摘要：随着张家港地区的现代物流业不断地发展，货物运输量不断增加，船舶制造能力也随着提高了，为了提高船舶的舾装的能力，因而扩建本舾装码头。由于张家港的地基属于软弱地基，且板桩码头适用此地基，耐久性也比较好，故本码头采用单锚钢筋混凝土板桩结构。本次设计的任务为：码头的总平面布置，板桩墙入土深度的确定及“踢脚稳定性”的验算、锚定结构的稳定性计算、拉杆的设计、码头的整体稳定性的验算。本码头不仅按照板桩码头设计规范的有关要求进行设计，而且考虑到舾装码头的舾装工艺与其他码头的装卸工艺的不同来布置相关的码头附属设施，为船舶的舾装提供便利。在选址方面还考虑到码头与船厂的距离尽量减小，以便于船舶出厂进行舾装，提高船舶舾装效率。

关键词：船舶舾装、板桩码头、钢筋混凝土板桩

Abstract：With the continuous development of the modern logistics industry in Zhangjiagang area, the increasing volume of cargo traffic and the improvement of the ship's manufacturing capacity, in order to improve the ability of the ship's outfitting, thus expanding the outfitting wharf. As the foundation of Zhangjiagang is a weak foundation, and the sheet pile terminal for this foundation, durability is also better, so the terminal with a single anchor reinforced concrete sheet pile structure. The design of the task is: the general layout of the terminal, the pile pile wall to determine the depth of the soil and the "kick stability" of the calculation, the stability of the anchor structure calculation, the design of the rod, the overall stability of the terminal check. The terminal is designed not only in accordance with the relevant requirements of the design specifications of the Pile Wharf, but also to facilitate the outfitting of the ship, taking into account the difference between the outfitting process of the outfitting wharf and the loading and  unloading process of other terminals. In terms of site selection also take into account the distance between the terminal and the shipyard to minimize, in order to facilitate the ship outfitting factory to improve the efficiency of ship outfitting.

Keywords: ship outfitting, sheet pile quay wall, reinforced concrete sheet pile

目录

第一章 绪论 7

1.1板桩码头特点 7

1.2张家港地理位置、交通及经济状况 7

第二章 设计资料 8

2.1地理位置 8

2.2气象条件 8

2.3水文条件 9

2.4地质条件 11

2.5船型尺度 14

第三章 总平面布置 15

3.1平面布置的总体原则 15

3.2港口规模设计 15

3.3水域布置 17

第四章 舾装工艺布置 19

4.1布置内容 19

4.2布置要求 19

4.3舾装工艺机械设备选型 19

第五章 码头结构方案设计 20

5.1工程概况 20

5.2码头主要尺寸拟定 20

第六章 荷载计算 21

6.1舾装码头面荷载 21

6.2船舶荷载 22

第七章 作用效应组合 28

7.1承载能力极限状态 28

7.2正常使用极限状态 28

第八章 结构设计计算 29

8.1板桩墙计算 29

8.2土压力系数 29

8.3板桩墙内力及稳定计算 31

8.4拉杆设计 53

8.5锚碇墙的设计 53

8.6门机轨道梁设计 68

8.7胸墙设计 71

第九章 整体稳定验算 74

9.1持久状况 74

9.2短暂状况 78

总结 79

致谢 80

参考文献 81

第一章 绪论

1.1板桩码头特点

板桩码头是码头使用比较广泛的主要类型之一，我国建国以来主要建成的板桩码头有钢筋混凝土板桩码头、钢板桩码头和地下连续墙式板桩码头。板桩码头按锚碇结构系统分为单锚板桩、双锚板桩、无锚板桩和斜拉板桩，无论是钢板桩和地下连续墙，其断面抵抗矩的增大仍难免于受各种条件的限制。优点：结构型式比较简单，在码头建设中材料的用量比较少，施工也是方便，而且施工速度也是比较快的，对各种复杂地质适应性比较强，大部分地基都比较适用，主要构件预制。缺点：耐久性没有重力式强，在施工的过程中是不能承受比较大的波浪力。

