课程设计 | 广东省汕头港某港区

一、项目背景与设计任务

本课程设计以广东省汕头港某港区为工程背景，拟建一座服务于12万吨级集装箱船的沉箱重力式岸壁码头，共布置2个泊位。设计船型主尺度为总长367m、型宽48.2m、型深29.7m、满载吃水15.5m。设计需完成码头断面尺寸拟定、沉箱结构设计与稳定性验算、基床及地基承载力验算、沉箱浮游稳定性与拖运验算等核心内容，最终提交设计计算书、码头断面图及沉箱三视图。

二、设计条件

水文条件以当地理论最低潮面为基准，设计高水位2.10m，设计低水位0.30m，极端低水位-0.40m。拟建位置天然泥面标高-10.00m，需进行疏浚。设计风速按九级风20m/s取值，设计流速0.5m/s，码头面堆货荷载取20kPa。波浪条件按规范选取，设计波要素用于波浪力计算。

三、码头断面与沉箱尺寸拟定

3.1 码头标高与断面尺寸

根据《海港总体设计规范》，码头前沿设计水深取16.5m，码头底标高定为-16.2m。码头前沿顶高程按上水标准富余高度计算，取+6.4m。施工水位取设计高低水位平均值+1.2m，沉箱顶标高定为+1.7m，胸墙底标高+1.4m，胸墙顶高程与码头前沿顶高程一致为+6.4m。

后方回填体系自上而下依次为：倒滤层（顶标高3.8m，厚0.9m）、二片石（顶标高2.9m，厚0.6m）、抛石棱体（顶标高2.3m，坡度1:1），墙后填料为块石中砂。

3.2 沉箱外形尺寸

为减少沉箱数量并与预制厂生产能力匹配，沉箱长度取17.8m，全码头共布置47个沉箱，变形缝宽70mm，泊位实际长度839m。沉箱高度由沉箱顶标高与码头底标高差值确定为17.9m，宽度取0.7倍码头高度约为15.6m，含前后趾总宽17.6m。

3.3 沉箱细部构造

沉箱前后壁及侧壁厚400mm，底板厚500mm，内隔墙厚300mm，内加强角200×200mm。沉箱内部设舱格，便于预制、浮运及舱内压载调控。

四、沉箱浮游稳定性与拖运验算

沉箱采用远距离拖运方案。经计算，无压载时沉箱重心位置偏前，为保持正直，需在沉箱后四舱加水压载，加水深度0.103m。压载后沉箱总重力、排水体积、浮心高度及定倾半径依次求出，定倾高度远大于规范限值，沉箱浮游时十分稳定。

沉箱吃水计算为2.55m，干舷高度15.35m。按托运不封舱条件验算，所需最小干舷高度远小于实际干舷，满足远距离拖运要求。

五、作用标准值计算

5.1 永久作用

结构自重力按钢筋混凝土重度24.2kN/m³、混凝土23.2kN/m³、水下钢筋混凝土14.4kN/m³分别计算，划分上部结构（胸墙）与码头整体两部分进行汇总。

5.2 土压力

墙后主动破裂面与竖直面夹角取22.5°，M点以上按中砂计算，以下按块石计算。分别按永久作用与可变作用计算各层填料顶、底土压力强度，进而求得水平合力标准值及其对前趾的力臂。基床前侧按较好地基条件计入被动土压力抗力。

5.3 波浪力

本码头为岸壁式，波浪不利情况发生于波谷时。经判别，码头前波浪状态为立波（第四种情况）。按设计高水位波谷作用计算波浪中线超高、各特征点波压力强度、单位长度总波浪力及竖直波浪浮托力，分别给出对胸墙和码头整体的水平作用与倾覆/稳定力矩。

5.4 船舶系缆力与岸桥荷载

设计风速九级风条件下，12万吨级集装箱船横向受风面积9938m²，经风压不均匀折减与高度修正后求得风压力，再按系船柱受力分布系数、系缆角度等参数计算系缆力标准值。

装卸设备采用苏伊士运河型岸桥，轨距35m。分别考虑工作状态与非工作状态轮压，以及码头面20kPa均布堆货荷载，作为可变作用参与组合。

六、稳定性与承载力验算

6.1 胸墙与码头整体稳定性

结构安全等级为二级，按承载力极限状态持久组合验算。考虑四种作用组合：

组合一：自重+土压力+堆货荷载（主导）+系缆力
组合二：自重+土压力+系缆力（主导）+堆货荷载
组合三：自重+土压力+波浪力（主导）+堆货荷载
组合四：自重+土压力+堆货荷载（主导）+波浪力

分别对胸墙和码头整体进行抗滑稳定性与抗倾稳定性验算。在设计高水位下，由于五十年一遇波高大于1m，胸墙验算时计入波浪力；码头整体验算同样考虑波浪作用。所有组合下的抗滑、抗倾安全系数均满足规范要求。

6.2 基床与地基承载力

抛石暗基床厚2m，计算基床顶面最大应力与最小应力，验算基床承载力设计值（600kPa）。再向下传递至地基，计算地基表面应力，并验算基槽换填抛石地基承载力设计值（450kPa）。结果表明，基床应力与地基应力均满足规范限值，合力作用点位置亦在合理范围内。

七、附属设施设计

胸墙：L型现浇钢筋混凝土结构，高5.0m，上顶宽6m，下顶宽9.6m，嵌入沉箱顶部0.3m。
系船柱：全挡檐圆形铸钢系船柱，柱中心距码头前沿1m。
橡胶护舷：选用TDA-630超高反力型，按船舶有效撞击能量387kJ、单个护舷吸收77kJ设计。
护轮坎：梯形断面，上底200mm、下底300mm、高200mm。
变形缝：宽70mm，夹弹性材料，防止不均匀沉降引起裂缝。

八、成果文件

本项目成果文件体系完整，包括：

计算书：完整的设计计算书（Word及PDF版）
图纸：码头断面图、沉箱三视图（正视图/侧视图/俯视图）、码头基床断面图
计算图表：土压力强度分布图、波压力分布图、自重计算图
源文件：AutoCAD图纸源文件（.dwg）、打印配置文件（.pcp）
辅助文件：Excel计算表格

——————后记——————

在该课程设计中，使用了Revit进行标准化CAD出图以及参数化调整。在文末的图片画廊里可以看到一个Revit截图，其中的沉箱使用了参数化建模，便于计算书进行更改时能够快速调整沉箱的各方面参数，以此提高效率。课程并未要求Revit建模。码头断面图为Revit直接输出——通过项目文件直接打印CAD文件。由于文件多次拷贝、删除，仅沉箱文件留存了下来，项目文件已经不知所踪。