载布置情况:(各轮压为634.7 kN)
第一种情况:M 跨中=3427.38 kN; 第一种情况:M 跨中=3490.85 kN 荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变max =2909.87 kN.m ⑶轨道纵梁高度验算
轨道纵梁采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55，预应力σ=8000kPa 则K f =
W (γf tk +σ)
M
=1.24〉1.15
故轨道纵梁尺寸满足抗裂要求。 6.6.4 横梁尺寸拟定
下横梁高1.4 m,上横梁 高1.8 m. 截面面积s=3.08㎡; 截面抗弯模量W =
16bh
2
=0.711m 3;
由于横梁断面尺寸较大, 可满足一般承载要求, 故不再进行验算.
6.6.4 靠船构件 6.6.4.1基本尺寸
6.6.4.2自重
W
=97.82 kN,重力作用线距码头前沿的距离L ' =0.41 m.
6.6.4.3橡胶护舷
由撞击力计算可知，撞击长度取3 m(橡胶护舷设置到设计低水位附近), 则橡胶护舷单位长度有效撞击能量为169.4 kJ.查表选用DA-A800HR4低反力型55%，单位长度E 0=170 kJ ，反力R=640 kN ，则三米橡胶护舷E 0=510 kJ ，反力R=1920kN，满足要求。
6.6.5 基桩桩力估算及桩长的确定 6.6.5.1估算桩力的目的及简化方法
估算桩力的目的是估算最大桩力, 确定桩长; 估算各种不利情况的桩力, 判断各桩最大桩力是否均匀, 便于调整桩基布置.
简化方法是将横向排架简化为刚性支撑上的多跨简支梁, 用静力平衡条件估算各桩桩力。 6.6.5.2荷载计算 ⑴永久荷载
横梁自重: q=77 kN/ m;
面板及面层自重通过纵梁传至横向排架, 则各纵梁传递的荷载:
边纵梁:P 1=211.75 kN; 轨道纵梁:P 2=532.88 kN; 中纵梁:P 3=579.25 kN. 系船墩及护轮坎重量忽略不计;
靠船构件自重W =97.82 kN ,作用线距码头前沿0.41 m; ⑵可变荷载
①面板堆荷通过纵梁传至横向排架:
边纵梁: P 1=262.5 kN;轨道纵梁:P ; 2=787.5 kN;中纵梁:P 3=1050 kN. ②装卸桥荷载:所选用装卸桥轮距30 m, 基距17.5 m, 每支腿10个轮子, 轮压:海侧轨600 kN/轮, 陆侧轨600 kN/轮. 两台装卸桥最外侧间距2 m.
③船舶荷载
并将力的作用点移至横梁中和轴上。
查《高桩码头设计与施工规范》附录A, 九跨码头横向分力分配系数为0.345, 则
N x =372.807kN；N z =579.09kN;M
'
'
=741.89 kN.m.并将力的作用点移至横梁中和
轴上。
撞击力同样乘以横向分力分配系数0.345, 则R =662.4 kN ,M =1457.28 kN.m
6.6.6.3桩力计算汇总
根据《港口工程桩基规范》4.1，桩基宜选择中密或密实砂层、硬粘性土层、碎石类土或风化岩层等良好土层作为桩端持力层。根据地质资料，第六层通过计算可将该层确定为持力层。且要求桩端进入持力层深度不小于两倍桩径（粘性土和粉土）。
桩与桩的中心距为3～6倍桩径，且桩端进入良好持力层，可按单桩设计，单桩垂直极限承载力设计值为：
Q d =
1r R
(U
∑q
fi i
l +q R A )
式中， Q d - 单桩垂直极限承载力设计值（kN ）； r R - 单桩垂直承载力分项系数，取1.45； U - 桩身截面周长（m ）；
q fi - 单桩第i 层土的极限侧摩阻力标准值（kPa ），无当地经验值时，对预制混凝
土挤土桩可按表4.2.4-1采用； l i - 桩身穿过第i 层土的长度（m ）；
q R - 单桩极限桩端阻力标准值（kPa ），可按表4.2.4-2采用； A - 桩身截面面积（㎡）。
比较各桩桩力及入土深度，取代表性的桩基进行计算。 6.7 拟定码头结构方案二
码头平台尺度及结构分段同方案一。码头桩基采用φ1000mmPHC 管桩。 排架间距为8.5m ，每榀排架布置10 根桩，2 对5：1 叉桩，6 根直桩。上部 结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝 土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混 凝土接头将码头一个结构段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形 式，预制板厚400mm ，现浇板厚150mm ，码头面磨耗层厚50~100mm。 码头系靠船设施及结构防腐同方案一。 6.7.1 码头宽度
同方案一。
6.7.2 构件尺寸拟定及验算 6.7.2.1面板尺寸拟定及验算 ⑴基本尺寸
面板尺寸取与方案一相同，垫层厚拟为15cm ，面板厚为50 cm ，其中现浇层20 cm，预制层20 cm。
因为面板长宽比L x /L y =0.70〈2，所以面板按双向板设计，计算跨度
L 0=L x
=4.62m。
⑵荷载计算
永久作用：由方案一计算可知：q0=16.1kPa； 可变作用：堆货荷载q1=30 kPa
荷载组合可得q=q0+0.7q1=37.1 kPa ⑶跨中弯矩计算
查《水工钢筋混凝土结构》均匀荷载作用下矩形双向板的弯矩系数表，因为
L x /L y M
=0.70得M x ，M y 的系数分别0.0732，0.0410，则M x =57.97kN.m，
y
=32.47 kN.m
⑷截面抗弯模量
同方案一，W =0.0417m 3 ⑸抗裂验算
采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55
则K f =
Wf tk γM
=2.23〉0.7～0.8 故面
板截面尺寸满足抗裂度要求。 6.3.2.2纵梁尺寸拟定及验算
由于采用四边支承面板，纵梁承受面板荷载较小，故纵梁尺寸可满足承载要求，可不必验算。
6.3.2.3横梁尺寸拟定
横梁断面尺寸如图所示，
截面面积s=1.89㎡; （纵梁与横梁交接处，将横梁截面两边的牛腿截去以防相碰） 由于横梁断面尺寸较大, 可满足一般承载要求, 故不再进行验算。
6.8 结构方案比选
码头平台采用φ1200mmPHC 管桩加现浇横梁以及φ1000mmPHC 管桩加现浇横梁的两种结构方案。水工结构两个方案均采用预制混凝土桩，具有实施方便、造价省的特点，两个方案均是可行的。鉴于φ1200mmPHC 管桩相比φ1000mmPHC 管桩具有更强的抗锤击性能，而且水工结构方案一较方案二略经济，选用方案一的结构形式。
七、码头结构技术设计
7.1 面板技术设计 7.1.1 面板内力计算
7.1.1.1短暂状况（施工期） ⑴计算说明
设计中面板采用装配整体式叠合板。在施工 期间，由于现浇板未达到强度设计值，只考 虑预制板承载，预制面板简支在纵梁上。 ⑵基本尺寸
如图所示，取最大跨计算, 中-中跨度L=5m， 净跨Ln=4.2m；
计算跨度 L 0=min(Ln+h,ln+e)=440cm
（式中，h 为预制板的厚度，e 为搁置长度） ⑶荷载作用 ⒈永久荷载
板自重：q1=25kN/m 3 *0.5m=12.5kN/㎡；
M
跨中
=
18
qL 0
2
=30.25kN.m；V 支座=
12
qL n =26.25kN
2.可变荷载
① 施工荷载（人群荷载）：q=3kN/㎡;
M
跨中
=
18
qL 0
2
=7.26 kN.m; V 支座=
12
qL n =6.3kN
② 预制板吊运内力计算
预制板的分块宽度，在施工条件允许且不因吊运而增加配筋时，应尽量加大。b=3m(横向排架间距7m ，上横梁宽1m ，分为2块，则每块预制板宽为3m) 。预制板分块长度为4.6m ；
L y =4.0m。L x =2.4m， 计算跨度：预制板采用四点吊，吊点距离边缘为0.3m ，
吊运动荷载系数α=1.3，略去吊点至半边缘的自重，考虑预制板凹凸平均厚度为0.01m ，面板自重q =αγh =10.075kPa;
因为L x /L y =0.6，计算跨度取较大边L y =4.0m。由《建筑结构静力学计算手册》查得δxc =0.031，δyc =0.1203，δ 则M xc =δxc qL y
M
xo
xo
=0.0744，δyo =0.1337。
=δyc qL y
2
2
=5.00 kN.m ; M
yc
=19.39 kN.m ; 同理
=11.99kN.m ;M
yc
yo
=21.55 kN.m.(其中，M xc 为平行于l x 方向板中心点的弯
矩；M
为平行于l y 方向板中心点的弯矩；M xo 为平行于l
x 方向板自由边中点的
弯矩; M
yo
为平行于l y 方向板自由边中点的弯矩).
7.1.1.2持久状况（使用期） ⑴计算说明
使用期现浇面板达到设计值，与预制面板连成整体，垫层与现浇板一起浇筑，为连续结构。按经验系数法求面板内力。 ⑵基本尺寸
中-中跨度L=5m，净跨Ln=4.2m；连续板：因为B1（梁的上翼缘宽度）=0.8m>0.1l =0.5m(l 为梁的中心距离），则L 0=4.62 m。 ⑶荷载作用
⒈永久荷载：同短暂状况（施工期） ⒉可变荷载：
① 堆货荷载：简支弯矩：M 0=80.04kN.m，由板厚与肋高之比查得弯矩系数：
m=0.65(跨中) ，m=-0.60（支座），则连续板跨中弯矩
M
d
=mM 12
=52.03kN.m;连续板支座弯矩M d 支=mM 0=-48.02kN.m;剪力
V d =
ql n =63kN.
