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日照-仪征原油管道及配套工程（码头部分）设计说明书作者：汪洪祥（河海大学交通学院港口航道与海岸工程专业2001级4班 学号01031431）指导教师：黄惠（河海大学副教授） 李元青 （中交水运规划设计院高级工程师）摘要：通过对自然条件（气象、水文、地质等）和腹地经济条件的分析，兼顾港区的总体布局规划，利用多方案比选确定码头总平面布置型式和装卸工艺，并通过比较选择合适的码头型式，计算所选型式下主要荷载，并对其进行各种稳定验算和指定构件的内力及配筋计算，绘制总平面布置图、码头结构形式图和指定构件配筋图并完成本工程的设计工作。Abstract: According to the analysis of the natural condition ( meteorological state、hydrology、geology etc.) and the economy condition of the city, consider of the overall planning of the harbor area ,choose the best plan from different ones of the total plane arrangment of the harbor , the cargohandling technology and the suitable models of the port ,then calculate the main loading, the stability, the internal power of the port and arrangements of steel reinforcing bars, finish the drawings of whole plane arrangments、the models of the port and the arrangements of steel reinforcing bars ,finally finish the all design . 1章 总论1.1 设计依据1 日照港（集团）有限公司2004年9月日照港岚山港区万吨级原油码头工程工程可行性工作设计委托书2 中交水运规划设计院2004年月与日照港（集团）有限公司签订的日照港岚山港区30万吨级原油码头工程工程可行性研究设计合同人民交通出版社重力式码头设计与施工规范JTJ290-98（1998年）3 中交第一航务工程勘察设计院2003年9月日照港虎山港区设计报告4 中交第一航务工程勘察设计院2005年日照港岚山港区油码头工程地质勘察报告5 中交水运规划设计院日照仪征原油管道及配套工程可行性研究报告（2005年月）6 交通部颁布的有关港口工程技术规范1.2 运营任务本工程是中石化日照仪征进口原油管道配套工程，设计年吞吐量万吨。拟建30万吨级原油泊位一个。1.3 设计范围及内容1.3.1设计范围本工程位于岚山港北侧，紧邻现有的童海码头，设计范围为童海码头以北、拟建10万吨级油码头以东的水域。1.3.2设计内容总平面布置、港池、航道、导助航设施、装卸工艺及设备选型、水工建筑物的结构方案比选、相关计算及施工图设计等第2 章 自然条件资料2.1 港口地理位置日照港位于山东半岛南侧沿海，岚山港区位于黄海海洲湾北岸，地处山东省日照市岚山镇佛手湾。地理坐标350535”N，1192217”E。. 气象资料因岚山北港区无海洋气象观测站，本报告岚山北港区气象要素采用临近本港区的日照市盐场气象观测资料（19861988年）进行统计、分析。.气温年平均气温12.8年最高气温 37.8（出现在1988年月） 年最低气温12.2（出现在1987年月）.降水日最大降水量：81.1mm（1987年6月1日）；月平均降水量：55.0mm10mm的中雨年平均出现9.5天；0.1mm的小雨年平均出现36.2天。223风 常风向为SE，出现频率8.06%；强风向为NNE，出现频率6.88%；6级出现的频率为0.73%。