沉箱码头计算书讲解.docx
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沉箱码头计算书讲解
任务要求:
码头设计高水位12米，低水位7.4米，设计船型20000吨，波高小于1米，地面堆货20kpa，Mh—16—30门座式起重机，地基承载力不足，须抛石基床。
一.拟定码头结构型式和尺寸
1.拟定沉箱尺寸：
船舶吨级为20000吨，查规范得相应的船型参数：
设计船型
总长
（m）
型宽
（m）
满载吃水
（m）
183
27.6
10.5
即吃水为10.5米。
其自然资料不足，故此码头的前沿水深近似估算为：
D二kT=1.1510.5=12.1m，
设计低水位7.4米，则底高程：
7.4-12.1=-4.7m，因此定底高程-5.1m处。
由于沉箱定高程即为胸墙的底高程，此处胸墙为现浇钢筋混凝土结构，要求满足施工水位高于设计低水
位，因此沉箱高度要高于码头前沿水深12.1m。
综上，选择沉箱尺寸为：
丨bh=13m10.2m14m。
下图为沉箱的尺寸图：
1"^—ITS
*-
o
・>
U0E5
ooe
200
oofO
・>
300■
C9
匸300.
4000
II.4000
-tJL
4000
JU
4000
■II
l
13000
-^*1
>•
2.拟定胸墙尺寸:
如图，胸墙的顶宽由构造确定，一般不小于0.8m，对于停靠小型内河船舶的码头不小于
0.5m。
此处设计胸墙的顶宽为1.0m。
设其底宽为5.5m，检验其滑动和倾覆稳定性要求是
否满足要求：
（由于此处现浇胸墙部分钢筋直接由沉箱顶部插入，可认为其抗滑稳定性满足
要求，只需验算其抗倾稳定性）
设计高水位时胸墙有效重力小于设计低水位时，对于胸墙的整体抗倾不利，故考虑设计
高水位时的抗倾稳定。
沉箱为现浇钢筋混凝土，其重度在水上为23.5kN/m3，水下为13.5kN/m3，则在设计
高水位时沉箱的自重为：
11.5、r（5.5—1）1
G=[11.5—1.55.5-1:
23.5{3.11〔1.5-（5.5-1）]3.1-}13.5
24.64.62
贝UG=227.83kN。
自重G对O点求矩：
MG=77.10.5-（33.49675.5-10.4792（2/35.51/3）=733.56kN-m。
考虑到有门机在前沿工作平台工作时，胸墙的水平土压力最大，此处门机荷载折算为线性荷载为:
25010q178.57kPa。
14
（此处近似用朗肯土压力进行验算）朗肯主动土压力系数：
Ka二tan2（45一「）二tan2（45一35）=0.27。
则其土压力分布如上图：
如上图，其各点的土压力强度为：
F0=Ka,hq=0.27178.57=48.21kPa;
巳=Ka,h1q[=0.27181.5178.57严55.5kPa;
R=Ka/12h2q=0.27181.59.53.1178.57=63.46kPa.
则其土压力为：
E=0.51.548.2155.50.53.155.563.46=262.17KN。
作用点至墙底的距离为:
12211
y（48.214.62.37.293.120.57.963.120.50.57.291.5（3.1））
E33
=2.20m。
则土压力对墙前O点的弯矩值为:
M=262.172.2=576.77KNm。
综上：
MG=733.56kNmM=576.77KNm，即说明在高水位时胸墙能保持抗倾稳定。
即胸墙的尺寸为：
顶宽为1.0m，底宽为5.5m，高为4.6m。
则码头的结构形式及尺寸如图:
二、计算高低水位时抗滑、抗倾稳定性及地基应力
1、荷载作用分类及计算：
（1）结构自重力（永久作用）：
a、设计高水位情况:
设计高水位自重作用计算表
项目
计算式
Gi（KN）
Xi（m）
Gi*Xi（KN*m）
沉箱前、后面板、纵隔墙
（13.05*0.3*+13.05*2）*13*15
2035.80
5.50
11196.90
沉箱侧板、横隔墙
（13.05*4.25*0.3*4+13.05
*4.25*0.2*4）*15
1663.90
5.50
9151.45
沉箱底板
（9.3*0.25*13）*15
816.10
5.50
4488.55
沉箱前趾
（0.45+0.85）*0.9*0.5*13*15
114.10
0.50
56.60
沉箱内填土
4.25*4*13.05*9.5*6
12645.45
5.50
69549.98
胸墙
[（1+2.5）*1.5*0.5*23.5+（2.5+5.5）
*3.1*0.5*13.5]*13
2979.00
0.40
1191.60
胸墙后填土