② 流动机械荷载
由计算可知，由流动机械荷载产生的最大跨中弯矩弯矩为58.05kN.m, 最大剪力为39.00kN. 与梁整体连接的单向板，按《高桩码头设计与施工规
范》4.1.8，连续板跨中弯矩M d =mM 0=37.73kN.m,连续板支座弯矩
M
d 支
=mM
=-34.83kN.m;
③ 集装箱箱角荷载
分析两种不利的集装箱箱角荷载布置型式，得出集装箱箱角荷载因不同
的布置方式出现的最大跨中弯矩M 跨中=71.18kN.m,出现的最大支座剪力
Q
=222.95kN。与梁整体连接的单向板，按《高桩码头设计与施工规范》
4.1.8，连续板跨中弯矩M d =mM
M
d 支
=46.27kN.m,连续板支座弯矩
=mM
=-42.71kN.m。
以上三种可变作用效应不可组合，取较大值进行配筋计算。 7.1.2 面板配筋计算 7.1.2.1一般说明
预制板砼强度等级C30，砼轴心抗压强度设计值f c =15kPa,现浇板及面层砼强度等级C25，f c =12.5kPa；Ⅰ级钢筋抗拉强度设计值f y =210MPa；Ⅱ级钢筋抗
拉强度设计值f y =310MPa；该码头为一般港口，主要建筑物安全级别Ⅱ级，结构重要性系数r 0=1.0；根据《港口工程混凝土设计规范》表7.1.2，海水港浪溅区板的受力钢筋混凝土保护层最小厚度50mm ；荷载分项系数由《高桩码头设计与施工规范》3.2.9查得如内力计算表所示；Ⅱ级钢筋相对界限受压区高度
ξb =0.544；板的纵向钢筋最小配筋率ρmin =0.15%。
9.1.2.2面板内力计算表
M
d
=γ0(γG M
G
) =36.30kN.m
预制板采用钢筋混凝土结构，砼C30, f c =15kPa，热轧二级钢筋f y =310MPa，保护层厚度C=50mm，估计纵向受力钢筋直径为16mm, 则
a =c +
d 2
=58mm;h 0=h -a =242mm;αs =
ξf c bh 0
f y
γd M
bh 0f c
2
=0.0413;ξ=1--2αs =0.0
422bh 0ρmin =363mm 2
7.1.2.4持久状况配筋计算 ⑴跨中强度配筋
M
d
=γ0(γG M
d 2
G
) =72.84kN.m，则
a =c +
=58mm;h 0=h -a =442mm;αs =
ξf c bh 0
f y
γd M
bh 0f c
2
=0.0249;ξ=1--2αs =0.0
252
A s 2=
=538.95mm 2
预制板配筋综合考虑短暂状况与持久状况，则A s =A s 1+A s 2=1157.15mm 2，查表选配二级钢筋Φ16@140mm，实配钢筋面积A s =1436mm 2（考虑裂缝开展宽度的要求）。单位预制板宽三米，实际所配钢筋根数为22根。
为了使面板受力更加均匀，也为了施工中固定钢筋方便，面板要配横向分布钢筋，面板以承受均布荷载为主，按《高桩码头设计与施工规范》4.1.12.1，均布荷载作用时，横向分布钢筋不得小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，则横向分布钢筋截面面积为A s =A s ⨯15%=173.57mm 2，采用φ6@150mm，实配钢筋面积A s =188mm 2。 ⑵支座强度配筋
自重+堆荷作用效应组合
M
d
'
=γ0(γG M
G
+γQ M
Q
)
=-67.23kN.m
现浇面板采用钢筋混凝土结构，砼C25, f c =12.5kPa，热轧二级钢筋
f y
=310MPa，保护层厚度C=50mm，估计纵向受力钢筋直径为16mm, 则
a =c +
d 2
=58mm;h 0=h -a =442mm;αs =
ξf c bh 0
f y
γd M
bh 0f c
2
=0.0275;ξ=1--2αs =0.0
279
查表选配二级钢筋Φ16@300mm，实配钢筋面积A s =670mm 2，横向分布钢筋为A s =A s ⨯15%=99.45mm 2，采用φ6@280mm，实配钢筋面积A s =101mm 2。 7.1.2.5吊运配筋验算
吊运属于短暂状况，按照承载力极限状态短暂组合验算。
⑴吊运作用下，沿板跨方向弯矩设计值取M =γQ M QK =γQ M 则
αs =
γd M
bh 0f c
2
'
0y
=32.33kN.m，
=0.0368;ξ=1--2αs =0.0375
ξf c bh 0
f y
=648.21
mm
2
⑵垂直于板跨方向配筋验算
吊运作用下，垂直于板跨方向弯矩设计值取
M =γQ M QK =γQ M
0x
=17.99kN.m，则
αs =
γd M
bh 0f c
2
=0.0205;ξ=1--2αs =0.0207
ξf c bh 0
f y
=357.81
mm
2
>173.57mm 2，所以预制板正弯矩横向分布钢筋由吊运荷载决定，取热轧一
级钢筋φ8@130mm，实配钢筋面积A s =387mm 2。 7.1.2.6吊环设计
按《港工混凝土结构设计规范》7.4.2规定采用
图9.2 吊环示意图
预制构件的吊环应采用Ⅰ级钢筋，预制板重量设计值F=103.5kN单个吊环钢筋截面面积A =
3F 2nf
y
=246.43mm 2，选配φ18 (实配A s =254.5mm 2) （式中，F
为构件的总重力；f y 为一级钢筋的抗拉强度设计值；n 为吊环数，当一个构件设有四个吊环时，按三个受力计算）。
9.1.3 裂缝开展宽度验算
根据《港口工程混凝土设计规范》4.5.6规定，按表3.3.2，海水港面板位于浪溅区，最大容许裂缝开展宽度为[W max ]=0.20mm。裂缝开展宽度验算公式采用
w max =α1α2α3
σsl E s
(
c +d 0. 3+1. 4ρte
) ，ρte =
A s A te
式中， w max - 最大裂缝开展宽度（mm ）;
α1 - 构件受力特征系数，面板为受弯构件，取α1=1.0；
α2 - 考虑钢筋表面形状的影响系数，码头采用变形钢筋，取α2=1.0； α3 - 考虑荷载长期效应组合或重复荷载影响的系数，α3取1.5；
C - 最外排纵向受拉钢筋的保护层厚度，C =50mm；
ρte - 纵向受拉钢筋的有效配筋率，当ρte
ρte >0.1时，
取=0.1；
A te - 有效受拉砼截面面积（mm 2）；取A s =2a s b ，a s 为受拉钢筋重心至受
拉区边缘的距离；
A s - 受拉区纵向钢筋截面面积（mm 2）；
σsl - 按荷载长期效应组合计算的钢筋砼构件纵向受拉钢筋的应力（MPa ）；
E s - 受拉区纵向钢筋弹性模量（MPa ），工程采用热轧二级钢筋，取=2.0e5MPa;
7.1.3.1使用期裂缝开展宽度验算 ⑴跨中裂缝开展宽度验算
叠合式构件的纵向受力钢筋的应力采用下：
(1-1. 5(1-
h o 1h o
) ) M 1GK
2
σsl =σsl 1+σsl 2；σsl 1=
0. 87A s h o 1
；σsl 2=
M
2GK
+ϕ2M
2QK
0. 87A s h o
式中，M 1GK - 第一个阶段自重荷载产生的跨中弯矩，本工程自重荷载为一次施加，取
M 1GK
=30.25kN.m;
M 2GK - 第二个阶段自重荷载产生的跨中弯矩，本工程自重荷载为一次施加，取
M 2GK =0；
M 2QK - 第二个阶段可变荷载产生的跨中弯矩，即堆货荷载作用下产生的
跨中弯矩，取M 2QK =52.03kN.m;
ϕ2 - 准永久系数，取ϕ2=0.6。 因
w max
此， σ
sl 1
=69.33MPa;σ
sl 2
=56.53MPa;σ
sl
=125.86MPa;
=0.196mm
⑵支座裂缝开展宽度验算
在使用期，面板为连续板，支座处承受负弯矩，截面上部受拉，但是考虑到实际上面板上部尚有150mm 厚磨耗层的保护，因此支座负弯矩裂缝开展宽度很小，可以不予验算。
7.1.3.2施工期裂缝开展宽度验算
施工期只有预制板承载，按一般受弯构件计算。采用短暂状况正常使用极限状态效应组合验算裂缝开展宽度。验算出σsl =
w max
M 0. 87A s h o 1
=124.07MPa,
=0.13mm
7.1.4 斜截面抗剪验算
根据《港口工程混凝土结构规范》5.2.1 7.1.4.1使用期斜截面抗剪验算
自重与可变作用效应设计值组合V =γ0(γG V GK +γQ V QK ) =343.63kN 截面尺寸验算：h w /b =0.442
V c
1
0. 25f c bh o 验算截面大小。验
γd
算出截面尺寸满足要求，并用V u =
γd
=
0. 07αh f c bh o
γd
>V 验算面板截面的砼强度
是否足够抗剪，验算出面板截面的砼强度足够抗剪，无需配置负筋。 7.1.4.2施工期斜截面抗剪验算
同使用其验算方法验算出面板截面的砼强度足够抗剪，无需配置腹筋. 7.2 横向排架技术设计 7.2.1 内力计算说明
横梁是由上横梁和下横梁两部分组成⊥型截面梁，上横梁和下横梁均在现场浇注完成。其中上横梁宽b2=1m,高1.8m, 下横梁宽b2=1.8m，高1.4m 。在施工时，首先浇注下横梁，待下横梁混凝土达到一定强度(约70% )之后，安装预制纵梁和板，然后浇注上横梁和板梁现场浇注部分。根据施工情况，在横梁计算中分别按短暂状况（即施工期, 计算断面为A 2）和持久状况（即使用期，计算断面为A=A1+A2）两个阶段进行计算。
由叉桩和直桩支承的横梁一般可假定桩两端为铰接。在垂直荷载(包括水平力对横梁中和轴产生的力矩) 作用下，横梁可按弹性支承连续梁计算，水平力由叉桩承受。
本设计在计算弹性支承连续梁时采用五弯矩方程法。 7.2.2 内力计算
7.2.2.1施工期内力计算
⑴荷载及基本系（各种荷载值与桩力计算一致，并将横向排架两端悬臂端产生的内力等效移到桩基交点处，解除连续梁支座处的弯矩约束，即得弹性支承连续梁德基本系）
⑵支座竖向压缩系数
根据桩的入土深度和土质情况，在缺乏试桩资料情况下，桩的刚性系数，C
可按规范计算（《高桩码头设计与施工规范》3.5.7）, C=(115～145) Qud （kN/m），本设计取C=520406.9 kN/m（1.2m 管桩）；520000 kN/m（1.0m 管桩）。
摩擦桩的压缩系数 按下式进行计算：K =下表：
L 0E p A p
+
1C
，各桩的压缩系数K 见
简化计算。
K
A
=
1
∑
cos αk
2
=2.0830×10-6 m/kN。
支承点G 取两叉桩轴线延长线的交点，K G =1.8551×10-6 m/kN。
⑶下横梁几何参数
横梁砼强度等级采用C30，在施工期，下横梁砼只达到设计强度的70%，所以砼弹性模量为E=2.25e4MPa，下横梁截面面积A=1.28㎡，街面惯性模量I=0.0682667m 4。
⑷五弯矩方程
梁的五弯矩方程式: δxMx+δA M A +δB M B +δC M C +δyMy+Δp=0
施工期采用的五弯矩方程计算出各支座处的弯矩，并采用PJJS 程序验算，两者计算结果相近。 7.2.2.2使用期内力计算
在使用期，上横梁砼达到设计强度，与夏横梁一起承载，受力断面为⊥型。 ⑴横梁断面几何参数
A=3.08㎡，I=1.818475m 4。
⑵荷载及受力简图
在使用期，横向排架承受所有的结构自重和使用荷载，各种荷载值与桩力计算一致。
⑶横向排架内力计算
使用期的横向排架内力采用PJJS 程序计算。 7.2.3 横梁配筋计算
7.2.3.1短暂状况配筋计算 ⑴计算说明
