萬噸級重力式碼頭沉箱和方塊結構形式的比選與造價分析

孫瑋潔

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢430000)

萬噸級重力式碼頭沉箱和方塊結構形式的比選與造價分析

孫瑋潔

(中交第二航務工程勘察設計院有限公司，武漢430000)

針對非洲某火山島國海岸某港8000DWT散貨泊位的重力式碼頭沉箱結構和方塊結構形式比較，進行沉箱碼頭和方塊碼頭2種結構型式方案的技術經(jīng)濟、造價分析和施工工藝特點對比。比選分析結果表明，隨著水深的增加、碼頭結構斷面加大，與沉箱結構相比，方塊結構整體性不足的缺點越發(fā)凸顯，萬噸級碼頭工程重力式方案選用沉箱結構形式更為合理。

重力式碼頭;沉箱;混凝土方塊;造價分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.053

1 引言

隨著“一路一帶”戰(zhàn)略實施，中國企業(yè)都在加快“走出去”步伐。中國交建等越來越多的國際化企業(yè)也在參與海外港口項目的建設。與國內(nèi)港口項目相比，海外港口項目的要求更高、競爭更加激烈，不僅需要設計單位遵循國際上要求較高的行業(yè)標準，還要求設計方案以最經(jīng)濟合理的造價贏得業(yè)主的青睞。重力式碼頭方案如何使設計方案最合理，碼頭造價最省，施工工藝最科學，本文就針對非洲某國海岸某港8000DWT散貨泊位項目，進行沉箱結構和方塊結構兩種代表性的重力式結構的造價分析，比較2種方案的造價，并結合施工難易程度進行分析，為以后類似的項目提供可參考的依據(jù)。

2 非洲某國海岸某港8000D W T散貨泊位重力式碼頭的水工結構方案

2.1 工程所在地的自然條件

非洲某港的設計高水位4m（采用大潮平均高潮位，下同）；設計低水位0.5m；極端高水位5.5m；極端低水位0m。該港地處非洲某國，該地多處由火山噴發(fā)堆積而成，海邊都是火山熔巖噴發(fā)后凝結成的礁石，碼頭地基較好，有大量砂、石等建筑材料，建港條件好。該港利用天然水域海灣，港池外側為實體斜坡堤防浪結構。多用途泊位段港池內(nèi)側采用方塊（或沉箱）重力式結構，裝卸區(qū)平臺長度為150m，寬度為28m，高程為6.70m；碼頭基礎為拋石(10～100kg)基床，拋石基床座落于珊瑚礁上，基床上安放預制鋼筋混凝土方塊（或沉箱），其上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土胸墻。

2.2 碼頭結構方案

碼頭擬建一個多用途泊位，碼頭水工結構按?？?000DWT集裝箱船或3 000DWT雜貨船或5000DWT油船靠泊作業(yè)設計，設計船型尺度見表1。

表1 設計船型尺度表

碼頭面設計高程6.7m，碼頭前沿設計底高程-8.1m。根據(jù)掌握的該工程地質條件資料，碼頭地基承載力好，水工建筑物結構形式首選重力式結構。

2.2.1 沉箱結構方案

非洲某港碼頭如采用沉箱結構，單個沉箱高度10.1m，底寬12.0m，長6m；單個沉箱混凝土用量196m3，質量約500t；沉箱內(nèi)設6個艙格，艙格內(nèi)回填開山石。其上部現(xiàn)澆鋼筋混凝土胸墻。碼頭基床拋石的平均厚度約為2m，沉箱后方拋填5～200kg塊石形成減壓棱體，碼頭后方陸域回填料為開山石，拋石棱體與回填開山石之間設置二片石層和混合倒濾層。沉箱方案的碼頭結構斷面見圖1。