224雾能见度1km的大雾年平均出现9.5天。225相对湿度本海域年平均相对湿度为71。23水文资料231潮汐a) 潮汐性质：规则半日潮 b) 潮位特征值： 年平均海平面2.73m 年最高高潮位5.82m 年最低低潮位-0.33m 年平均高潮位4.43m 年平均低潮位1.06m 年平均潮差3.37mc) 设计水位设计高水位： 4.93m 设计低水位： 0.45m极端高水位： 6.02m 极端低水位：0.74md) 乘潮水位航道乘潮水位详见表2-3-1表2-3-1 乘潮水位表 乘潮保证率潮 时70%80%90%95%水位（m）水位（m）水位（m）水位（m）乘潮一小时4.154.013.813.67乘潮二小时4.003.863.683.55乘潮三小时3.773.643.483.36乘潮四小时3.373.333.203.08 .波浪a) 波况：岚山港区无长期波浪观测资料，位于拟建港区北部约30km的日照海洋站的波浪观测资料能基本代表本海域波况，因此，使用该站资料得出本海域波浪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19811987年日照海洋站实测海浪资料统计，本海域的常浪向为E，频率为19.68；强浪向为E，实测H42.0m的频率为0.31，实测H42.5m的频率为0.09；最大实测波高Hmax=4.4m；向E（出现在8114号台风期）b) 设计波要素：日照港外海（15m）设计波要素表表 2.3.2-1 （设计高水位，五十年一遇）波向H1%(m)H4%(m)H13%(m)T(s)E6.55.54.68.9SE5.34.53.88.0S3.53.02.46.0.3海流：中交第一航务勘察设计院分别于2003年10月19日至10月26日大、小潮期间、2004年10月28日至11月9日和2005年1月5日至17日期间大、中、小潮期在岚山港区海域做了两次7点和一次9点同步海流观测。 a） 潮流性质 通过海流测点同步全潮连续观测表明，本海域潮流性质属于正规半日潮 b） 潮流运动历时、流向、流速 本海域涨潮流历时在4h15min11h之间，落潮流历时在4h15min9h流向为NNENE向；高潮过后1h，潮流转为落潮流方向，经过3h左右落潮流流速达到最大；低潮过后1h，潮流转向落潮流方向，经过3h左右涨潮流流速达到最大；从三次实测海流成果得出：拟建30万吨级原油码头处实测最大涨潮点流速为1.42m/s，流向228，最大落潮点流速为0.90m/s，流向60。最大垂线平均流速约1.32m/s，流向224。 c） 设计流速 建议：本拟建港区设计流速表层取：1.80m/s，流向216。垂线平均流速取：1.70m/s，流向220。.码头作业天数. 码头作业标准表2-4-1 允许船舶作业标准表船舶吨级DWT（t）风降水能见度波浪横浪（H4%）顺浪（H4%）周期800006级50mm/d1km1.2m1.5m8s3000006级50mm/d1km1.5m2.0m. 影响码头作业天数 80000吨级码头： 风：14 d/s；降水：6.7 d/a；雾：11 d/a；浪9.0d/a。300000吨级码头：风：14 d/s；降水：6.7 d/a；雾：11 d/a；浪2.4d/a。. 码头作业天数依据上述统计，80000吨级码头作业天数为324d/a，300000吨级码头作业天数为331d/a。.工程地质 工程场区位于鲁南岚山港区岬角的北侧，陆域为低平的砂质平原，沿岸为高程10m（以岚山港理论最低潮面为起算基准，下同）左右的沿岸砂堤。码头区天然水深1112m。 .1 土层分布及其力学性质根据中交一航院2004年11月的钻探资料，码头区土层结构比较简单，其分布及其工程地址性质综述如下：1 淤泥 分布不连续，层厚仅0.5m左右。层顶高程-12.13m-12.76m。深灰色，流塑状，局部夹有碎贝壳及粉细砂。标贯击数小于1击。2 粉质粘土分布较广泛，局部缺失。层顶高程-12.13-13.26m，层厚多为2m左右，局部厚4.8m。