1.2张家港地理位置、交通及经济状况

张家港港区位于长江三角洲经济的腹地，全国唯一的内河港型保税区就在张家港市，而且有着比较优越的区位优势。东与上海吴淞口间隔146.5公里，西与南京港间隔219.4公里，南边与杭嘉湖地区是相连接的，北边通苏北地区的各港口。港口面临长江、周边河流众多、与东海相同，具有比较强的水水中转优势。近年来，随着江苏省交通运输格局的变化，港口与陆路运输的网络有所改善，从港口出发，上海、苏州、无锡、常州、南通，都在1小时的车程之内，两小时的车程就可以到达南京、杭州。更加完整的三维交通网络大大增强了张家港港口货物配送的能力，也为张家港市附近港口经济发展开辟了广阔的空间。张家港作为苏、锡、常地区对外开放的一个重要的门户，港口处于长江三角洲的经济腹地，自然条件比较好。张家港保税区和张家港保税物流园区与港区相邻，两者充分发挥着政策优势，非常积极推动区域与港口的联动，大力的发展现代物流业，使港口功能不断拓大，港口的优势也进一步提升。随着船只量不断增加，现有码头不能满足张家港船厂船只的舾装，从而扩建此舾装码头。

第二章 设计资料

2.1地理位置

此舾装码头工程位于张家港市金港镇，本地区地貌为长江三角洲冲积平原，该地区地层以粉砂为主，中间夹有淤泥质层。根据功能需求，码头设置一个30000DWT舾装泊位。

2.2气象条件

张家港位于东亚季风盛行地区，海洋、季风和过渡气候特征明显。本次设计的码头区位于北亚热带季风区，既临长江与东海的距离也比较近，从该区域沿江的江阴、张家港、常熟气象台等地区多个观测资料分析，该区域冬季的风向是以西北风和东北风为主的，夏季是以东南方向的海洋季风为主的，春秋季节是过渡期，风向是以偏东风为主。本河段气温、降水、风况统计资料如下：

2.3水文条件

(1)潮型本河段位于长江河口段潮流界以内，潮汐的性质是属非正规半日浅海潮。潮位每天两次涨潮两次落潮，且有日潮不等的现象。在径流与河床边界条件的阻滞下，潮波发生明显变形，涨退潮的历时是不对称的，退潮的历时大于涨潮的历时。

（2）潮汐：本次设计的码头所处河段的上下游设有：江阴肖山水文站和南通天生港水文站，经过对两站历年实测潮位的资料统计和分析，码头区域潮位特征值如下：历年最高潮位 +6.69m

历年最低潮位 +0.74m平均潮位 +3.19m最大潮差 3.39m

在台风、天文潮和大径流三者或者两者遭遇的时候，最高的潮位就会出现，而其中台风的影响是比较大的。

（3）潮流

在河口段区域，潮流界的位置随着天文潮和上游径流的强弱组合而产生上下变动，如果径流大、潮差小，潮流界就会下移，如果径流小、潮差大，潮流界就会上推。在枯水时期潮流界可以上溯到镇江附近，在洪水时期潮流界可以下移到西界港的附近。大潮平均流速是0.32m/s、落潮平均流速是0.48m/s。

（4）设计水位：

设计高水位： 2.96m

设计低水位： -0.44m

极端高水位： 4.68m

极端低水位： -1.41m

施工水位： 0.6m

（5）河道泥沙：工程河段的泥沙主要是流域输送过来的泥沙，通过对大通站多年月平均输沙量的数据统计分析，输沙量在7月是最大的，为1.02亿t，占了全年输沙量4.30亿t的23.4%。在汛期5～10月的时候，输沙量总和为3.82亿t，占了全年输沙量的87.3%。1、2月份来沙量是最小的，仅为0.03亿t。大通站多年月的平均输沙率以及含沙量见表2-2，特征值的统计见表2-3（统计年份为1951年、1953～2006年）。