①混凝土强度等级取C30，f c =15MPa，由于施工期混凝土抗压强度未达到设计值，取其70%，即f c =10.5MPa； ②混凝土保护层厚度C 取65mm ； ③正截面承载能力配筋，计算公式αs =
M f c bh
20
；ξ=1－-2αs ；As=
ξf c bh 0
f y
；
④钢筋为Ⅱ级钢筋，f y =310MPa ；
⑤最小配筋率按规定取为πmin =0.15% ，ξb =0.544 ⑵正弯矩配筋
预估配筋d=20mm,则a=c+d/2=75mm,则有效高度h0=h－a=725mm；
其他截面施工期正弯矩为零，故与使用期一起考虑配筋。 ⑶负弯矩配筋
不考虑永久荷载产生的效应。 ⑴使用期正弯矩配筋
截面按b 2⨯(h 1+h 2)计算,b 2=1m，保护层厚度: C=65mm预估钢筋d=20mm, a=C
下
+d/2=75mm,则有效高度 h0=h－a=2525mm。
表10.4 使用期正弯矩配筋表
①保护层厚度：考虑横梁上部与面板整体现浇部分，C a=2440mm；
②计算翼缘高度：h f =800mm,b f =1540mm; ③鉴别T 型梁情况：
f c h f b f (h 0-h f /2)
'
'
'
上
=150mm, 则h 0=h－
' '
γd
=52483.2kN.m>M
max
=3758.16kN.m,
任何一个弯矩均小于上值，所以该T 型梁属于第一种情况。截面按b2(h1+h2)计算，b2=1.54m（但验算ρ>ρmin 时，仍用公式ρ=A s /bh 0，其中b=1m（梁肋宽），因为T 型截面梁的受压区对控制裂缝宽度的作用不大）； ④最小配筋率π率配筋。
min
=0.15%，M min =2723.77 kN.m，当M
7.2.4 裂缝开展宽度验算
根据《港口工程混凝土设计规范》4.5.6规定，按表3.3.2，下横梁位于水位变动区，最大容许裂缝开展宽度为[W max ]=0.25mm。
7.2.4.1施工期裂缝开展宽度验算
施工期只有下横梁承载，受力断面为矩形；采用短暂状况正常使用极限状态效应组合进行验算。根据施工期负弯矩表，支座A 和支座G 弯矩较大，需进行裂缝开展宽度验算，其他截面均按最小配筋率配筋，只需验算其中弯矩最大的截面跨中0-1。经验算，施工期裂缝开展宽度均满足。 7.2.4.2使用期裂缝开展宽度验算
使用期按叠合式受弯构件验算裂缝开展宽度。 ⑴正弯矩裂缝开展宽度验算
综合考虑自重和使用荷载共同作用下产生的各截面正弯矩。确定危险截面为跨中1-2，并经验算裂缝开展宽度满足要求。 ⑵负弯矩裂缝开展宽度验算
考虑到横梁上部尚有150mm 磨耗层的保护，负弯矩裂缝开展宽度很小，可以不予计算。
7.2.5 斜截面承载力计算
根据《港口工程混凝土设计规范》5.2，取支座边缘削峰后的剪力设计值验算。按照与面板相同的斜截面承载力验算方法验算横梁施工期和使用期的截面尺寸均满足要求，且截面的砼强度已足够抗剪，只需按构造要求配置箍筋即可。
根据《港口工程混凝土设计规范》8.2.7，可沿横梁通长配置双肢箍筋
φ10@350mm；同时横梁高度较大，为防止由于温度变形及砼收缩等原因在梁中部
产生竖向裂缝，在横梁的两侧沿通长设置腰筋φ12@350mm；腰筋之间用拉筋连接，拉筋采用一级钢筋φ8@600mm。
结束语
设计基本内容包括：资料分析、码头的平面布置、码头装卸工艺、码头结构的初步设计。
作为函授本科阶段基础知识、专业知识的一次综合审查，它涵盖了各基础课程、专业基础课程及专业课程的知识点，并力求各知识点的融会贯通。这为我的设计注入了新鲜的血液。设计过程的第二个收获便是接触并运用了码头横向排架计算系统，在扎实的掌握理论知识及原理的基础上，能够熟练地运用专业软件也是必不可少的。
由于时间短暂、知识有限种种原因，设计过程难免出现纰漏及不足，但是有了明确的框架，以后的研究方向将更明确。同时设计过程得到了指导老师的指导，受益颇多，由衷地表示感谢。
参考文献
[1] 海港水文规范, 人民交通出版社,1998年8月,JTL213-98. [2] 海港工程荷载规范, 人民交通出版社,8月.
[3] 高桩码头设计与施工规范, 人民交通出版社,1998年8月,JTL291-98. [4] 港口工程混凝土结构设计规范,JTL267-98, 人民交通出版社 [5] 海港工程地基规范,JTL250-98. [6] 海港工程制图标准. [7] 钢筋混凝土高桩码头计算例题 [8] 水工钢筋混凝土结构学,ISBN 7-80124-140-1 [9] 结构力学
[10]土力学,ISBN 7-5630-0871-3.
[11]港口结构工程结构设计算例, 人民交通出版社,15114.0225,1999年4月. [12]港口航道与海岸工程专业毕业设计指南, 中国水利水电出版社,2000年1月,ISBN 7-5084-0217-0.
[13]港口规划与布置，人民交通出版社，ISBN 7-114-03398-2. [14]港口水工建筑物，人民交通出版社，ISBN 7-114-03688-4.
一、设计基本条件和依据
1.1 工程概况
南通港某港区是件杂货和客运站作业区，原有几座码头均为60年代修建的千吨级泊位。其3#码头为固定式码头，其余均为浮码头；位于上游的2#和3#码头为货运码头，下游的4#和5#码头为客运码头。随着南通地区经济的迅速发展，该港内的外贸货运量急剧增长。根据总体规划，本港区除保留客运码头外，要求充分发挥该区深水岸线的作用，为此将2#和3#码头位置改造成为一个万吨级深水泊位，规划年吞吐量35万吨。 1.2 设计依据
《南通港码头改造工程设计任务书》
《港口工程荷载规范》 JTJ251—98 《高桩码头设计与施工规范》 JTJ291—98 《港口工程地基规范》 JTJ250—98
《港口工程桩基规范》 JTJ254—98 《港口工程混凝土设计规范》 JTJ267—98 1.3 设计任务
现对该港区平面布置、装卸工艺和水工结构进行初步设计。
二、营运资料
2.1 货运任务
改造后的万吨级泊位，规划年吞吐量为35万吨。近期进口货种主要为钢材、设备等，出口为水泥、化肥和轻工产品等，其中部分货物采用集装箱运输。远期拟发展为全部集装箱运输。 2.2 船舶资料
根据世界集装箱船队现状及发展趋势分析，结合本项目的实际，本工程远洋航线设计代表船型应为10万吨级集装箱船（6001~8200TEU），远期兼顾到15万吨级（12500TEU ）集装箱船。本项目设计船型尺度根据交通部2006年第47号“关于发布《海港总平面设计规范》（JTJ211-99）中‘集装箱船设计船型尺度’修订内容的公告”进行选取，详见下表。
表2.2 设计代表船型表 单位：m
三、港口自然条件
3.1 水文条件
3.1.1 设计水位（依据南通港潮位频率累计曲线图2）
设计高水位（高潮10%）：4.8m 设计低水位（低潮90%）：1.5m 极端高水位（50年一遇）：6m 极端低水位（50年一遇）：0.7m
3.2 地形、地质条件
根据钻孔报告，本工程地质主要土层如下： ①淤泥质亚粘土：-9.3~2.59m。 ②粉砂：-18.8~-2m。 ③亚粘土：-19.8~-14m。 ④粉细砂：-34.2~-18m。 ⑤亚粘土：-37.6~-26.6m。 ⑥粉细砂：-40.75~-28.8m。 3.3 气象条件 3.3.1 雨
年最大降雨量1518毫米，年最小降雨量361毫米，年平均降雨量965毫米，10毫米/小时以上的中雨和大雨天数，年平均15天。 3.3.2 雾
能见度大于1000米的雾日，年平均8天。一般都是晨雾，主要出现在12、1、2月。
四、材料供应及施工条件
周边城区建设颇具规模，港口运营多年，本工程外部条件优良。先期建设的进港道路条件已十分完善，交通非常便捷。南通市境内已经基本形成“三横两纵”的公路网主骨架，东西向公路有宁启高速公路、苏336（通启线）、苏335（通吕线），南北向公路有苏221、苏222 省道。
水运方面：南通区域内河道纵横交错，水运便捷以纵贯南北的通扬线航道、 焦港河、丁堡河、江海河、通栟线、江石线、汇吕河为经，以横穿东西的老通扬 河、栟茶河、如泰运河、通吕运河、通启运河等主要等级航道，形成四通八达的 内河航道网络。
供水、供电、通信方面：本工程已达到“四通一平”要求，项目施工所需的水、电、通信等基础设施条件无需另行设置。
材料供应方面：本工程位于长江下游的南通市，工程建设所需砂石料、钢材等建筑材料供应系统发达，可在当地就近采购，也可水运至施工现场，较为便利。钢材、水泥等建筑材料货源丰富、供应充足。
施工力量方面：本工程为常规的高桩梁板式结构，工程所在的长江中下游地区聚集多家技术力量雄厚、具有大中型港口施工经验的大型专业施工队伍，可根据本项目特点，经过招标、投标来选择合适的施工队伍。
五、总平面布置 5.1 总平面布置原则
根据水文、地质、地形、货种、装卸工艺及施工条件等因素综合分析, 宜采用高桩码头结构型式。为避免建港以后的冲淤失衡, 尽量少占用航道, 尽量顺从水流方向, 选用顺岸式。
货物堆场布置在江堤外面陆域区域。
（1）总平面布置与港区的自然条件相适应；
（2）总平面布置满足码头的泊稳条件和作业要求；
（3）码头尺度、港池水域及航道布置保证船舶的航行和靠、离泊作业安全，同时满足装卸作业要求；
（4）充分利用现有的设施和依托条件，节省建设投资。 （5）符合国家环保、安全、消防、卫生等有关规定。 5.2 码头设计尺度 5.2.1 码头泊位长度
码头泊位长度应满足船舶安全靠离作业和系缆的要求。对开敞式码头，其泊位长度可根据《海港总平面设计规范》4.3.10按下式估算：
L b =(1. 4~1. 5) L 式中， L - 设计船长(m)；L =223m； 因此，取L b =375m。
码头泊位宽度
由于码头离岸较远，为提高装卸设备机械效率，缩短船舶待港时间，考虑在码头面上布置少量的临时堆货场地，由此计算的码头面宽度为： D=D1+D2+D3+D4+D5+D6=3.0+16+5.5+15+0.5=40m 式中：
D1—为码头装卸设备海侧轨道中心至码头前沿的距离，取3.0m 。 D2—为码头前沿装卸设备轨距，取16m 。
D3—为后轨中心与后侧临时堆场间的距离，考虑一个车道和门机轨下的 车道形成环路，取5.5m 。
D4—码头面预留临时堆货场地宽度，取15m 。
D5—临时堆场至码头平台后沿距离（含护轮坎宽度），取0.5m 。 5.2.2 码头面高程
根据《海港总平面设计规范》4.3.4, 开敞式码头应满足码头面不被波浪淹没的要求, 通常不考虑码头及连接桥上部结构直接承受波浪力的作用, 码头面高程可按下式确定:
E =HWL +η+h +∆ 式中, E - 码头面高程(m);
HWL - 设计高水位(m);取4.8m;
η - 设计高水位时重现期为50年的H 1%（波列累积频率为1%的波 高）静水面以上的波峰面高度（m ）；取0.65*H 1%
=0.65*2.1=1.37m；
h - 码头上部结构的高度（m ）；（允许上部结构部分承受波浪力，取 h =1m）；
∆ - 波峰面以上至上部结构底面的富裕高度（m ），取0.2m ；
因此，E =7.37m，取E =7.4m 5.2.3 码头前沿设计水深
根据《海港总平面设计规范》4.3.5，码头前沿设计水深是指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深，其深度可按下式确定：
D =T +Z 1+Z 2+Z 3+Z 4
