大連長(zhǎng)興島30萬(wàn)噸原油碼頭主體水工結(jié)構(gòu)方案比選

李明 張勇

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

大連長(zhǎng)興島30萬(wàn)噸原油碼頭主體水工結(jié)構(gòu)方案比選

李明 張勇

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

大連港長(zhǎng)興島 30萬(wàn)噸原油碼頭工程所處位置自然條件水深、浪大、流急、冰清嚴(yán)重、巖面埋深較淺， 本文就碼頭主體水工結(jié)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行比選，認(rèn)為此工程條件下選用設(shè)破冰椎體的圓沉箱結(jié)構(gòu)在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上是比較合適的。

原油碼頭；重力式；圓沉箱；水工結(jié)構(gòu)；方案比選

一、工程概況

大連港長(zhǎng)興島30萬(wàn)噸原油碼頭位于大連長(zhǎng)興島北部高腦子海域，在建北港區(qū)東防波堤西側(cè)水域。碼頭布置在東防波堤外側(cè)，與東防波堤平行布置，碼頭前沿距離防波堤352m，軸線為N62°～242°。碼頭采用“蝶”型布置，碼頭長(zhǎng)度為436m，停泊水域?qū)?20m，碼頭前沿底高程-25.0m，泊位頂高程+11.0m。碼頭共設(shè)一個(gè)工作平臺(tái)及6個(gè)系纜墩、4個(gè)靠船墩。內(nèi)側(cè)靠船墩間距為82m，可兼顧到10萬(wàn)噸級(jí)原油船舶的靠泊，外側(cè)靠船墩間距為130m，可滿足30萬(wàn)噸級(jí)船舶靠泊要求。工作平臺(tái)長(zhǎng)48 m，寬39m，頂高程+11.0m。系纜墩、靠船墩頂高程+8.0m。各墩及工作平臺(tái)之間采用鋼質(zhì)人行橋連接，橋?qū)?3.2m。碼頭通過(guò)棧橋、引橋引道與東防波堤相連接，棧橋長(zhǎng)為310.3m，共3跨，橋凈寬11.2m，全寬13.6m，頂標(biāo)高+11.0m，引橋引道全長(zhǎng)205.5m。

二、建設(shè)條件

1、建筑物主尺度

碼頭為外海開(kāi)敞墩式碼頭，本工程水工建筑物結(jié)構(gòu)主尺度見(jiàn)表1。

表1 水工建筑物的結(jié)構(gòu)主尺度

2、工藝荷載

（1）棧橋荷載：

工藝管線荷載：9t/m

車(chē)輛荷載：10t單車(chē)荷載

人行荷載：3kPa

（2）工作平臺(tái)荷載：

輸油臂荷載：400KN/個(gè)

均布荷載：10kPa

3、水文、氣象條件

（1）水位（馬家咀理論最低潮面起算）

設(shè)計(jì)高水位 2.35m，設(shè)計(jì)低水位 0.23m，極端高水位 3.4m，極端低水位-1.4m。

（2）設(shè)計(jì)波要素

30萬(wàn)級(jí)原油碼頭及棧橋50年一遇設(shè)計(jì)波浪要素詳見(jiàn)表2。

表2 設(shè)計(jì)波浪要素表

（3）氣 溫

多年平均氣溫10.0℃，最熱月為8月，平均23.9℃。

（4）降 水

年平均降水量 578.3mm，年最大降水量 877.9mm（1966年），日最大降水量142.2mm（1966年7月27日）。降水量主要集中在6～9月。該4個(gè)月的降水量約占全年的75%。

（5）風(fēng)

常風(fēng)向?yàn)镹E，次常風(fēng)向SW，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹E及NNE向，最大風(fēng)速35.4m/s。本海區(qū)受季風(fēng)影響較大，冬季多偏北風(fēng)，夏季多偏南風(fēng)。

4、潮流

本區(qū)潮流為往復(fù)流，設(shè)計(jì)流速V=1.1m/s，流向234° 。

5、海冰

采用50年一遇冰況，平整冰設(shè)計(jì)厚度取為47.6cm，單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為2.35MPa，彎曲強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為835KPa。

6、工程地質(zhì)條件

根據(jù)本工程的地勘資料，本區(qū)基巖為頁(yè)巖，中風(fēng)化頁(yè)巖的頂高程大約為-29m～31m，本工程以中風(fēng)化頁(yè)巖作為碼頭結(jié)構(gòu)的持力層，其承載力為700Kpa。