表2-2大通站多年月平均输沙量统计表

时间 一月 二月 三月 四月 五月 六月 备注

根据《码头工程地质勘察报告》，拟建场区各工程地质层分布特征、主要物理力学性质分述如下：

（1）工程地质层回填土：颜色～杂色，湿度～很湿，松散度～稍密。以碎石土为主，局部为块石，充填以粘性土及中粗砂，陆域表层均有分布，土质不均匀，为近期人工堆积而成。该层土厚度0.50～9.70m、平均3.68m，土层底高程-0.22m。主要的物理力学性质指标的平均值：标贯实测击数N=6.0击、重型圆锥触探试验N63.5=5击。

（2）工程地质层该层岩性主要为软土，是淤泥质粉质粘土：

淤泥质粉质粘土：土质呈灰褐色，饱和，流塑。稍微有点光滑，干土的强度及韧性中等，没有摇振反应，具有层理，夹粉砂薄层，一般土层的厚度为2～20mm，土质不均，局部为粉土。场地的大部分区域均有分布，仅局部缺失；顶板标高-2.67～2.85m、平均0.58m；顶板埋深0.00～9.30m、平均3.40m；厚度0.60～7.20m、平均4.04m，土层底高程-11.52m。主要的物理力学性质指标的平均值：含水量`=39.1%、孔隙比e=1.108、塑性指数Ip=14.8%、液性液性Il=1.32、压缩系数a0.1-0.2=0.65MPa-1、压缩模量Es=3.34MPa、直剪快剪内聚力C=18kPa、直剪快剪内摩擦角φ=3.9°、固结快剪内聚力Cg=20kPa、固结快剪内摩擦角φg=14.4°、无侧限抗压强度qu=31.18kpa、垂直渗透系数K20v=14.97×10-7cm/s、水平渗透系数K20H=6.558×10-7cm/s、标贯试验实测击数N=6击，属高压缩性土。

（3）工程地质层该层岩性为稍密状粉砂（局部为细砂）为主。

粉砂：土质呈灰色，湿度～很湿，密实度～稍密。土颗粒的成份是以石英、长石为主的，含云母碎片，局部是贝壳，本层土的分选性比较好，夹粉质粘土薄层，土层的层厚为2～25mm。该层主要分布于场地南侧的。顶板标高-9.41～-2.30m、平均-4.67m；层顶埋深7.20～13.90m、平均9.74m；厚度1.30～7.30m、平均3.10m，土层底高程-25.56m。

主要物理力学指标：W=26.1%、e=0.713、a0.1-0.2=0.13MPa-1、Es=14.19MPa、C=7kPa、φ=31.0°、K20V=2.305×10-3cm/s、αm=38.0°、αc=30°、N=13击。属中偏低压缩性土。

（4）工程地质层该层岩性主要为中密～密实状粉细粉砂，上部多为黄灰色，下部多为灰色：粉细砂：土质呈黄灰、青灰色，饱和度～饱和，密实度～中密。本土层颗粒的成份是以石英、长石为主的，含云母碎片，本层土的分选性较好，夹有少量粉质粘土薄层，土层的层厚为2～25mm。该层均有揭露、普遍分布。顶板标高-24.95～-19.03m、平均-22.24m；层顶埋深23.60～28.70m、平均26.34m；厚度5.60～9.90m、平均7.58m，土层底高程-33.14m。主要物理力学指标：W=25.5%、e=0.734、a0.1-0.2=0.12MPa-1、

Es=15.26MPa、C=4kPa、φ=31.9°、αm=36°、αc=27°，N=28击。属中偏低压缩性土。

（5）工程地质层粉砂夹粉质粘土：土质呈青灰色，密实度～中密，含有云母碎片，本土层一般层厚5-55mm；夹粉质粘土薄层，一般单层厚2-15mm，局部达15cm。局部分粉质粘土夹粉砂，场地大多数孔有揭露，局部地段缺失。顶板标高-32.30～-28.48m、平均-30.06m；层顶埋深31.00～36.50m、平均33.80m；厚度0.75～3.90m、平均1.91m，土层底高程-35.05m。主要物理力学指标：W=29.3%、e=0.890、a0.1-0.2=0.23MPa-1、Es=8.20MPa、

