重力式混凝土方塊碼頭設(shè)計(jì)的初探

趙國

摘 要：結(jié)合實(shí)際，探討了重力式混凝土方塊碼頭設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：重力式；凝土方塊碼頭；設(shè)計(jì)

重力式混凝土方塊碼頭在北方港口被廣泛地采用，某港有13個(gè)泊位，現(xiàn)有6個(gè)泊位是混凝土方塊碼頭，部分正在大規(guī)模建設(shè)中的新港，也都選用重力式結(jié)構(gòu)，而大多數(shù)也是混凝土方塊碼頭。從方塊碼頭的技術(shù)管理和長期使用中。經(jīng)常發(fā)現(xiàn)碼頭的技術(shù)性能與使用功能有一定的矛盾，從而約束了港口的裝卸生產(chǎn)，嚴(yán)重影響港口的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文試探通過設(shè)計(jì)的改革來解決這一問題。

1 混凝土方塊碼頭現(xiàn)行的設(shè)計(jì)方法與步驟

1.1 提供設(shè)計(jì)的有關(guān)主要技術(shù)資料

（1）地質(zhì)、地形資料；（2）水文、氣象資料；（3）碼頭規(guī)模與用途等。

前兩項(xiàng)為自然資料，是客觀存在的數(shù)據(jù)，不隨設(shè)計(jì)者的意愿而改變。而第三項(xiàng)是依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求、規(guī)范的規(guī)定和碼頭的用途，由設(shè)計(jì)者來選擇碼頭的設(shè)計(jì)水深、碼頭頂標(biāo)高，以及堆貨荷載等教據(jù)。堆貨荷載是主要的設(shè)計(jì)荷載，在混凝土方塊碼頭設(shè)計(jì)中，堆貨荷載將轉(zhuǎn)化為土壓力，而成為碼頭的主要破壞力。因此，選擇堆貨荷載是一項(xiàng)十分重要的工作。

1.2 混凝土方塊碼頭斷面設(shè)計(jì)及計(jì)算步驟

設(shè)計(jì)者首先草擬碼頭斷面，根據(jù)設(shè)計(jì)高水位、設(shè)計(jì)低水位及校核水位，分別進(jìn)行各項(xiàng)穩(wěn)定核算，其步驟是：

第一步，碼頭混凝土方塊各層的傾覆與滑動(dòng)穩(wěn)定計(jì)算。

第二步，碼頭的基礎(chǔ)穩(wěn)定計(jì)算，校核地基與基礎(chǔ)的承載能力以及地基的不均勻沉降計(jì)算。

第三步，碼頭整體穩(wěn)定校核。

當(dāng)以上三個(gè)步驟的計(jì)算結(jié)果和安全系數(shù)，都符合規(guī)范要求時(shí)，即完成了碼頭斷面的設(shè)計(jì)計(jì)算工作。也就是可以正式確定碼頭的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)斷面。

當(dāng)前設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)碼頭斷面時(shí)，既考慮結(jié)構(gòu)的安全度，更重視節(jié)約混凝土的用量，因此盡量壓縮安全系數(shù)，使其值略大于或等于規(guī)范允許值為最佳。為此，產(chǎn)生一種觀點(diǎn)，即要求碼頭的底寬與全高之比值愈小愈好，并以此作為考核碼頭設(shè)計(jì)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 碼頭使用效能分析

碼頭的使用效能是用泊位通過能力衡量的，泊位通過能力主要由碼頭、庫場，裝卸機(jī)械、疏運(yùn)情況等四項(xiàng)綜合能力平衡后，來確定泊位的通過能力。

當(dāng)港口為連續(xù)碼頭時(shí)，庫場往往嚴(yán)重不足，某些港口每延長米碼頭只有60～70平方米庫場面積，而全國每延長米碼頭平均擁有150平方米庫場面積。因此，港口的庫場通過能力，也就是碼頭泊位的綜合通過能力。

某港4號泊位庫場通過能力，通過核算可以提高一倍多，從某種意義上講，也就是一個(gè)泊位可以發(fā)揮原來兩個(gè)泊位的效能。該泊位為什么能夠提高使用效能，關(guān)鍵的原因是碼頭斷面有足夠的安全系數(shù)，從而可以增大庫場的堆存能力。

當(dāng)碼頭改變用途后，如果碼頭斷面就沒有足夠的安全度，從而限制了碼頭使用的通用性。如果設(shè)計(jì)時(shí)，碼頭斷面略為加大，這樣碼頭的安全度、耐久性以及使用的通用性都會(huì)得到很大改善。其它配套設(shè)施都圍繞碼頭、配合碼頭進(jìn)行裝卸生產(chǎn)，如果碼頭能更大地發(fā)揮效能，配套設(shè)施才能更好地發(fā)揮效能，反之，如果碼頭中止生產(chǎn)，其它配套設(shè)施，例如港口鐵路、公路，庫場，裝卸機(jī)城，輔助設(shè)施等，本身性能也不能發(fā)揮作用。因此碼頭的效能，在港口建設(shè)和設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)給予特別的注意。