灰黄色，可塑状，中塑性，夹结核、砂斑、碎石，土质不均匀。标贯击数多在1015击，高者过20击。3 粗砾砂普遍分布，层位连续。层顶高程-12.80-14.86m，层厚8.212.5m。褐黄色，中密密实状，含碎石和粘性土，有时夹粉质粘土透镜体。标贯击数一般2030击，下部达40击左右。4 强风化岩岩面高程-22.44-30.84m。火山碎屑岩，褐红色，除石英外大部分矿物已风化变质。块状构造，风化强烈，手掰易碎。标贯击数大于50击。引桥段自码头往近岸方向基岩面高程渐升至-15m左右，粉质粘土变厚而砾砂层变薄。.2 地基条件分析评价1.根据土层层次结构及高程分布，工程场区内强风化岩为良好的地基持力层，码头和引桥结构型式可采用重力式。2.地基土无可液化层次，无滑动因素。3.整个区内淤泥质土较薄且下部土层为较硬，可以直接接受回填，易于填筑和陆域形成。4.基岩上覆土层主要为砂，具可挖性。粉质粘土较硬，开挖效率较低，但其厚度不大。.3地震烈度岚山港及附近断裂构造不发育，没有发生破坏性地震的构造背景。根据国家质量技术监督局最新发布的1：400万中国地震动参数区划图及说明书（GB18306-2001），岚山港地区地震动峰值加速度为0.10g,地震动反应谱特征周期为0.45s，地震基本烈度为7度。第3 章 工程建设外部条件资料.供水船舶用水及码头上生活、生产用水由陆上供给，沿管线铺设供水管至码头前沿。消防用水有罐区消防泵房统一提供。.供电新建变电所的2路10KV电源分别引自库区根部变电所内的10KV侧的二段母线。各平台上的0.4KV配电所电源引自新建变电所。.3通信有线通信可以使用当地的中国网通公司在岚山港务局设置的虚拟电话专网。无线通信主要依靠VHF高频海岸电台。第4 章 货运量及船型资料4. 港口现状评价 日照港地理位置优越，区位优势明显，集疏运条件较好。近几年来日照港货物吞吐量快速增长，港口泊位能力不足、泊位吨级偏小和结构不合理、港口功能不完善等问题进一步显现，成为日照港大发展的瓶颈。目前，日照港没有专业的原油进出口泊位，现有液体化工品泊位最大吨级只有5万吨，随着腹地炼油企业原油加工能力的扩大，对外贸进口原油的需求量增大，而外贸进口原油运距较长，采用30万吨级油轮运输较为经济。另外，5.0万吨级以上成品油船的打颤也较快，日照港到港最大船型载重吨已达7.17万吨。因此，日照港迫切需要建设大型深水原油专用接卸泊位。.2 吞吐量预测本工程为30万吨级原油码头，是中石化日照仪征进口原油管道配套工程，2010年、2015年原油吞吐量分别为1300万吨、2000万吨。.3船型确定表4-1-1 .本工程到港船型主尺度表船型船舶吨级（DWT）船型主要尺度（m）备注总长型宽型深满载吃水油轮3000003345931.522.2设计船型 2500003335929.519.8800002434220.814.3兼顾船型第5 章 装卸工艺5.1 输油装卸工艺.1.运量接卸原油2000万t/a。.1.2 油品及性质油品主要接卸非洲高凝点原油、中东及其他原油。非洲主要油品性质见表5-1-1。表5-1-1 主要非洲原油性质表序号项目尼罗油杰诺油卡宾达油1密度(kg/m3,20C)843.3889.4870.62凝点(C)3250000t，取0.05； Q进出港设计船型的载重量（t） BHP=0.05300000=15000(kW)30万吨级原油泊位需要配备拖轮总功率为15000kW，本期工程拟配备5600hp消拖两用拖轮2艘，其余利用日照港已有拖轮。第7章 水工结构7.1 设计条件7.1.1 建设规模本工程水工建筑物包括30万吨级原油泊位一个，以及引桥工程。7.1.2 建筑物结构安全等级本工程水工建筑物的结构安全等级均为一级，结构重要性系数0=1.1。7.1.3 建筑物主要尺度a) 码头根据码头装卸工艺要求30万吨级码头工作平台长50m，宽40m，码头前沿底高程-24.70m。b) 引桥引桥长945.3m（方案一），962.4m（方案二），宽15m，其上布置架空油管廊带，车行道及人行道。