Z 2=K ⨯H 4%-Z 1 式中， D - 码头前沿设计水深(m)；
T - 设计船型满载吃水(m)；T max=12.8m;
Z 1 - 龙骨下最小富裕深度(m)，按表4.3.5，海底底质属于含淤泥的砂， 含粘土的砂和松砂土，Z 1=0.3(m)； K - 系数，顺浪取0.3，横浪取0.5；
H 4% - 码头前允许停泊的波高(m)，波列累积频率为4%的波高， H 4%=1.7m（设计高水位）； Z 2 - 波浪富裕深度(m)；Z 2=0.55m;
Z 3 - 船舶因配载不均匀而增加的船尾吃水值(m)，取Z 3=0；
Z 4 - 备淤富裕深度(m)，根据回淤强度、维护挖泥间隔期及挖泥设备的 性能确定，不小于0.4m 。取Z 4=1m；
因此，D =14.65m，设计低水位：1.5m ，所以码头前沿设计底标高为-13.15 m，取-13.2 m 。
5.2.4码头前沿停泊水域宽度
按 2 倍设计船型船宽计算，取值为65m 。 5.2.5回转水域尺度
回旋水域的设计底标高与航道取为一致。船舶回转水域在码头前方，呈椭圆形布置，长轴按3 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为498m ，短轴按2 倍20000DWT 杂货船船长考虑，为332m 。 5.3 码头前沿线的布置
码头前沿停泊区可利用该天然深槽以减少港池和航道的疏浚量。兼顾考虑连接码头和
后方陆域的栈桥不宜过长，因此码头平台前沿位置可选择在能保证2万吨级船舶停靠水深条件的等深线近岸侧位置即可。码头前沿沿-13m 等深线近岸侧布置。前沿线与原3#码头基本平行。 5.4 平面布置
5.4.1 码头作业地带
前方桩台宽40m ，装卸桥轨距16m ，前轨距码头前沿3m 。 5.4.2 引桥布置
在保证完成预测吞吐量和货种的前提下，参考《公路工程技术标准》（JTG B01-2003），引桥单向所需车道数计算如下： N =（AADT *K*D）C D 式中：
N —单向车道数
AADT —预测年的年平均日交通量； D C —每车道设计通行能力； D —方向分布系数；
K —设计小时交通量系数；
根据码头吞吐量预测结果推算的预测年平均日交通量及码头栈桥车流特点计算得：
N=0.49
根据以上计算，车行道采用双车道完全可以满足货物水平运输的需求。
考虑本工程水平运输车辆主要以自卸车、平板车等重车为主，车体较宽，车行道全宽为10m ，桥面净宽9m 。这种桥面布置能够满足运输货物双向通行的需要，利用原3#码头的两个引桥，引桥及陆域之间构成环路，起到完善港区的交通组织，提高通行能力和服务水平的目的。为扩展码头的使用功能，提高引桥的通过能力，未来有大宗散货运输需求时，可将原2#码头引桥改造为为皮带机运输通道。散货卸船采用带斗门机，水平运输采用皮带机，引桥上设置皮带机廊道。 5.4.3 港内道路
根据《海港总平面设计规范》6.3.3确定港内道路参数。
道路宽度：主干道、次干道：15 m，支道：5 m；交叉路口内缘最小转弯半径：载重40～60t 平板挂车：18 m；道路边缘至货堆边缘的最小净距：1.5 m；道路纵坡考虑排水要求取0.5%～1%。 5.5 辅助生产和辅助生活建筑物
设综合办公楼、加油站、地磅房、小型流动机械库、装卸及成组工具库、车辆机械维修保养间、材料供应站等建筑设施，具体位置及面积见码头总平面布置图。
5.5 装卸工艺
5.5.1 装卸工艺和机械选型
矿建材料的作业模式：码头前沿装卸船作业采用门座起重机，水平运输采用自卸汽车，堆场辅助归垛和装车外运作业采用单斗装载机
钢铁、水泥、木材、粮食和其它货种等件杂货的作业模式：码头装卸船采用门座起重机与船吊配合作业，水平运输采用牵引平板车和载货汽车，堆场装卸车作业采用轮胎式起重机或叉车，仓库装卸作业为叉车。
集装箱的作业模式：码头装卸船采用门座式桥吊，水平运输采用牵引平板车，堆场装卸采用轮胎式起重机或叉车。
装卸工艺流程： 矿建材料
①船→门座起重机→接料漏斗（或单斗装载机取落地物料）→自卸汽车→堆场 ②堆场→单斗装载机→货主车辆 钢铁、水泥、其它件杂货种
①船门座起重机平板车（或货车）轮胎式起重机或叉车堆场 ②船门座起重机平板车（或货车）叉车仓库 ③堆场轮胎式起重机或叉车货主车辆 ④仓库叉车货主车辆 集装箱
①船门座桥吊起重机平板车轮胎式起重机或叉车堆场
5.5.2 港口主要建设规模的确定 5.5.2.1泊位数目
根据《海港总平面设计规范》5.8.1, 泊位数应根据码头年作业量、泊位性质和船型等综合因素按下式估算：
N =式中， N - 泊位数；
Q - 码头年作业量（t ），指通过码头装卸的货物数量，包括船舶外挡 作业的货物数量，根据设计吞吐量和操作过程确定； P t - 一个泊位的年通过能力。
5.5.2.2泊位通过能力
根据《海港总平面设计规范》5.8.4，集装箱码头年泊位通过能力可按下式计算：
P t =
T y A ρQ pt g
+t f t d
Q
Q P t
p =np 1k 1k 2(1-k 3)
式中， P t - 集装箱码头泊位年通过能力（TEU ），两个以上的集装箱泊位连续 布置，且装卸桥同轨时可适当加大；
T y - 泊位年营运天数；根据前面资料分析，取Ty =330天； A ρ - 泊位有效利用率（%），取65%； p - 设计船时效率（TEU/h）；
Q - 集装箱船单船装卸箱量（TEU ），取5000 TEU； t g - 昼夜装卸作业时间（h ），取24h ；
t f - 船舶的装卸辅助作业及船舶靠离泊时间之和（h ），取4 h； t d - 昼夜小时数，24 h；
n - 岸边集装箱装卸桥配备台数，按表5.8.4-2，取n =4台； p 1 - 岸边集装箱装卸桥台时效率（自然箱/h），按表5.8.4-3，p 1=25～ 30自然箱/h，取28自然箱/h； k 1 - 集装箱标准箱折算系数，取1.5；
k 2 - 岸边集装箱装卸桥同时作业率（%），按表5.8.4-3，取k 2=80%； k 3 - 装卸桥作业倒箱率（%），取4%。 因此，p =129.02 TEU/h；P t =602070.33 TEU；
泊位数N=0.498，取N=1。 2010年预测：N=0.997，取N=1。 5.5.2.3堆场、拆装箱库容量计算
根据《海港总平面设计规范》5.8.9.4，集装箱码头堆场所需容量及地面所需箱位数可按下式计算：
Ey =
Q h t dc K BK
T yK E y N l A s
Ns =
式中， E y - 集装箱堆场容量（TEU ）；
Q h - 集装箱码头年运量（TEU ），Qh =300000（TEU ）； t dc - 到港集装箱平均堆存期（d ），按表5.8.9-1， 进口箱 ：运量比例：35%，tdc =7～10(d)； 出口箱：运量比例：35%，tdc =3～5(d)； 中转箱 ：运量比例：15%，tdc =7(d)； 空 箱 ：运量比例：10%，tdc =10(d)； 冷藏箱 ：运量比例：2.5%，tdc =2～4(d)； 危险品箱：运量比例：2.5%，tdc =1～3(d)； K BK - 堆场集装箱不平衡系数，取KBk =1.2；
T yK - 集装箱堆场年工作天数（d ），取360 d； N s - 集装箱码头堆场所需地面箱位数（TEU ）；
Nl =4； N l - 堆场设备堆箱层数，采用表5.8.9-2中的数值，轮胎龙门吊，
A s - 堆场容量利用率（%），采用表5.8.9-2中的数值，取60%。 因此，进口箱：E y =2800 TEU ，N s =1166.67 TEU； 出口箱：E y =1400 TEU， N s =583.33 TEU； 中转箱：E y =1050 TEU， N s =437.5 TEU； 空 箱：E y =1000 TEU， N s =416.67 TEU； 冷藏箱：E y =75 TEU， N s =31.25 TEU； 危险品箱：E y =50 TEU， N s =20.83 TEU。
根据《海港总平面设计规范》5.8.9.5，集装箱码头拆装箱库所需容量可按下式计算：
E w
Q h K c q t K BW
T yK
t dc
式中， E w - 拆装箱库所需容量（t ）；
Q h - 集装箱码头年运量（TEU ），Q h =300000（TEU ）； K c - 拆装箱比例（%），不宜大于15%，取10%；
q t - 标准箱平均货物重量（t/TEU），5～10 t/TEU，取q t =8 t/TEU； K BW - 拆装箱库货物不平衡系数，取K BW =1.2； t dc - 货物在库平均堆存期（d ），取t dc =4d； T yK - 拆装箱库年工作天数（d ），取360 d。 因此，E w =3200t。
5.5.2.4装卸机械、装卸工人数的确定
主要生产人员有装卸工人和机械司机。
装卸工人数： N z =
n z n b n r (1-K ZL ) K ZZ
式中， n z - 装卸作业线数，nz =4； n b - 昼夜作业班数，nb =3；
n r - 每条作业线的配工人数，设装卸流程每个环节平均需两人，则 nr =8；
K ZL - 装卸工人轮休率，取2/7；
K ZZ - 装卸工人出勤率，90%～95%，取Kzz =90%。 因此，N Z =149.3人，取150人。
机械司机人数：港内生产机械主要有：牵引车、轮胎式龙门起重机、装卸桥，按三班制计。
牵引车司机数：按规范三班制牵引车需3.5人/台，一台装卸桥配三台牵引车，则需42人；
轮胎式龙门起重机司机数：轮胎式龙门起重机需7人/台，配备6台，则需42人；
装卸桥司机数：每台卸桥配七人，则需28人。
合计司机人数为126人，考虑出勤率增加10%，共需司机人数为139人。 由上可知，主要生产人数为289人。 管理人员按10%设置，人数为30人。
六 码头结构初步设计
6.1 建筑物种类规模和等级
本工程水工建筑物包括：码头平台一座、连接码头和陆域的引桥3座（与原码头引桥相连接）。码头平台长375m ，宽40m ，码头面顶标高7.4m ，码头前沿设计底标高为-13.2m ，码头前沿天然水深-11.0m 。引桥标准桥宽10m 。
所有水工建筑物的结构安全等级均为II 级，设计基准期为五十年。码头平台按停靠5 万吨级散货船设计。 6.2 设计条件
设计高水位4.8m(高潮累积频率10%的潮位) 设计低水位1.5m(低潮累积频率90%的潮位)
极端高水位7.95m （重现期为50 年的年极值高潮位） 极端低水位 -0.64m（重现期为50 年的年极值低潮位） 6.2.3 设计风速
按九级风计算，风速 V=22.0m/s，大于九级风时船舶应离开码头。 6.2.4 设计流速
最大流速按 2.0m/s 考虑。 6.2.6 工程地质
详见附表1“土层物理力学指标”。 6.2.7 地震荷载
根据国家地震局编制的《中国地震烈度区划图》（1990），港区基本设防烈度为6 度，基本地震动峰值加速度值为0.05g 。本项目水工结构按7度设防，设计地震动峰值加速度值为0.10g 。 6.3 设计荷载
6.3.1 永久荷载：结构物自重。 6.3.2 堆货荷载：
门机轨下和道路区的均布荷载为 20KPa，临时堆存区的均布荷载为45KPa 。 6.3.3 装卸机械荷载
以 25t 门机控制，轨距10.5m ，基距10.5m ，前轨距码头前沿的距离3.0m 。 每个支腿6 个轮，轮距0.75m+0.75m+1.00m+0.75m+0.75m，最大轮压250KN 。 6.3.4 流动机械荷载