C=9kPa、φ=11°、αm=38°、αc=30°，N=22击。属中压缩性土。

（6）工程地质层

该土层主要为细砂，局部含有粉砂：土质呈灰、黄灰色，饱和度～饱和，密实度～密实（局部中密）。本土层成份是以石英、长石为主的，含有云母片，本土层的分选性比较好，夹有少量粉质粘土，本土层的一般单层厚度2～10mm。场地大部分均有分布，南部、中部大部分钻孔未揭穿，仅北侧长江沿岸分布厚度较小或缺失，总体上是由南向北厚度逐渐减小，直至部分地段缺失。顶板标高-34.34～-27.39m、平均-30.96m；层顶埋深32.00～38.00m、平均35.18m；厚度1.25～12.18m、平均5.15m，土层底高程

-40.2m。主要物理力学指标：W=27.2%、e=0.786、a0.1-0.2=0.13MPa-1、Es=13.42MPa、C=4kPa、φ=31.7°,αm=36°、αc=27°,N=38击。属中偏低压缩性土。

（7）工程地质层粉土夹粉质粘土：土质呈灰色，湿度～很湿，密实度～中密。无光泽反应，本土层的摇震反应中等，干土的强度及韧性是中等，夹有粉质粘土、粉砂薄层，薄层的单层厚为2～15mm；局部为粉质粘土与粉土、粉砂互层或为粉质粘土夹粉土（粉砂），总体由上往下粉质粘土夹层增多。该层主要揭露于场地北侧⑥层分布厚度较小或缺失地段。顶板标高-39.89～-33.02m、平均-35.27m；层顶埋深35.20～44.85m、平均38.41m；厚度1.65～12.00m、平均7.24m，土层底高程-44.6m。主要物理力学指标：W=32.2%、

e=0.997、Ip=8.3%、Il=0.91、a0.1-0.2=0.36MPa-1、Es=5.87MPa、C=13kPa、φ=22.9°、Cg=15kPa、φg=27°、N=32击。属中偏高压缩性土。

2.4.2水文地质条件

(1)地表水长江是本码头拟建区域附近的最大地表水体，另外还有众多长江的小支流，长江的径流量随季节性分配是极不均匀的，枯水期一般发生在11月至次年4月，洪水期一般发生在5～10月。本地区的长江水位受涨落潮影响的较为明显，在高潮时长江的平均水位标高3.17m，在低潮时长江的平均水位标高-0.42m。长江水量在上游输入和下雨降水补给时，本段的水量会向长江下游排泄和地下渗透。

本区域的最大高水位为4.81m（50年一遇），最大低水位为-1.31m（50年一遇）。(2)地下水通过对勘探的结果分析可知地下水按埋藏条件可以分为潜水及承压水，主要存在于人工填土及全新统的砂层表层中，其富水性比较好。

①潜水潜水含水层土质主要是第②层淤泥质粉质粘土（夹粉砂），且本水层和江水是相通的，能相互补给，水力联系还比较强烈。地下水径流比较缓慢、主要是长江水对其进行补给，排泄的方式以自然蒸发、和补给深层地下水为主。

②承压水承压水含水层的土质主要是第③层粉细砂及其以下的各种粉细砂层。在开采的时候承压水可以得到一定的补给。其径流主要有两种方式：一种是水平径流，水是由四周土层中向开采漏斗中心不断地流动；其二是垂直的渗流，上部潜水在垂直的方向上向本层渗透及本层的地下水向下层进行渗透。排泄的主要途径是人工开采以及向下游不断地排泄。

(3)地下水对建筑工程的影响评价勘察期间地下水初见水位：埋深0.10～3.25m、平均1.83m；标高2.10～4.15m、平均3.06m；稳定水位：埋深0.38～3.45m、平均2.04m；标高1.90～3.90m、平均2.85m。由于施工期间值“梅雨”季节，且场地紧临长江，对地下水位的影响较大（水位变幅约1.5～2.0m）。