7.1.4 工艺荷载码头工作平台除了承受标准值为15 kPa的均载以外，还承受输油臂和登船梯作用荷载，每台输油臂垂直荷载250 kN，水平力80 kN，水平力对基础产生的力矩为930 kNm；登船梯垂直荷载500 kN，工作状态对基础产生的力矩为1250 kNm，水平作用力为 300 kN。油管管架间距6 m，每个管架受垂直荷载730 kN。码头、引桥承受小型货车作用荷载。7.2 结构方案7.2.1 码头结构设计方案a）结构方案概述根据当地的自然条件和地质条件和地质钻探资料，码头结构可采用重力墩式结构和桩基结构两种型式。方案一：重力墩结构码头长500m，由码头平台、靠船墩、系缆墩组成。码头平台基墩、靠船墩、系缆墩采用沉箱重力式结构。码头平台基础安放在抛石基床顶面4个圆沉箱组成，沉箱按2排2列正交方式摆放，圆沉箱直径14.1m，沉箱内抛填10100kg块石，沉箱顶部现浇和安放预制混凝土块体至10.50m，墩与墩之间由预应力混凝土梁、板搭接成50m40m的码头操作平台。在平台两端分别设置2个3000KN的系船柱。靠船墩基础由安放在抛石基床顶面的圆沉箱组成，沉箱直径16m。沉箱顶部为现浇混凝土上部结构。每个靠船墩设置一套两鼓一板3000H鼓型护舷、3000KN系船柱及3钩1000KN快速脱缆钩。系缆墩水工结构与靠船墩基本相同，沉箱直径为14.1m，每个系缆墩上设置3000KN系船柱和3钩1000KN快速脱缆钩。方案二：桩基结构工作平台：现浇钢筋混凝土承台结构，承台尺寸为50m40m，厚度为3m，顶标高为13.00m，整个平台设45根直径1.5m，壁厚20mm的钢管桩，斜桩斜度为5：1，每根桩均设锚杆。靠船墩：现浇钢筋混凝土承台结构，承台尺寸为22m19m，为使船舶安全停靠，承台前部尺寸缩减为10m安装橡胶护舷，承台顶标高为10.5m，下设24根直径为1.5m壁厚为20mm的钢管桩，斜桩斜度为5：1，每根桩均设锚杆。系缆墩：现浇钢筋混凝土承台结构，承台尺寸为14m14m，厚度为4m，顶标高为11.50m，承台下设8根直径1.5m，壁厚20mm的钢桩，斜桩斜度为5：1，每根桩均设锚杆。码头上附属设施同方案一。b)码头结构方案比较码头结构优缺点比较如表7-2-1表7-2-1 码头结构优缺点比较表优点缺点方案一1、 圆沉箱墩式结构属于常规结构，耐久性好，安全可靠。2、 当地具有较好的施工条件和施工设备，具有比较丰富的施工经验。3、 施工程序简单，工期短。沉箱重量大，若在当地船坞预制，需要水上接高。方案二在波浪大较大的情况，桩基结构比圆沉箱结构受力合理，波浪力小。1、 钢管桩易锈蚀，需进行防腐处理，耐久性较差。2、 嵌岩桩施工速度慢，造价较高。C）方案推荐经比较，圆沉箱结构具有耐久性好，施工程序简单，工期短等优点，故推荐方案一。7.2.2 引桥结构方案a)引桥基础根据地质条件，引桥及人行桥基础可采用重力式圆沉箱结构和桩基础，若采用桩基础，局部地区桩基础需要嵌岩，因此本阶段推荐重力式圆沉箱结构。b)上部结构设计本次设计选择系杆钢管混凝土拱桥和混凝土连续箱型梁桥方案。系杆钢管混凝土拱桥基墩中心距120m，桥宽15m,桥面中心标高12.00m。拱桥单孔跨径108m，矢高18m，矢跨比为1/6，拱轴线为二次抛物线，两拱肋轴线间距为12.8m，拱肋上下弦管采用24510mm钢管；系杆为高度1.2m钢箱梁，梁端加高加宽。拉索采用377高强钢丝束。该方案桥型轻巧、美观，工期短，但必须有足够的场地来进行制作，本次设计考虑了两种方案。、现场制作：目前现场无现成的岸线和足够的场地制作钢桥，施工地点可选择在规划的工作船泊位。先建成一段岸线，后面的陆域也一起形成，可以满足制作钢桥的场地。但造价较高且工期紧张。、从青岛制作运至现场。海上拖运有一定的风险。因此本方案不予推荐。混凝土连续箱型梁桥基墩中心距80m，桥宽15m，桥面标高13.00m。墩与墩之间由钢筋混凝土连续箱型连接而成。支座处箱梁高度4.5m，跨中2m。该方案投资较省，防腐性能好，维护方便，但工期稍长。由于本工程控制工期的关键因素在于疏浚工程。因此，本次设计推荐混凝土连续箱型梁方案。