30t 自卸汽车的满载运行，前轴重60KN ，后轴重2x120KN ，轴距为4.0m+1.4m，轮距为1.8m 。
40t 平板车满载运行， 前轴重163KN ， 后轴重2x163KN ， 轴距为4.2m+1.2m。 70t 汽车吊空载运行，全车共4 轴，前桥2 轴，轴距为1.55m ，最大轴重20KN ，后桥2 轴，轴距为1.35m ，最大轴重140KN 。70t 汽车吊在码头上工作时须打支腿作业，支腿搁置在纵横梁上。ZL50 单斗装载机满载作业，最大轴重150KN 。 6.3.5 船舶荷载
（1）计算原则
按《港口工程荷载规范》（JTJ215-98）和《开敞式码头设计与施工技术 规程》（JTJ295-2000）中的有关规定执行。当风速≥13.8m/s（六级风）时码 头停止作业；当风速≥22.0m/s（九级风）时船舶必须离开码头。 （2）计算内容
船舶荷载计算内容如下：①由风和水流产生的系缆力；②由风和水流产生的挤靠力；③船舶靠岸时及系泊船舶在横浪作用下产生的撞击力。 6.3.5.3 系缆力
系缆力标准值N 及其垂直于码头前沿线的横向分力Nx ，平行于码头前沿线的纵向分力Ny 和垂直于码头面的竖向分力Nz 按下列公式计算： 计算公式：
N =
K n ⨯(
∑F
x
sin αcos β
+
∑F
y
cos αsin β
)
N x =N sin αcos β
N y =Ncos αcos β N z =N sin β
式中N ，Nx ，Ny ，Nz ——分别为系缆力标准值及其横向、纵向和竖向 分力（KN ）；
K ——系船柱受力分布不均匀系数，当实际受力的系船柱数目n=2 时，K 取1.2，n>2 时， K 取1.3，本工程计算采用1.3；
n ——计算船舶同时受力的系船柱数目，按规范表10.4.2，当船舶总长 L=200~250 时，受力系船柱数目n=6；
x y ΣF 、ΣF ——分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分 力总和及纵向分力总和（kN ）；
α ——系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角（°）取 α = 30ο；
β ——系船缆与水平面之间的夹角（°），取β =15o
6.3.5.4 挤靠力
船舶挤靠力考虑风和水流对计算船舶作用产生的横向分力。本工程橡胶 护舷间断布置，挤靠力标准值按下式计算：
F j ' =
K
j '
∑F
x
n
式中
j F —橡胶护舷间断布置时，作用于一组或一个橡胶护舷上的挤靠 力标准值（kN ）；
x ΣF 、——可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和 （kN ）；
j K —挤靠力不均匀系数，取1.3；
n —与船舶接触的橡胶护舷的组数或个数，根据本工程护舷布置情况， 取n = 5。
F j ' =
K
j '
∑F =593KN
x
n
6. 3.5.5 撞击力
（1）船舶靠岸时的有效撞击能量Eo
E 0=ρ/2⨯M ⨯V
2
式中 E0 ——船舶靠岸时的有效撞击能量（kJ ）； π ——有效动能系数，取π =0.8；
M ——船舶质量(t)，按满载排水量计算，对于50000 吨级船舶
M =60735(t)。
V n——船舶靠岸法向速度（m/s），取n V =0.15m/s。 （2）在横浪作用下，系泊船舶有效撞击能量wo E
E w 0=αC m M g H (H /L )(L /B ) (d /D )
2
2. 5
tgh (
2πL
d )
式中 wo E ——横浪作用下系泊船舶有效撞击能量（kJ ）； α ——系数，采用橡胶护舷设施时，α 值可取0.004； m C ——船舶附加水体质量系数；
M ——船舶质量(t)，按与船舶计算装载度相应的排水量计算； g ——重力加速度（m/s2） H ——计算波高（m ），按船舶不离开码头的最大波高计；本设 计取H=1.5m 计算。 L ——波长（m ）；
d ——系靠船结构前沿水深（m ）； B ——船舶型宽（m ）；
D ——与船舶计算装载度相对应的平均吃水（m ）。
Ew=(K/n)*EWO
式中Ew ——分配在每个排架上的有效撞击能量（KJ ）
n ——船体横摇过程触碰的排架数目；对于50000 吨级船舶，取n=4。 K ——排架之间有效撞击能量分配的不均匀系数，取K=1.5。 表7-5 撞击力计算结果表
根据以上船舶靠岸情况和横浪作用情况的计算结果，50000t 级散货船撞击能量按546.6kJ 考虑，选用1250H 鼓型橡胶护舷（两鼓一板）标准反力型橡胶护舷，吸能764kJ ，反力936KN/榀。
6.4码头结构方案 6.4.1 结构选型
水工结构型式根据工艺布置、地质情况及风、浪、流等自然条件而定。 该工程位置处地质条件为：第三层土粉细砂土层较薄，下面为亚粘土夹层，而第6层土为粉细砂，该土层较厚，土层密实，承载力高，可作为水工结构的持力层因此该处地质适宜的结构为桩基础结构，参照南通地区的码头结构设计建设经验，为缩短工期、减少投资，码头结构采用桩基梁板式结构，对码头桩基采用φ1200mmPHC 预应力混凝土大管桩与φ1000mmPHC 预应力混凝土大管桩进行综合比较确定。引桥也采用PHC 管桩，结构形式为高桩梁板式结构。 6.4.2 码头结构型式
码头平台布置在天然水深满足船舶停泊水深要求的位置，码头与陆域采 用引桥连接。码头平台长375m ，宽40m ，码头面顶标高7.4m 。根据当地水文、地质条件及地区码头建设经验等，码头结构考虑两个比较方案。
6.5 结构计算内容及结果 6.5.1 结构计算荷载组合
作用于本工程码头的主要荷载有恒载（结构物自重）、堆货荷载、装卸机械荷载、流动机械荷载及船舶荷载等。
使用期持久状况下水工结构主要按承载能力极限状态和正常使用极限状态 两种状态设计，并对短暂状况的施工期和偶然状况的地震荷载按承载能力极限状 态进行了校核。
6.5.1.1 进行码头排架计算时，可能出现的荷载组合有： （1）持久组合
恒载+装卸机械荷载（非工作状态）+100％堆货荷载+系缆力（或撞击力或挤靠力）
恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+局部堆货荷载+挤靠力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+系缆力 恒载+装卸机械荷载（工作状态）+流动机械荷载+挤靠力 （2）短暂组合 恒载+施工荷载 （3）偶然组合
恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%系缆力+地震荷载 恒载+装卸机械自重+70%堆货荷载+50%挤靠力+地震荷载
6.5.2 结构计算方法和内容
码头排架和引桥排架分别采用横向排架程序 HXPJ 及高桩墩台程序GZDT 进行计算。
排架内力计算主要包括横梁弯矩、剪力和桩力等。 6.5.3 主要结构计算结果
距”。
6.6 拟定码头结构方案一
码头平台长度375.0m ，宽40m ，采用标准高桩梁板结构，码头共分6个结构段，标准结构段长62.5m 。码头桩基采用φ1200mmPHC 管桩。排架间距为8.5m ，每榀排架布置8 根桩，5 根直桩和1 对5：1 叉桩及一根6：1 斜桩。上部结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混凝土接头将码头一个结构
段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形式，预制板厚400mm ，现浇板厚150mm ，码头面磨耗层厚50~100mm。码头前沿按双层系缆考虑，上层系船柱采用1500kN 铸钢系船柱，下层采用550kN 铸钢系船柱，码头上下层在每个平台分段两边设置楼梯连接，护舷采用1250H 两鼓一板鼓形橡胶护舷。
码头结构防腐措施为：除对混凝土结构提高混凝土强度等级，增加钢筋 保护层厚度外，还采用了在上部结构混凝土内掺添加剂，使之成为耐久性混 凝土，对预制梁侧面涂刷防腐涂料；PHC 桩水位变动区及水上区刷防腐涂料； 栏杆防腐采用不锈钢材质并进行热镀锌处理，外露铁件采用刷涂料定期维护。 6.6.1 面板尺寸拟定及验算 6.6.1.1基本尺寸 面板采用叠合板，厚为50 cm ，其中现浇层20 cm ，预制层30 cm ，净跨Ln=4.2m，板长Lb=4.6m。
6.6.1.2施工期面板尺寸验算 ⑴计算跨度
根据《高桩码头设计与施工规范》4.1.3，施工期面板按简支板计算，弯矩计算时，计算跨度L 0=min(L n +h , L n +e ) =4.4 m 。式中，h 为板的厚度（施工期）=30cm，e 为搁置长度=20 cm。 ⑵荷载
面板自重：q1=25kN/m 3 *0.5m=12.5kN/㎡; 人群荷载：q2=3 kN/㎡
总的均布荷载：q=q1+q2=15.5 kN/㎡ ⑶跨中弯矩
单位宽度跨中弯矩M = ⑷截面抗弯模量
W =
16bh
2
18
qL 0
2
=37.51kN.m
=0.015m 3
⑸抗裂验算
预制面板采用C30混凝土，f tk =2*e3kPa,γ=1.55，其中f tk 为混凝土轴心抗拉标准值；γ为塑性影响系数。
则K
=W γf tk M
f
=1.24〉0.7～0.8（圆钢）
所以满足施工期抗裂度验算要求。 6.6.1.3使用期面板尺寸验算 ⑴计算跨度
根据《高桩码头设计与施工规范》4.1.3，使用期面板按连续板计算。弯矩计算时，因为B 1（梁的上翼缘宽度）=0.8m〉0.1l （梁的中心距离）=0.5 m ，所以L 0=1.1L n =4.62 m。
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：板自重：q1=25kN/m 3 *0.5m=12.5kN/㎡； 混凝土垫层：q2=24 kN/m 3 *0.15m=3.6 kN/㎡； 所以q=q1+q2=16.1 kN/㎡ 单位宽度跨中弯矩M =
18qL 0
2
=42.961kN.m
可变荷载：包括堆货荷载、流动机械荷载和集装箱箱角荷载。由计算可知堆 货荷载引起的跨中弯矩最大，即M 可变
max
=80.04 kN.m。
荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变=98.99 kN.m ⑶截面抗弯模量
W =
16bh
2
=0.0417m 3
⑷抗裂验算
预制面板采用C30混凝土，f tk =2*e3kPa,γ=1.55 则K
=W γf tk M
f
=1.31〉0.7～0.8
所以满足使用期抗裂度验算要求。 6.6.3 纵梁尺寸拟定及验算 6.6.3.1边纵梁尺寸验算 ⑴基本尺寸及计算跨度
高度为1.8 m，其中预制高度为1.3 m 截面面积s=0.585㎡
为简化计算，不考虑牛腿部分，则
W =
16bh
2
=0.162m 3
计算跨度L 0=7 m 搁置长度e=20cm
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：面板自重：q1=25kN/m 3*1.25 m *0.5m=15.625kN/ m； 纵梁自重：q2=25kN/m 3*0.585㎡=14.625 kN/ m 所以q=q1+q2=30.25 kN/㎡
则M 永久=
1818