[（4.8+7.8）*3.1*0.5*9.5+（7.8+9.3）
*1.5*0.5*18]*13
5414.00
4.12
22305.68
总计
25668.35
117940.76
每延米自重作用
25668.35/13
1974.49
9072.37
b、设计低水位情况:
设计低水位自重作用计算表
项目
计算式
Gi（kN）
Xi（m）
GiXi（kN*m）
沉箱前面板、后面板、
纵隔墙
2*（0.3*12.5*13*15
+0.3*1.05*13*25）
+0.2*12.5*13*15+
0.2*1.05*13*25
2223.00
5.55
12337.65
沉箱侧板，横隔板
2*（0.3*12.4*12.5*
15+0.3*12.4*1.05
*25）+0.2*12.4*12.5
*15+0.2*12.4*1.05*25
2120.40
5.55
11768.22
沉箱底板
10.2*0.45*13*15
895.05
5.55
4967.53
沉箱前趾
0.85*0.9*13*15
149.18
0.45
67.13
沉箱内填石
6*（3.4*3.65*12.5*9.5
+3.4*3.65*1.05*18）
10249.42
5.55
56884.28
胸墙
（1+5.5）*4.6/2*
13*23.5
4567.23
2.79
12719.72
胸墙后填土
（3.8+8.3）*4.6/2*13*18
6512.22
7.04
45819.98
总计
26716.49
144564.50
每延米自重作用
2055.11
11120.35
（2）、土压力标准值计算:
押©申35
码头后填料为粗砂，水上水下的内摩擦角「=35，沉箱以下外摩擦角■:
.二一二=11.7
33
主动力系数为：
Kax=Kacos、=0.29cos11.7=0.28；
Kax=Kacos、=0.29sin11.7=0.06。
土压力标准值按下式计算：
nA
emih）KaCOS：
i=0
n
en2=（'ihJKaCOS：
i=0
其中COS〉=1。
a、码头后填料土压力（永久作用）：
设计高水位情况：
03.5二0；
$2.0=YhKa=18江1.5江0.29=7.8kPa；
e'12.0=丫hKa二偲“壬父0.28=7.56kPa（与e2.0相差很小，近似忽略）
e-5.1=（丫10+丫2僅）Ka=（18汉1.5+9.5汉17.1）汉0.28=54.94kPa。
土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。
土压力为：
11
En7.81.5§7.854.9417.1=542.56KN/m；
土压力标准值的水平力:
EHn二Encos、=542.56cos11.7=531.29KN/m;
土压力标准值的竖向力：
-O
EVn二Ensin=542.56sin11.7=110.02KN/m；
土压力引起的倾覆力矩为：
1151711171
Meh1.57.8（17.1+）+7.817.1+—（54.94-7.8）17.1-
23223
=3540.73（KN0）/m。
土压力引起的稳定力矩为：
Mev=10.2110.02=1122.20KN:
m）/m。
设计低水位情况：
03.5=0；
e7.4=YhKa=0.29x18x6.1=31.84kPa；
e'7.4=YhKa=0.28心8^6.1=30.75kPa（相差不大，近似和e7.4相等）；
e.5.1=（丫占+丫2僅）Ka=（18汉6.1+9.5汉12.5）0.28=66.28kPa。
土压力强度分布图见上图低水位计算作用分布图。
土压力为：
11
En6.131.84（31.84266.28）—12.5=713.76KN/m；
22
土压力标准值的水平力：
EHn=Encos=713.76cos11.7=698.93KN/m；
土压力标准值的竖向力：
EVn=Ensin=713.76sin11.7=144.74KN/m；
土压力引起的倾覆力矩为：
1
12.5
3
/6.1、12.51/、
Meh6.131.84（12.5+）+31.8412.5+（66.28-31.84）12.5
2322
=4795.74（KN卯）/m。
土压力引起的稳定力矩为：
MEV=10.2144.74=1476.35KNm）/m。
b、堆货荷载产生的土压力：
各种水位时，堆货荷载产生的土压力强度标准值相同。
e3.5~8.9=20汉0.29=5.80kPa；
q.9~_5.1=203.28=5.60kPa。
（近似相等，均取5.80kPa）
土压力强度分布图见上图高水位计算作用分布图。