在混凝土方塊碼頭建設(shè)中，方塊與基礎(chǔ)棱體、回填土、護(hù)樁等相比，決定碼頭的功能，混凝土方塊的大小是占第一位的，因?yàn)闆Q定碼頭的承載能力，除了天然地基之外，方塊穩(wěn)定的安全系數(shù)是決定的因素。

碼頭斷面設(shè)計(jì)，即混凝土方塊大小的決定是碼頭能否擴(kuò)大生產(chǎn)，能否提高使用年限，以及減少碼頭的維護(hù)費(fèi)用，提高碼頭使用效率的關(guān)鍵。因此，適量加大碼頭斷面，將符合港口的長遠(yuǎn)利益。因?yàn)樵诟劭谘b卸實(shí)踐中，它能發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效率和社會(huì)效益，而加大斷面的投資，在總投資中所占比例并不大，增加的費(fèi)用，如果與總效益相比，它是微不足道的。

2 方塊碼頭設(shè)計(jì)改革的探索

為了碼頭的安全生產(chǎn)，曾對某港各碼頭的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，分析得知，該港口各碼頭其基礎(chǔ)都坐落在亞粘土或粗砂之上，整體穩(wěn)定性比較好。當(dāng)堆貨荷載為80～120kPa時(shí)，整體穩(wěn)定也是安全的。如果再加堆貨荷載，碼頭的整穩(wěn)定性就得不到保證。而整體穩(wěn)定性，主要是由地質(zhì)的物理性能來決定，它是客觀存在的，應(yīng)說是一種資源，就象水深一樣，我們應(yīng)該充分利用它。

因此設(shè)想，以整體穩(wěn)定能承受的最大荷載來作為碼頭斷面的設(shè)計(jì)荷載。如果地基是巖石，它的承載能力超過120kPa，那么設(shè)計(jì)者在充分考慮遠(yuǎn)景發(fā)展的情況下，根據(jù)實(shí)際情況來確定合理的設(shè)計(jì)荷載。

當(dāng)然，特殊專業(yè)化碼頭、也應(yīng)該按實(shí)際情況來決定設(shè)計(jì)荷載。

混凝土方塊碼頭斷面設(shè)計(jì)其步驟可歸納為：

第一步，假定碼頭斷面，通過電算探求地基能承受的最大堆貨荷載，然后根據(jù)實(shí)際情況確定前沿荷載和前方堆場荷載。以該方法確定的荷載來進(jìn)行碼頭斷面的核算，而不是象目前以碼頭的用途，再根據(jù)荷載規(guī)范來選擇設(shè)計(jì)荷載進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)。

第二步，碼頭設(shè)計(jì)荷載確定后，進(jìn)行碼頭結(jié)構(gòu)的傾覆與滑動(dòng)穩(wěn)定核算。

第三步，進(jìn)行碼頭基礎(chǔ)的穩(wěn)定計(jì)算，以及地基沉降計(jì)算。

當(dāng)以上計(jì)算結(jié)果均符合規(guī)范要求之后，即已完成碼頭的斷面計(jì)算工作，從而正式確定碼頭的標(biāo)準(zhǔn)斷面。這樣設(shè)計(jì)的碼頭斷面，從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)而言，將是最經(jīng)濟(jì)的選擇。

結(jié)束語

（1）隨著海洋航運(yùn)事業(yè)的發(fā)展，要求裝卸效率愈快愈好，因此，裝卸機(jī)械也愈來愈大，其自重也不斷增加。隨著貨物不斷地成組化，托盤化、集裝箱化，裝卸機(jī)械的大型化發(fā)展的趨勢是不可避免的。貨物堆存高度愈來愈高，堆場荷載愈來愈大也是不可避免的。因此，要求提高碼頭的承載能力，乃是明智的選擇。

（2）當(dāng)前碼頭設(shè)計(jì)，均依據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，按計(jì)劃的使用性質(zhì)，選擇設(shè)計(jì)荷載，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。實(shí)際上，碼頭使用性能，特別是裝卸工藝，經(jīng)常隨著客觀條件而變化。一個(gè)碼頭要使用數(shù)十年，甚至一百多多年，我們的計(jì)劃不可能預(yù)測如此長久。因此，不按碼頭用途來選定設(shè)計(jì)荷載是可行的、是求實(shí)的。

（3）碼頭設(shè)計(jì)時(shí)，充分使用地基的承載能力，也就是充分利用地質(zhì)資原。我們要求大幅度提高前方堆場荷載，而前方堆場一般都在碼頭破裂線之外，該荷載對土壓力影響是不大的。因此，要增加的碼頭斷面也不會(huì)太大。何況，碼頭在港口設(shè)計(jì)中，占總投資一般不到30%，而碼頭混凝土斷面在碼頭中投資僅占20%，因此，要增加的碼頭斷面在港口建設(shè)總造價(jià)中，所占比例就微不足道。但是，它的經(jīng)濟(jì)效益卻相當(dāng)之大。

（4）混凝土方塊碼頭的安全，主要是方塊的穩(wěn)定，加大混凝土方塊斷面，實(shí)際上就是增加了安全度，從而為港口建筑設(shè)備管理提供良好的條件，也將增加碼頭使用的耐久性。■