qL 02
=185.28 kN.m
可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*1.25m=37.5 kN/ m 则M 可变=
qL 02
=229.69 kN.m
荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变 =346.06 kN.m ⑶边纵梁高度验算
边纵梁采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55 则K
=W γf tk M
f
=1.45〉1.15
故边纵梁尺寸满足抗裂要求。 6.6.3.2中纵梁尺寸验算 ⑴基本尺寸
高度为1.8m ，其中预制高度为1.3 m，截面
面积s=0.81 ㎡, 计算跨度L 0=7 m,为简化计 算，不考虑牛腿部分, 则W =
16bh
2
=0.216m 3
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：面板自重：q1=25kN/m 3*（2.5+2.5）m *0.5m=62.5kN/ m；
纵梁自重：q2=25kN/m 3*0.81㎡=20.25 kN/ m 所以q=q1+q2=82.75 kN/㎡ 则M 永久=
1818qL 02
=506.84 kN.m
可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（2.5+2.5）m=150 kN/ m 则M 可变=
qL 02
=918.75 kN.m
荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变 =1149.97 kN.m ⑶中纵梁高度验算
中纵梁采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55，预应力
σ=5000kPa
则K f =
W (γf tk +σ)
M
=1.52〉1.15
故中纵梁尺寸满足抗裂要求。
6.6.3.3轨道梁尺寸验算 ⑴基本尺寸及计算跨度
高度为1.8 m，其中预制高度为1.3 m 截面面积s=1.17㎡
为简化计算，不考虑牛腿部分，则
W =
16bh
2
=0.324m 3, 计算跨度L 0=7 m
⑵荷载、跨中弯矩
永久荷载：面板自重：q1=25kN/m 3*（1.25+2.5）m *0.5m=46.875kN/ m；
纵梁自重：q2=25kN/m 3*1.17㎡=29.25 kN/ m 所以q=q1+q2=76.125 kN/㎡ 则M 永久=
18qL 02
=466.27 kN.m
18
可变荷载：堆货荷载：q=30kPa*（1.25+2.5）m=112.5 kN/ m
则M 堆货=
qL 02
=689.06 kN.m
装卸桥荷载:考虑两种荷载布置情况:(各轮压为634.7 kN)
第一种情况:M 跨中=3427.38 kN; 第一种情况:M 跨中=3490.85 kN 荷载组合：M =M 永久+0. 7M 可变max =2909.87 kN.m ⑶轨道纵梁高度验算
轨道纵梁采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55，预应力σ=8000kPa 则K f =
W (γf tk +σ)
M
=1.24〉1.15
故轨道纵梁尺寸满足抗裂要求。 6.6.4 横梁尺寸拟定
下横梁高1.4 m,上横梁 高1.8 m. 截面面积s=3.08㎡; 截面抗弯模量W =
16bh
2
=0.711m 3;
由于横梁断面尺寸较大, 可满足一般承载要求, 故不再进行验算.
6.6.4 靠船构件 6.6.4.1基本尺寸
6.6.4.2自重
W
=97.82 kN,重力作用线距码头前沿的距离L ' =0.41 m.
6.6.4.3橡胶护舷
由撞击力计算可知，撞击长度取3 m(橡胶护舷设置到设计低水位附近), 则橡胶护舷单位长度有效撞击能量为169.4 kJ.查表选用DA-A800HR4低反力型55%，单位长度E 0=170 kJ ，反力R=640 kN ，则三米橡胶护舷E 0=510 kJ ，反力R=1920kN，满足要求。
6.6.5 基桩桩力估算及桩长的确定 6.6.5.1估算桩力的目的及简化方法
估算桩力的目的是估算最大桩力, 确定桩长; 估算各种不利情况的桩力, 判断各桩最大桩力是否均匀, 便于调整桩基布置.
简化方法是将横向排架简化为刚性支撑上的多跨简支梁, 用静力平衡条件估算各桩桩力。 6.6.5.2荷载计算 ⑴永久荷载
横梁自重: q=77 kN/ m;
面板及面层自重通过纵梁传至横向排架, 则各纵梁传递的荷载:
边纵梁:P 1=211.75 kN; 轨道纵梁:P 2=532.88 kN; 中纵梁:P 3=579.25 kN. 系船墩及护轮坎重量忽略不计;
靠船构件自重W =97.82 kN ,作用线距码头前沿0.41 m; ⑵可变荷载
①面板堆荷通过纵梁传至横向排架:
边纵梁: P 1=262.5 kN;轨道纵梁:P ; 2=787.5 kN;中纵梁:P 3=1050 kN. ②装卸桥荷载:所选用装卸桥轮距30 m, 基距17.5 m, 每支腿10个轮子, 轮压:海侧轨600 kN/轮, 陆侧轨600 kN/轮. 两台装卸桥最外侧间距2 m.
③船舶荷载
并将力的作用点移至横梁中和轴上。
查《高桩码头设计与施工规范》附录A, 九跨码头横向分力分配系数为0.345, 则
N x =372.807kN；N z =579.09kN;M
'
'
=741.89 kN.m.并将力的作用点移至横梁中和
轴上。
撞击力同样乘以横向分力分配系数0.345, 则R =662.4 kN ,M =1457.28 kN.m
6.6.6.3桩力计算汇总
根据《港口工程桩基规范》4.1，桩基宜选择中密或密实砂层、硬粘性土层、碎石类土或风化岩层等良好土层作为桩端持力层。根据地质资料，第六层通过计算可将该层确定为持力层。且要求桩端进入持力层深度不小于两倍桩径（粘性土和粉土）。
桩与桩的中心距为3～6倍桩径，且桩端进入良好持力层，可按单桩设计，单桩垂直极限承载力设计值为：
Q d =
1r R
(U
∑q
fi i
l +q R A )
式中， Q d - 单桩垂直极限承载力设计值（kN ）； r R - 单桩垂直承载力分项系数，取1.45； U - 桩身截面周长（m ）；
q fi - 单桩第i 层土的极限侧摩阻力标准值（kPa ），无当地经验值时，对预制混凝
土挤土桩可按表4.2.4-1采用； l i - 桩身穿过第i 层土的长度（m ）；
q R - 单桩极限桩端阻力标准值（kPa ），可按表4.2.4-2采用； A - 桩身截面面积（㎡）。
比较各桩桩力及入土深度，取代表性的桩基进行计算。 6.7 拟定码头结构方案二
码头平台尺度及结构分段同方案一。码头桩基采用φ1000mmPHC 管桩。 排架间距为8.5m ，每榀排架布置10 根桩，2 对5：1 叉桩，6 根直桩。上部 结构采用C40 现浇混凝土横梁，横梁上安装预应力混凝土纵梁、预应力混凝 土轨道梁、后边梁和钢筋混凝土靠船构件，各构件安装好后采用现浇钢筋混 凝土接头将码头一个结构段连接成框架式整体结构。码头面板采用叠合板形 式，预制板厚400mm ，现浇板厚150mm ，码头面磨耗层厚50~100mm。 码头系靠船设施及结构防腐同方案一。 6.7.1 码头宽度
同方案一。
6.7.2 构件尺寸拟定及验算 6.7.2.1面板尺寸拟定及验算 ⑴基本尺寸
面板尺寸取与方案一相同，垫层厚拟为15cm ，面板厚为50 cm ，其中现浇层20 cm，预制层20 cm。
因为面板长宽比L x /L y =0.70〈2，所以面板按双向板设计，计算跨度
L 0=L x
=4.62m。
⑵荷载计算
永久作用：由方案一计算可知：q0=16.1kPa； 可变作用：堆货荷载q1=30 kPa
荷载组合可得q=q0+0.7q1=37.1 kPa ⑶跨中弯矩计算
查《水工钢筋混凝土结构》均匀荷载作用下矩形双向板的弯矩系数表，因为
L x /L y M
=0.70得M x ，M y 的系数分别0.0732，0.0410，则M x =57.97kN.m，
y
=32.47 kN.m
⑷截面抗弯模量
同方案一，W =0.0417m 3 ⑸抗裂验算
采用混凝土C30，f tk =2*e3kPa,γ=1.55
则K f =
Wf tk γM
=2.23〉0.7～0.8 故面
板截面尺寸满足抗裂度要求。 6.3.2.2纵梁尺寸拟定及验算
由于采用四边支承面板，纵梁承受面板荷载较小，故纵梁尺寸可满足承载要求，可不必验算。
6.3.2.3横梁尺寸拟定
横梁断面尺寸如图所示，
截面面积s=1.89㎡; （纵梁与横梁交接处，将横梁截面两边的牛腿截去以防相碰） 由于横梁断面尺寸较大, 可满足一般承载要求, 故不再进行验算。
6.8 结构方案比选
码头平台采用φ1200mmPHC 管桩加现浇横梁以及φ1000mmPHC 管桩加现浇横梁的两种结构方案。水工结构两个方案均采用预制混凝土桩，具有实施方便、造价省的特点，两个方案均是可行的。鉴于φ1200mmPHC 管桩相比φ1000mmPHC 管桩具有更强的抗锤击性能，而且水工结构方案一较方案二略经济，选用方案一的结构形式。
七、码头结构技术设计
7.1 面板技术设计 7.1.1 面板内力计算
7.1.1.1短暂状况（施工期） ⑴计算说明
设计中面板采用装配整体式叠合板。在施工 期间，由于现浇板未达到强度设计值，只考 虑预制板承载，预制面板简支在纵梁上。 ⑵基本尺寸
如图所示，取最大跨计算, 中-中跨度L=5m， 净跨Ln=4.2m；
计算跨度 L 0=min(Ln+h,ln+e)=440cm
（式中，h 为预制板的厚度，e 为搁置长度） ⑶荷载作用 ⒈永久荷载
板自重：q1=25kN/m 3 *0.5m=12.5kN/㎡；
M
跨中
=
18
qL 0
2
=30.25kN.m；V 支座=
12
qL n =26.25kN
2.可变荷载
① 施工荷载（人群荷载）：q=3kN/㎡;
M
跨中
=
18
qL 0
2
=7.26 kN.m; V 支座=
12
qL n =6.3kN
② 预制板吊运内力计算
预制板的分块宽度，在施工条件允许且不因吊运而增加配筋时，应尽量加大。b=3m(横向排架间距7m ，上横梁宽1m ，分为2块，则每块预制板宽为3m) 。预制板分块长度为4.6m ；
L y =4.0m。L x =2.4m， 计算跨度：预制板采用四点吊，吊点距离边缘为0.3m ，
吊运动荷载系数α=1.3，略去吊点至半边缘的自重，考虑预制板凹凸平均厚度为0.01m ，面板自重q =αγh =10.075kPa;
因为L x /L y =0.6，计算跨度取较大边L y =4.0m。由《建筑结构静力学计算手册》查得δxc =0.031，δyc =0.1203，δ 则M xc =δxc qL y
M
xo
xo
=0.0744，δyo =0.1337。
=δyc qL y
2
2
=5.00 kN.m ; M
yc
=19.39 kN.m ; 同理
=11.99kN.m ;M
yc
yo
=21.55 kN.m.(其中，M xc 为平行于l x 方向板中心点的弯
矩；M
为平行于l y 方向板中心点的弯矩；M xo 为平行于l
x 方向板自由边中点的
弯矩; M
yo
为平行于l y 方向板自由边中点的弯矩).