堆货荷载引起的水平作用：
EqH=5.8018.6/07.88KN/m；
堆货荷载引起的竖向作用：
Eqv二EqHtan11.7=107.88tan11.7=22.34KN/m；
堆货荷载引起的倾覆力矩：
MEqH=EqH=18.6107.88=2006.57（KN打）/m；
堆货荷载引起的稳定力矩：
MEqH=EqH=18.622.3^415.52（KN-m）/m。
c、码头前沿堆货引起的竖向作用:
码头前沿堆货范围按7m计算。
G=720=140KN/m；
码头前沿堆货产生的稳定力矩：
-7]
MG=140（10.2-7）938（KNn）/m。
d、门机荷载产生的土压力计算（可变作用）：
沉箱长度为13m，故考虑时仅按一台门机产生的土压力计算，在吊臂处于不同位置下各种
水位中，门机产生的土压力范围相同。
如图情况3:
A、B前腿为1100KN、400KN，C、D后腿为400KN、1100KN。
门机后退产生的附加土压力强度：
2P
epKax=21500/13/10.20.28=6.33kPa；
h
门机后腿产生附加土压力引起的水平作用和倾覆力矩：
1
EqH6.3310.2=32.28KN/m
q2
MqH=32.285.1=164.64KN打i）/m
门机后腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩:
Eqv=32.28tan11.7=6.68KN/m
MqV=6.6810.2=68.19（KN_m）/m
门机前腿产生附加土压力引起的竖向作用和稳定力矩：
G=1500/13=115.38KN/m
Mg=115.382.75=317.30（KNm）/m
其余两种情况类似，但是1和2情况下，后腿竖向荷载小于3情况，故产生的附加土压力
也小于3情况，考虑最不利情况时，仅需考虑3情况即可。
（3）、船舶系缆力（可变作用）
比=Nsin：
cos：
；
Ny=Ncos：
sin：
。
因为此处是海港码头，按要求，则〉=30,，=15。
Nx二Nsin：
cos:
=500sin30cos15=241.48KN；
系缆力引起的水平作用和倾覆力矩为：
241.48
P.H18.58KN/m；
13
MPr=18.5818.6=345.59（KN_m）/m。
（4）、码头荷载标准值汇总
码头荷载汇总表
作用
分类
荷载情况
垂直力
（KN/m）
水平力
（KN/m）
稳定力矩
（KN*m/m
倾覆力矩
（KN*m/m）
永
久作用
自
重
力
设计高水位
1974.49
9072.37
设计低水位
2055.11
11120.35
填料土压力
设计高水位
110.02
531.29
1122.20
3540.73
设计低水位
144.74
698.93
1476.35
4795.74
可变作用
堆货土压力
22.34
107.88
415.52
2006.57
前沿堆货
140.00
938.00
门机作用
122.06
32.28
385.49
164.64
船舶系缆力
18.58
2、码头稳定性验算
（1）作用荷载效应组合
持久组合：
设计高水位（永久作用）+堆货（主导可变作用）；（波浪力为0）
短暂组合：
波浪力为0,故此不予考虑；
偶然组合：
非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑；
地震组合：
可不进行抗震验算。
（2）码头沿基床顶面的抗滑稳定性验算：
此处无波浪作用，堆货土压力为主导可变作用时：
0（eEh+EEqH^'pPb）乞_（gG+eEv+EEqv^'d）f
「d
（3）码头沿机床顶面的抗倾稳定性验算:
此处无波浪作用，考虑堆货土压力为主导可变作用时:
1
0（EMEH+EMEqH+PMPB）（（GMG+EMEv+EMEqvuMPBu）
rd
抗滑稳定性验算计算表
项目
组合
情况
土压力为主导可变作用：
ro（reiEH+rE2EqH+巾“Pb）
1/rd（rgG+rE1Ev+Re2Eqv+巾ruPBu）f
ro
rEi
Eh
rE2
EqH
巾
rp
Pb
结果
rd
rg
G
Ev
Eqv
ru
PBu
f
结果
结论
持久
组合
高水位
1.0
1.35
531.29
1.25
107.88
0.7
1.2
0
852.09
1.1
1.0
1974.49
110.02
22.34
1.2
0
0.6
1173.24
稳定
低水位
1.0
1.35
698.93
.25
107.88
0.7
1.2
0
1078.41
1.1
1.0
2055.11
144.74
22.34
1.2
0
0.6
