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，查规得相应的船型参数：设计船型总长 （m ） 型宽 （m ） 满载吃水 （m ） 18327.610.5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：1.1510.512.1D kT m ==⨯=，设计低水位7.4米，则底高程：7.412.1 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： 1310.214l b h m m m ⨯⨯=⨯⨯。

下图为沉箱的尺寸图：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323.5/kN m ，水下为313.5/kN m ，则在设计高水位时沉箱的自重为：()][()5.511 1.511 1.5 1.5 5.5123.5 3.11 1.5 5.51 3.113.52 4.6 4.[{]62}G -=⨯+⨯⨯⨯-⨯+⨯+⨯+-⨯⨯⨯（）则 227.83G kN =。

自重G 对O 点求矩：G 77.10.533.4967 5.510.47922/3 5.51/3=733.56M kN 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：25010178.5714q kPa ⨯==。

（此处近似用朗肯土压力进行验算）朗肯主动土压力系数：224545350.()7)(=2Ka tan tan ϕ=-=-。

则其土压力分布如上图：如上图，其各点的土压力强度为：()()()()()01112=0.27178.5748.21;10.2718 1.5178.5755.5;120.2718 1.59.5 3.1178.5763.46.a b P Ka h q kPa P Ka h q kPa P Ka h h q kPa γγγγ+=⨯==+=⨯⨯+==++=⨯⨯+⨯+=则其土压力为：()()0.5 1.548.2155.50.5 3.155.563.46262.17E KN =⨯⨯++⨯⨯+=。

作用点至墙底的距离为：221148.21 4.6 2.37.29 3.10.57.96 3.10.50.57.29 1.5 3.11(())3=2.203y E m =⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯⨯+⨯⨯⨯+ 。

则土压力对墙前O 点的弯矩值为：262.17 2.2576.77M KN m =⨯=。

综上：G =733.56576.77M kN m M KN m >= ，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）*151663.90 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]*132979.00 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]*135414.00 4.12 22305.68总计25668.35 117940.76 每延米自重作用25668.35/13 1974.49 9072.37b 、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 2223.005.5512337.65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*252120.405.5511768.22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 沉箱填石6*（3.4*3.65*12.5*9.5 +3.4*3.65*1.05*18） 10249.425.5556884.28胸墙 （1+5.5）*4.6/2*13*23.54567.23 2.79 12719.72 胸墙后填土 (3.8+8.3)*4.6/2*13*186512.22 7.04 45819.98 总计26716.49 144564.50 每延米自重作用2055.1111120.35（2）、土压力标准值计算：码头后填料为粗砂，水上水下的摩擦角=35ϕ ，沉箱以下外摩擦角35===11.733ϕδ 。

主动力系数为：2222cos cos 35==0.2911cos11.7a K ϕ=⎡⎡⎤⎢⎢⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ax =cos 0.29cos11.70.28a K K δ=⨯= ； ax =cos 0.29sin11.70.06a K K δ=⨯=。

土压力标准值按下式计算：11a 0()K cos n n i i i e h γα-==∑2a 0()K cos nn i i i e h γα==∑其中cos =1α 。

a 、 码头后填料土压力（永久作用）： 设计高水位情况：13.50e =；12.018 1.50.297.8a hK kP e a γ===⨯⨯；12.018 1.50.25'87.6a hK kP e a γ===⨯⨯（与12.0e 相差很小，近似忽略） 1-5.1122+18 1.5+9.517.10.2854.94a h h K kPa e γγ=⨯⨯⨯==）（）（。

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：()n 117.8 1.57.854.9417.1542.56/22E KN m =⨯⨯+⨯+⨯=；土压力标准值的水平力：Hn n cos 542.56cos11.7=531.29/E E KN m δ==⨯；土压力标准值的竖向力：Vn n sin 542.56sin11.7=110.02/E E KN m δ==⨯；土压力引起的倾覆力矩为：1 1.517.1117.11.57.817.1++7.817.1+54.94-7.817.123223=3540.73(KN m)/m EH M =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯（）（） 。

土压力引起的稳定力矩为：V 110.02=1122.20(0.2)/1E M KN m m =⨯。

设计低水位情况：13.50e =；7.40.2918 6.131.84a hK P e k a γ=⨯⨯==；7.40.2818 6.130'.75a hK kPa e γ=⨯⨯==（相差不大，近似和7.4e 相等）；1-5.1122+18 6.1+9.512.50.2866.28a h h K kPa e γγ=⨯⨯⨯==）（）（。

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：116.131.8431.84266.2812.5713.76/22n E KN m =⨯⨯++⨯⨯=（）；土压力标准值的水平力：Hn n cos 713.76cos11.7=698.93/E E KN m δ==⨯；土压力标准值的竖向力：Vn n sin 713.76sin11.7=144.74/E E KN m δ==⨯；土压力引起的倾覆力矩为：1 6.112.5112.56.131.8412.5++31.8412.5+66.28-31.8412.523223=4795.74(KN m)/m EH M =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯（）（） 。

土压力引起的稳定力矩为：V 144.74=1476.35(0.2)/1E M KN m 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。

13.5~8.9200.29 5.80e kPa =⨯= ；8.9~-5.1200.28 5.60e kPa =⨯=。

（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：5.8018.6107.88/qH E KN m =⨯=；堆货荷载引起的竖向作用：V tan11.7107.88tan11.7=22.34/q qH E E KN m =⨯=⨯；堆货荷载引起的倾覆力矩：=18.6107.882006.57()/EqH qH M E KN m m =⨯=；堆货荷载引起的稳定力矩：=18.622.34415.52()/EqH qH M E KN m m =⨯=。

c 、码头前沿堆货引起的竖向作用：码头前沿堆货围按7m 计算。

720140/G KN m =⨯= ；码头前沿堆货产生的稳定力矩：7140(10.27)938()/2G M KN m 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，门机产生的土压力围相同。

如图情况3：A 、B 前腿为1100KN 、400KN ，C 、D 后腿为400KN 、1100KN 。