7.1.1.2持久状况（使用期） ⑴计算说明
使用期现浇面板达到设计值，与预制面板连成整体，垫层与现浇板一起浇筑，为连续结构。按经验系数法求面板内力。 ⑵基本尺寸
中-中跨度L=5m，净跨Ln=4.2m；连续板：因为B1（梁的上翼缘宽度）=0.8m>0.1l =0.5m(l 为梁的中心距离），则L 0=4.62 m。 ⑶荷载作用
⒈永久荷载：同短暂状况（施工期） ⒉可变荷载：
① 堆货荷载：简支弯矩：M 0=80.04kN.m，由板厚与肋高之比查得弯矩系数：
m=0.65(跨中) ，m=-0.60（支座），则连续板跨中弯矩
M
d
=mM 12
=52.03kN.m;连续板支座弯矩M d 支=mM 0=-48.02kN.m;剪力
V d =
ql n =63kN.
② 流动机械荷载
由计算可知，由流动机械荷载产生的最大跨中弯矩弯矩为58.05kN.m, 最大剪力为39.00kN. 与梁整体连接的单向板，按《高桩码头设计与施工规
范》4.1.8，连续板跨中弯矩M d =mM 0=37.73kN.m,连续板支座弯矩
M
d 支
=mM
=-34.83kN.m;
③ 集装箱箱角荷载
分析两种不利的集装箱箱角荷载布置型式，得出集装箱箱角荷载因不同
的布置方式出现的最大跨中弯矩M 跨中=71.18kN.m,出现的最大支座剪力
Q
=222.95kN。与梁整体连接的单向板，按《高桩码头设计与施工规范》
4.1.8，连续板跨中弯矩M d =mM
M
d 支
=46.27kN.m,连续板支座弯矩
=mM
=-42.71kN.m。
以上三种可变作用效应不可组合，取较大值进行配筋计算。 7.1.2 面板配筋计算 7.1.2.1一般说明
预制板砼强度等级C30，砼轴心抗压强度设计值f c =15kPa,现浇板及面层砼强度等级C25，f c =12.5kPa；Ⅰ级钢筋抗拉强度设计值f y =210MPa；Ⅱ级钢筋抗
拉强度设计值f y =310MPa；该码头为一般港口，主要建筑物安全级别Ⅱ级，结构重要性系数r 0=1.0；根据《港口工程混凝土设计规范》表7.1.2，海水港浪溅区板的受力钢筋混凝土保护层最小厚度50mm ；荷载分项系数由《高桩码头设计与施工规范》3.2.9查得如内力计算表所示；Ⅱ级钢筋相对界限受压区高度
ξb =0.544；板的纵向钢筋最小配筋率ρmin =0.15%。
9.1.2.2面板内力计算表
M
d
=γ0(γG M
G
) =36.30kN.m
预制板采用钢筋混凝土结构，砼C30, f c =15kPa，热轧二级钢筋f y =310MPa，保护层厚度C=50mm，估计纵向受力钢筋直径为16mm, 则
a =c +
d 2
=58mm;h 0=h -a =242mm;αs =
ξf c bh 0
f y
γd M
bh 0f c
2
=0.0413;ξ=1--2αs =0.0
422bh 0ρmin =363mm 2
7.1.2.4持久状况配筋计算 ⑴跨中强度配筋
M
d
=γ0(γG M
d 2
G
) =72.84kN.m，则
a =c +
=58mm;h 0=h -a =442mm;αs =
ξf c bh 0
f y
γd M
bh 0f c
2
=0.0249;ξ=1--2αs =0.0
252
A s 2=
=538.95mm 2
预制板配筋综合考虑短暂状况与持久状况，则A s =A s 1+A s 2=1157.15mm 2，查表选配二级钢筋Φ16@140mm，实配钢筋面积A s =1436mm 2（考虑裂缝开展宽度的要求）。单位预制板宽三米，实际所配钢筋根数为22根。
为了使面板受力更加均匀，也为了施工中固定钢筋方便，面板要配横向分布钢筋，面板以承受均布荷载为主，按《高桩码头设计与施工规范》4.1.12.1，均布荷载作用时，横向分布钢筋不得小于单位宽度上受力钢筋截面面积的15%，则横向分布钢筋截面面积为A s =A s ⨯15%=173.57mm 2，采用φ6@150mm，实配钢筋面积A s =188mm 2。 ⑵支座强度配筋
自重+堆荷作用效应组合
M
d
'
=γ0(γG M
G
+γQ M
Q
)
=-67.23kN.m
现浇面板采用钢筋混凝土结构，砼C25, f c =12.5kPa，热轧二级钢筋
f y
=310MPa，保护层厚度C=50mm，估计纵向受力钢筋直径为16mm, 则
a =c +
d 2
=58mm;h 0=h -a =442mm;αs =
ξf c bh 0
f y
γd M
bh 0f c
2
=0.0275;ξ=1--2αs =0.0
279
查表选配二级钢筋Φ16@300mm，实配钢筋面积A s =670mm 2，横向分布钢筋为A s =A s ⨯15%=99.45mm 2，采用φ6@280mm，实配钢筋面积A s =101mm 2。 7.1.2.5吊运配筋验算
吊运属于短暂状况，按照承载力极限状态短暂组合验算。
⑴吊运作用下，沿板跨方向弯矩设计值取M =γQ M QK =γQ M 则
αs =
γd M
bh 0f c
2
'
0y
=32.33kN.m，
=0.0368;ξ=1--2αs =0.0375
ξf c bh 0
f y
=648.21
mm
2
⑵垂直于板跨方向配筋验算
吊运作用下，垂直于板跨方向弯矩设计值取
M =γQ M QK =γQ M
0x
=17.99kN.m，则
αs =
γd M
bh 0f c
2
=0.0205;ξ=1--2αs =0.0207
ξf c bh 0
f y
=357.81
mm
2
>173.57mm 2，所以预制板正弯矩横向分布钢筋由吊运荷载决定，取热轧一
级钢筋φ8@130mm，实配钢筋面积A s =387mm 2。 7.1.2.6吊环设计
按《港工混凝土结构设计规范》7.4.2规定采用
图9.2 吊环示意图
预制构件的吊环应采用Ⅰ级钢筋，预制板重量设计值F=103.5kN单个吊环钢筋截面面积A =
3F 2nf
y
=246.43mm 2，选配φ18 (实配A s =254.5mm 2) （式中，F
为构件的总重力；f y 为一级钢筋的抗拉强度设计值；n 为吊环数，当一个构件设有四个吊环时，按三个受力计算）。
9.1.3 裂缝开展宽度验算
根据《港口工程混凝土设计规范》4.5.6规定，按表3.3.2，海水港面板位于浪溅区，最大容许裂缝开展宽度为[W max ]=0.20mm。裂缝开展宽度验算公式采用
w max =α1α2α3
σsl E s
(
c +d 0. 3+1. 4ρte
) ，ρte =
A s A te
式中， w max - 最大裂缝开展宽度（mm ）;
α1 - 构件受力特征系数，面板为受弯构件，取α1=1.0；
α2 - 考虑钢筋表面形状的影响系数，码头采用变形钢筋，取α2=1.0； α3 - 考虑荷载长期效应组合或重复荷载影响的系数，α3取1.5；
C - 最外排纵向受拉钢筋的保护层厚度，C =50mm；
ρte - 纵向受拉钢筋的有效配筋率，当ρte
ρte >0.1时，
取=0.1；
A te - 有效受拉砼截面面积（mm 2）；取A s =2a s b ，a s 为受拉钢筋重心至受
拉区边缘的距离；
A s - 受拉区纵向钢筋截面面积（mm 2）；
σsl - 按荷载长期效应组合计算的钢筋砼构件纵向受拉钢筋的应力（MPa ）；
E s - 受拉区纵向钢筋弹性模量（MPa ），工程采用热轧二级钢筋，取=2.0e5MPa;
7.1.3.1使用期裂缝开展宽度验算 ⑴跨中裂缝开展宽度验算
叠合式构件的纵向受力钢筋的应力采用下：
(1-1. 5(1-
h o 1h o
) ) M 1GK
2
σsl =σsl 1+σsl 2；σsl 1=
0. 87A s h o 1
；σsl 2=
M
2GK
+ϕ2M
2QK
0. 87A s h o
式中，M 1GK - 第一个阶段自重荷载产生的跨中弯矩，本工程自重荷载为一次施加，取
M 1GK
=30.25kN.m;
M 2GK - 第二个阶段自重荷载产生的跨中弯矩，本工程自重荷载为一次施加，取
M 2GK =0；
M 2QK - 第二个阶段可变荷载产生的跨中弯矩，即堆货荷载作用下产生的
跨中弯矩，取M 2QK =52.03kN.m;
ϕ2 - 准永久系数，取ϕ2=0.6。 因
w max
此， σ
sl 1
=69.33MPa;σ
sl 2
=56.53MPa;σ
sl
=125.86MPa;
=0.196mm
⑵支座裂缝开展宽度验算
在使用期，面板为连续板，支座处承受负弯矩，截面上部受拉，但是考虑到实际上面板上部尚有150mm 厚磨耗层的保护，因此支座负弯矩裂缝开展宽度很小，可以不予验算。