7、抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

本工程結(jié)構(gòu)抗震按7度設(shè)防。

三、結(jié)構(gòu)方案選取

本工程處自然條件的顯著特點(diǎn)是水深、浪大、流急、冰清嚴(yán)重、巖面埋深較淺，可考慮方案有：大直徑鋼管樁方案、沉箱鋼管樁混合式方案和重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)方案。

1、鋼管樁方案

采用大直徑嵌巖樁方案，主體結(jié)構(gòu)采用直徑1.8m 嵌巖樁，頂部現(xiàn)澆鋼筋混凝土墩臺(tái)，考慮本區(qū)域冰情嚴(yán)重，在水位變動(dòng)區(qū)采用鋼筋混凝土錐體結(jié)構(gòu)，并外包鋼板。

2、重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)方案

考慮到本區(qū)域冰情較重，在本工程的結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)靠船墩、系纜墩和棧橋墩分別采用常規(guī)圓沉箱和圓沉箱上設(shè)抗冰錐體兩個(gè)方案進(jìn)行比較，工作平臺(tái)由于沉箱間距小，考慮波浪影響，宜采用開(kāi)孔消浪沉箱，但由于冰的影響，沉箱上部應(yīng)為實(shí)體結(jié)構(gòu)，因此工作平臺(tái)墩兩方案均采用圓沉箱上設(shè)錐體，以減少受浪面積的結(jié)構(gòu)，同時(shí)可起抗冰的作用。

3、沉箱鋼管樁混合式方案

由于本地波高大、周期長(zhǎng)，重力式沉箱方案混凝土及塊石用量大，因此，考慮了將鋼管樁和方沉箱相結(jié)合，形成了混合式結(jié)構(gòu)方案。

四、結(jié)構(gòu)方案比選

鋼管樁方案的優(yōu)點(diǎn)是樁基結(jié)構(gòu)能有效減少結(jié)構(gòu)所受波浪力，缺點(diǎn)是本區(qū)域深水、流急、浪大，大直徑嵌巖施工工藝難度較大，且本工程由于冰荷載較大，與波浪對(duì)重力結(jié)構(gòu)作用接近。樁基方案總體費(fèi)用較高，且相對(duì)而言，耐久性難以把握。因此本設(shè)計(jì)不考慮鋼管樁方案。

沉箱鋼管樁混合式結(jié)構(gòu)透浪好、受力小、地基應(yīng)力小，因此，混合式結(jié)構(gòu)對(duì)本工程也是合適的，但由于本結(jié)構(gòu)沒(méi)有施工經(jīng)驗(yàn)，且耐久性相對(duì)較差、鋼管樁需定期進(jìn)行防腐處理等維護(hù)工程，且工程造價(jià)較圓沉箱方案高40%左右，因此，本設(shè)計(jì)不考慮沉箱鋼管樁混合式結(jié)構(gòu)方案。

重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)方案考慮到本工程所在地基巖埋藏適中且承載力較高、大連地區(qū)具有豐富的重力式碼頭設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)，且長(zhǎng)興島附近有沉箱預(yù)制場(chǎng)等條件，且重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)方案耐久性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗凍和抗冰性能好、使用期間不需要大量維護(hù)、適應(yīng)荷載和工藝變化能力強(qiáng)、設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)比較成熟等諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)從南到北的海港中得到廣泛應(yīng)用，因此，重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)方案對(duì)本工程是合適的。

在對(duì)結(jié)構(gòu)方案的初步比選結(jié)果分析基礎(chǔ)上，針對(duì)抗冰設(shè)計(jì)，對(duì)常規(guī)重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)和圓沉箱上設(shè)抗冰錐體兩個(gè)方案做作了進(jìn)一步的比選分析。

方案一：設(shè)破冰椎體的圓沉箱結(jié)構(gòu)

本方案靠船墩、系纜墩、工作平臺(tái)和棧橋墩的基礎(chǔ)均為鋼筋混凝土圓沉箱，上部設(shè)實(shí)體抗冰錐體結(jié)構(gòu)。

方案二 常規(guī)重力式圓沉箱結(jié)構(gòu)

本方案靠船墩、系纜墩、工作平臺(tái)和棧橋墩的基礎(chǔ)均為鋼筋混凝土圓沉箱，上部安裝與圓沉箱直徑一致的圓形預(yù)制塊。

[1]《大連港長(zhǎng)興島港區(qū)總體規(guī)劃》（大連市人民政府，2009年6月）

[2]《大連港長(zhǎng)興島北港區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃》（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院，2009年3月）

[3] 交通運(yùn)輸部《港口工程初步設(shè)計(jì)文件編制規(guī)定》（JTS110-1-2008）；

[4]《開(kāi)敞式碼頭設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程》（JTJ295-2-2000）

TU975

1674-3954（2011）03-0412-01