2.4.3场地地震效应

本地区地震基本裂度为6度，故不进行抗震设计。

2.5船型尺度

表2-4船舶尺度

名 称 总长(m) 两柱间长(m) 型宽(m) 型深(m) 吃水(m) 载重量(万吨)

3万吨级船舶 185 167 29.0 17.2 7.0 3.0

第三章 总平面布置

3.1平面布置的总体原则

（1）长江上的岸线是有限的故需合理节约的利用岸线，可以考虑适当留出一部分当下用不着的土地来预留发展。

（2）平面布置应与总体城市规划相适应，尽量节省土地，实现最大的经济和社会效益。

（3）考虑舾装工艺，施工条件及码头使用的要求，尽量减少工程量。

（4）在满足使用要求和结构安全的前提下，优化设计。

3.2港口规模设计

3.2.1码头泊位数确定

根据本舾装码头舾装能力，按单个泊位进行计算。

3.2.2码头泊位长度

码头泊位长度需按满足一艘3万吨级船舶在本舾装码头安全靠离和系缆的要求来确定。

根据《河港工程总体设计规范JTJ212-2006》的规定可按下式计算：

Lb——本舾装码头的泊位长度L——设计船长

d——富裕长度（m），根据下表3-1来确定数值。

表3-1普通泊位的富裕长度

设计船型长度L(m) L≤40 40<L≤85 85<L≤150 150<L≤200

直立式码头 5 8～10 12～15 18～20

富裕长度d(m) 斜坡码头或浮式码头

8 9～l5 16～25 26～35

本设计的船长L=185m，富裕长度d=20m，算得泊位长度=225m。

3.2.3码头前沿高程

根据《河港工程总体设计规范JTJ212-2006》3.4.2.1规定码头前沿设计高程应为本码头设计高水位（2.96m）加超高，超高值宜取0.l至

0.5m，此处取为0.5m，则码头前沿设计高程为2.96+0.5=3.46m。

3.2.4码头前沿设计水深

根据《河港工程总体设计规范JTJ212-2006》3.4.4.1规定平原河流和山区河流以及运河、潮汐影响不明显的感潮河段的码头前沿设计水深，

可按以下公式计算：

式中：Dm——码头前沿的设计水深(m)；

T——船舶吃水(m)，根据航道的条件以及舾装船舶要求可取船舶设计吃水按30000DWT船舶设计吃水考虑T=7m

Z——龙骨下最小富裕深度(m)，泥质河床取Z=0.4m；

Z——其他富裕深度(m)，其中因船舶配载不均匀可适当增加船尾吃水故取0.15m；备淤富余水深取0.4m；

经计算可得：码头前沿设计水深=7.95m。

3.2.5码头前泥面高程

码头前沿泥面标高=设计低水位﹣码头前沿设计水深=﹣0.44﹣7.95=﹣8.39m

3.2.6码头前停泊水域宽度

根据《河港工程总体设计规范JTJ212-2006》3.2.1.1规定水流平缓河段的码头前沿停泊水域宽度可取2倍设计船型宽度。故码头停泊水域宽度为29×2=58m。

3.3水域布置

3.3.1回旋水域尺度

船舶回旋水域宜布置在本舾装码头附近，而且应有足够的水深和水域面积，供船舶安全掉头。

其尺度根据《河程总港工体设计规范JTJ212-2006》3.2.3规定取值单船或顶推船队回旋水域沿水流方向的长度不宜小于单船或船队长度的2.5倍即为185×2.5=462.5m；“回旋水域沿垂直水流方向的宽度不宜小于单船或船队长度的1.5倍”即为185×1.5=277.5m。

3.3.2回旋水域设计水深

回旋水域可以与航道设计水深相等为8m。

3.3.3锚泊方式

江面宽度较宽，所以可以采用单浮筒系泊方式。

3.3.4进港航道

(1)航道宽度

根据《海港总平面设计规范》（JTJ211—99）4.8.7，航道有效宽度由航迹带宽度、船舶间富裕宽度和船舶与航道底边的富裕宽度组成。考虑到只有一个泊位，那么进港航道采用单向航道