7.1.3.2施工期裂缝开展宽度验算
施工期只有预制板承载，按一般受弯构件计算。采用短暂状况正常使用极限状态效应组合验算裂缝开展宽度。验算出σsl =
w max
M 0. 87A s h o 1
=124.07MPa,
=0.13mm
7.1.4 斜截面抗剪验算
根据《港口工程混凝土结构规范》5.2.1 7.1.4.1使用期斜截面抗剪验算
自重与可变作用效应设计值组合V =γ0(γG V GK +γQ V QK ) =343.63kN 截面尺寸验算：h w /b =0.442
V c
1
0. 25f c bh o 验算截面大小。验
γd
算出截面尺寸满足要求，并用V u =
γd
=
0. 07αh f c bh o
γd
>V 验算面板截面的砼强度
是否足够抗剪，验算出面板截面的砼强度足够抗剪，无需配置负筋。 7.1.4.2施工期斜截面抗剪验算
同使用其验算方法验算出面板截面的砼强度足够抗剪，无需配置腹筋. 7.2 横向排架技术设计 7.2.1 内力计算说明
横梁是由上横梁和下横梁两部分组成⊥型截面梁，上横梁和下横梁均在现场浇注完成。其中上横梁宽b2=1m,高1.8m, 下横梁宽b2=1.8m，高1.4m 。在施工时，首先浇注下横梁，待下横梁混凝土达到一定强度(约70% )之后，安装预制纵梁和板，然后浇注上横梁和板梁现场浇注部分。根据施工情况，在横梁计算中分别按短暂状况（即施工期, 计算断面为A 2）和持久状况（即使用期，计算断面为A=A1+A2）两个阶段进行计算。
由叉桩和直桩支承的横梁一般可假定桩两端为铰接。在垂直荷载(包括水平力对横梁中和轴产生的力矩) 作用下，横梁可按弹性支承连续梁计算，水平力由叉桩承受。
本设计在计算弹性支承连续梁时采用五弯矩方程法。 7.2.2 内力计算
7.2.2.1施工期内力计算
⑴荷载及基本系（各种荷载值与桩力计算一致，并将横向排架两端悬臂端产生的内力等效移到桩基交点处，解除连续梁支座处的弯矩约束，即得弹性支承连续梁德基本系）
⑵支座竖向压缩系数
根据桩的入土深度和土质情况，在缺乏试桩资料情况下，桩的刚性系数，C
可按规范计算（《高桩码头设计与施工规范》3.5.7）, C=(115～145) Qud （kN/m），本设计取C=520406.9 kN/m（1.2m 管桩）；520000 kN/m（1.0m 管桩）。
摩擦桩的压缩系数 按下式进行计算：K =下表：
L 0E p A p
+
1C
，各桩的压缩系数K 见
简化计算。
K
A
=
1
∑
cos αk
2
=2.0830×10-6 m/kN。
支承点G 取两叉桩轴线延长线的交点，K G =1.8551×10-6 m/kN。
⑶下横梁几何参数
横梁砼强度等级采用C30，在施工期，下横梁砼只达到设计强度的70%，所以砼弹性模量为E=2.25e4MPa，下横梁截面面积A=1.28㎡，街面惯性模量I=0.0682667m 4。
⑷五弯矩方程
梁的五弯矩方程式: δxMx+δA M A +δB M B +δC M C +δyMy+Δp=0
施工期采用的五弯矩方程计算出各支座处的弯矩，并采用PJJS 程序验算，两者计算结果相近。 7.2.2.2使用期内力计算
在使用期，上横梁砼达到设计强度，与夏横梁一起承载，受力断面为⊥型。 ⑴横梁断面几何参数
A=3.08㎡，I=1.818475m 4。
⑵荷载及受力简图
在使用期，横向排架承受所有的结构自重和使用荷载，各种荷载值与桩力计算一致。
⑶横向排架内力计算
使用期的横向排架内力采用PJJS 程序计算。 7.2.3 横梁配筋计算
7.2.3.1短暂状况配筋计算 ⑴计算说明
①混凝土强度等级取C30，f c =15MPa，由于施工期混凝土抗压强度未达到设计值，取其70%，即f c =10.5MPa； ②混凝土保护层厚度C 取65mm ； ③正截面承载能力配筋，计算公式αs =
M f c bh
20
；ξ=1－-2αs ；As=
ξf c bh 0
f y
；
④钢筋为Ⅱ级钢筋，f y =310MPa ；
⑤最小配筋率按规定取为πmin =0.15% ，ξb =0.544 ⑵正弯矩配筋
预估配筋d=20mm,则a=c+d/2=75mm,则有效高度h0=h－a=725mm；
其他截面施工期正弯矩为零，故与使用期一起考虑配筋。 ⑶负弯矩配筋
不考虑永久荷载产生的效应。 ⑴使用期正弯矩配筋
截面按b 2⨯(h 1+h 2)计算,b 2=1m，保护层厚度: C=65mm预估钢筋d=20mm, a=C
下
+d/2=75mm,则有效高度 h0=h－a=2525mm。
表10.4 使用期正弯矩配筋表
①保护层厚度：考虑横梁上部与面板整体现浇部分，C a=2440mm；
②计算翼缘高度：h f =800mm,b f =1540mm; ③鉴别T 型梁情况：
f c h f b f (h 0-h f /2)
'
'
'
上
=150mm, 则h 0=h－
' '
γd
=52483.2kN.m>M
max
=3758.16kN.m,
任何一个弯矩均小于上值，所以该T 型梁属于第一种情况。截面按b2(h1+h2)计算，b2=1.54m（但验算ρ>ρmin 时，仍用公式ρ=A s /bh 0，其中b=1m（梁肋宽），因为T 型截面梁的受压区对控制裂缝宽度的作用不大）； ④最小配筋率π率配筋。
min
=0.15%，M min =2723.77 kN.m，当M
7.2.4 裂缝开展宽度验算
根据《港口工程混凝土设计规范》4.5.6规定，按表3.3.2，下横梁位于水位变动区，最大容许裂缝开展宽度为[W max ]=0.25mm。
7.2.4.1施工期裂缝开展宽度验算
施工期只有下横梁承载，受力断面为矩形；采用短暂状况正常使用极限状态效应组合进行验算。根据施工期负弯矩表，支座A 和支座G 弯矩较大，需进行裂缝开展宽度验算，其他截面均按最小配筋率配筋，只需验算其中弯矩最大的截面跨中0-1。经验算，施工期裂缝开展宽度均满足。 7.2.4.2使用期裂缝开展宽度验算
使用期按叠合式受弯构件验算裂缝开展宽度。 ⑴正弯矩裂缝开展宽度验算
综合考虑自重和使用荷载共同作用下产生的各截面正弯矩。确定危险截面为跨中1-2，并经验算裂缝开展宽度满足要求。 ⑵负弯矩裂缝开展宽度验算
考虑到横梁上部尚有150mm 磨耗层的保护，负弯矩裂缝开展宽度很小，可以不予计算。
7.2.5 斜截面承载力计算
根据《港口工程混凝土设计规范》5.2，取支座边缘削峰后的剪力设计值验算。按照与面板相同的斜截面承载力验算方法验算横梁施工期和使用期的截面尺寸均满足要求，且截面的砼强度已足够抗剪，只需按构造要求配置箍筋即可。
根据《港口工程混凝土设计规范》8.2.7，可沿横梁通长配置双肢箍筋
φ10@350mm；同时横梁高度较大，为防止由于温度变形及砼收缩等原因在梁中部
产生竖向裂缝，在横梁的两侧沿通长设置腰筋φ12@350mm；腰筋之间用拉筋连接，拉筋采用一级钢筋φ8@600mm。
结束语
设计基本内容包括：资料分析、码头的平面布置、码头装卸工艺、码头结构的初步设计。
作为函授本科阶段基础知识、专业知识的一次综合审查，它涵盖了各基础课程、专业基础课程及专业课程的知识点，并力求各知识点的融会贯通。这为我的设计注入了新鲜的血液。设计过程的第二个收获便是接触并运用了码头横向排架计算系统，在扎实的掌握理论知识及原理的基础上，能够熟练地运用专业软件也是必不可少的。
由于时间短暂、知识有限种种原因，设计过程难免出现纰漏及不足，但是有了明确的框架，以后的研究方向将更明确。同时设计过程得到了指导老师的指导，受益颇多，由衷地表示感谢。
参考文献
[1] 海港水文规范, 人民交通出版社,1998年8月,JTL213-98. [2] 海港工程荷载规范, 人民交通出版社,8月.
[3] 高桩码头设计与施工规范, 人民交通出版社,1998年8月,JTL291-98. [4] 港口工程混凝土结构设计规范,JTL267-98, 人民交通出版社 [5] 海港工程地基规范,JTL250-98. [6] 海港工程制图标准. [7] 钢筋混凝土高桩码头计算例题 [8] 水工钢筋混凝土结构学,ISBN 7-80124-140-1 [9] 结构力学
[10]土力学,ISBN 7-5630-0871-3.
[11]港口结构工程结构设计算例, 人民交通出版社,15114.0225,1999年4月. [12]港口航道与海岸工程专业毕业设计指南, 中国水利水电出版社,2000年1月,ISBN 7-5084-0217-0.
[13]港口规划与布置，人民交通出版社，ISBN 7-114-03398-2. [14]港口水工建筑物，人民交通出版社，ISBN 7-114-03688-4.