1242.78
稳定
抗倾稳定性验算计算表
项目
组合
情况
土压力为主导可变作用：
r0（re1MEH+rE2MEqH+巾rpMPB）
1/rd（rgMG+rE1MEv+Re2MEqv+前uMPBu）
■0
rE1
Meh
rE2
MEqH
巾
rp
Mpb
结果
rd
rg
Mg
MEv
MEqv
ru
MPBu
结果
结论
持久
组合
高水位
1.0
1.35
3540.7
1.25
2006.6
0.7
1.2
0
7228.2
1.35
1.0
9072.37
1122.20
1739.0
1.2
0
9452.66
稳定
低水位
1.0
1.35
4795.7
1.25
2006.6
0.7
1.2
0
8982.4
1.35
1.0
11120.3
1476.35
1739.0
1.2
0
11323.8
稳定
（4）基床承载力验算:
短暂组合：
波浪力为0,故此不予考虑;
偶然组合：
非正常撞击、火灾、爆炸等未考虑;
地震组合：
未进行抗震验算。
持久组合是基床顶面应力计算：
Vk=2055.11144.7422.34140122.06=2484.25KN/m；
Mr=11120.351476.35415.52938385.49=14335.7KNm/m；
M0=4795.742006.57164.64二6966.95KNm/m；
14335.7-6995.95
2.95m
2484.25
E=2.95m
，此时基床应力采用:
max3
则:
min二0
综上，抛石基床承载力满足强度要求。
2、地基承载力验算:
抛石基床厚度为2m，则验算地基表面应力:
max
max
B2d
B»min•d
B12d
此处
:
:
B,故Bi=3。
3
则:
二max
BEX•d二2.953561.41112=386.65kPa；
32d2.95322
'二'min
d=0112=22.00kPa。
B12d
那么:
二爲二386.6东Pa工500kPa,
匚'min二22.00kPa
则地基承载力满足要求。
三、沉箱的浮游稳定计算
由于不加压仓水，沉箱重力G和中心高度cy不变。
沉箱材料体积和体积矩的计算表
构件
体积计算式/
本积（m3）
形心位置（m）
体积矩（m4）
Xi
yi
ViXi
Viyi
前壁
0.3*13*14
54.6
1.05
7.225
P57.33
394.49
后壁
0.3*13*14
54.6
10.05
7.225
548.73
394.49
侧壁
0.3*8.7*14*2
73.08
5.55
7.225
:
405.594
528.003
底壁
0.45*8.7*12.4
48.546
5.55
0.23
269.43
11.17
纵膈腔
0.2*12.4*13.05
32.364
5.55
6.98
P179.62
225.9
横隔墙
0.2*4.25*15.05*4
44.37
5.55
179.62
246.25
309.7
断内加强角
2
0.5*0.2*13.55*4
1.084
5.55
6.98
6.016
8.1
内加强角
2
0.5*0.2*13.05*20
5.22
5.55
26.25
28.971
37.71
底加强角
2
0.5*0.32*（3.65+3.4）*12
3.807
5.55
7.475
21.13
2.094
前趾
0.5*0.4*0.9*13
2.34
0.6
6.016
1.404
1.357
0.45*0.9*13
5.265
0.45
7.225
2.37
1.21
总和
325.276
1766.845
1914.224
无压载时沉箱重心位置（钢筋混凝土重度为25kN/m3）
'二vixi
Xc=:
—vi
1766.845
==5.43m
325.276
Zviyi
Yc==
二vi
1914.224
=5.88m
325.276
不加压仓水时，沉箱的浮有稳定性验算
因此:
G=325.276*25=8131.9KN
Yc=5.88m
前趾的排水体积v=2.34+5.265=7.605m
沉箱吃水T=（V—V）
A
793.36-7.605
13*10.2
=5.76m
浮心高度
Yw=
（V-v）T“2vy
V
=（
793.36-7.605）*5.76*0.57.605*2
793.36
=2.87m
a=Yc-Ya=5.88-2.87=3.01m
3
13*14-T2
793.36
疋倾咼度m=：
-a=3.75-3.01=0・64m>0
故，满足浮游稳定性要求。
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