C）人行桥结构方案人行桥顶面高程12.00m，宽3m，采用钢箱梁结构。主梁采用倒梯形断面钢箱简支梁，正交异形桥面板，宽3.2m，钢梁顶板，底板采用U形闭口截面纵向加劲肋。7.3 荷载计算7.3.1 船舶荷载根据港口工程荷载规范（JTJ215-98）有关规定计算作用在固定式系、靠船结构上的船舶荷载包括如下内容：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、 船舶靠岸时产生的撞击力；4、 系泊船舶在波浪作用下产生的撞击力。船舶尺寸：船型(t)总长L(m)型宽B(m)型深H(m)满载吃水T(m)压载吃水(m)3000003345931.522.29.5a) 作用在船舶上的风荷载根据港口工程荷载规范（JTJ215-98）10.2有关规定计算Fxw=73.610-5AxwV2xFyw=49.010-5AywV2y式中：Fxw、Fyw分别为作用在船舶上的计算风压力的横向和纵向分力（KN） Axw、Ayw分别为船体水面以上的横向和纵向受风面积（m2）；Vx、Vy分别为设计风速横向和纵向分量（m/s）；按完全横向的六级风计算，Vx=22.6m/s, Vy=0m/s; 风压不均匀折减系数，查表10.2.3得=0.6油船的受风面积按下列公式计算满载时 logAxw=0.485+0.574logDW logAyw=0.116+0.539logDW半载或压载时 logAxw=0.618+0.620logDWlogAyw=0.164+0.575logD 计算得：满载时：Axw=4254.687 m2 ，Ayw=1169.953 m2压载时：Axw=10323.22 m2 ，Ayw=2057.523 m2满载时：Fxw=959.652 KN，Fyw=0 KN压载时： Fxw=2328.42 KN，Fyw=0 KNb) 作用在船舶上的水流力根据港口工程荷载规范（JTJ215-98）附录E有关规定计算水流对船舶作用产生的水流力船首横向分力和船尾横向分力按下式计算（=0）：Fxsc=CxscV2B/2Fxmc=CxmcV2B/2式中：Fxsc、Fxmc分别为水流对船首横向分力和船尾横向分力（KN）； Cxsc、Cxmc分别为水流力船首横向分力系数和船尾横向分力系数，查表E.0.3得Cxsc=0.14，Cxmc=0.08；海水密度（t/m3）,对海水=1.025t/m3；V水流速度（m/s），V=1.7m/s；B船舶吃水线以下的横向投影面积（m2）。由logB=0.508+0.612log(DW)得，B= 7244.33 m2经计算得，Fxsc=1502.17KN，Fxmc=858.381KN。水流对船舶作用产生的水流力纵向分力可按下式计算： Fyc=CycV2S/2 Cyc=0.046Re-0.134+b Re=VL1/ S=1.7LD+CbLB式中：Fyc-水流对船舶作用产生的水流力纵向分力（KN）； Cyc水流力纵向分力系数； 水的密度(t/m3)； V水流速度(m/s)； S船舶吃水线以下的表面积（m2）； Re水流对船舶作用的雷诺数； b系数，查表E.0.9得，满载时b=0.008，压载时b=0.006； L1船舶吃水线长度，(m)； 水流粘性系数（m2/s）,取水温为0C，查表E.0.8得=1.7910-4m2/s； L船长（m）； D船舶吃水； B船宽； Cb船舶方形系数，查表E.0.9得，Cb =0.825。经计算得，Re=6.458110-2满载时：Cyc= 0.07440546，S=28862.61m2，Fyc=3180.77KN压载时：Cyc= 0.07240546，S=21651.55m2，Fyc=2321.95KN。c) 系缆力根据港口工程荷载规范（JTJ215-98）10.4有关规定计算系缆力标准值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可按下式计算：N=KFx/sincos+Fy/coscos/nNx=NsincosNy=NcoscosNz=Nsin式中：N，Nx，Ny，Nz分别为系缆力标准值及其横向、