圖1 沉箱方案的碼頭結構斷面

2.2.2 實體方塊結構方案

非洲某港碼頭如采用實體方塊，單個實體方塊質量≈380 t，共設置5層方塊。最頂層方塊塊體頂高程為0.4m，底層方塊塊體寬度10.0m。方塊頂面以上設有懸臂長2.5m的卸荷板，卸荷板與頂層方塊間設有預留孔，以現(xiàn)澆鋼筋混凝土將卸荷板和頂層方塊連接。方塊后方拋填10～100kg塊石形成減壓棱體，陸域為回填開山石，拋石棱體與回填開山石之間設置2片石層和混合倒濾層?；沧湓陴ね翆由?，平均厚度約7.7 m。實體方塊方案的碼頭結構斷面見圖2。

2.3 施工條件

本工程所用沉箱或方塊，可在當?shù)鼐喱F(xiàn)場2km處的臨時預制場預制，再經(jīng)海上浮運至本工程現(xiàn)場。碼頭結構后方的拋石棱體均采用陸上推進法施工。當?shù)厝狈Υ笮褪┕C械，施工材料主要依靠進口。當?shù)厥县S富，主要為火山巖，砂主要考慮采用機制砂。經(jīng)調(diào)查得知，建港所需的供電、供水、道路、通信等配套設施條件能基本滿足建港需求。

3 造價分析和方案比選

本工程碼頭投資估算采用的主要材料調(diào)查價格為：鋼筋5788元/t，水泥1570元/t，板枋材1996元/m3，中粗砂240元/m3，碎石159.96元/m3。在計算碼頭主要的分部工程量和工程費用時，碼頭結構的計算寬度均取28m。上述2種結構方案碼頭主體結構的直接工程費用，分別見表2和表3。

表2 沉箱方案碼頭主體結構的主要工程費用

從表2和表3可以看到，經(jīng)過計算得出沉箱碼頭的造價約為47.46萬元/m，方塊碼頭的造價約為46.13萬元/m。沉箱方案比方塊方案碼頭造價高出約2.89%。通過對各細項工程費用的組成分析，可得知造成沉箱碼頭方案造價稍高的原因有：沉箱單個塊體較重，高額的運輸費用和起吊安裝費用均要計入碼頭主體部分的工程費中；方塊碼頭單塊方塊重量比較輕，對起吊安裝設備的要求沒有沉箱碼頭高。雖然，鋼筋混凝土沉箱墻身結構每延米消耗的鋼筋混凝土量比方塊碼頭墻身少34.22m3，但是仍然比起吊安裝設備的租賃費用少得多。另外，沉箱碼頭比方塊碼頭每延米多出內(nèi)拋石約54.07m3，這一項工程造價使沉箱碼頭高出方塊碼頭約17648元/m。沉箱單個塊體雖然較方塊單個塊體更大更重，但其優(yōu)點是：安放塊體數(shù)量少；施工速度快；水下工作量少；結構整體性好；抗震性能強；箱中填以砂石，較方塊碼頭使用水泥量少。缺點是：需要鋼材多；耐久性不如方塊碼頭；需要專門的更大型的預制場地、施工船機和下水設施；從沉箱預制場地到安放地點浮運沉箱，要有足夠航道水深。一般適用于當?shù)赜鞋F(xiàn)成沉箱預制場或工程量較大的大型碼頭。在我國大連、葫蘆島、秦皇島等地得到廣泛采用。[1]

表3 方塊方案碼頭主體結構的主要工程費用

圖2 方塊方案的碼頭結構斷面

4 結語

通過以上分析可知，以上文中沉箱碼頭為例，重力式碼頭中碼頭主體結構、基槽開挖、拋石基床和后方拋石棱體等分部工程占工程費用絕大部分，分別占總工程直接費用約45 %、4%、10%和31%左右。因此，重力式碼頭優(yōu)化設計的關鍵和重點應針對碼頭主體、基床和后方棱體才能達到優(yōu)化目的。由于本工程地處非洲海島，水泥等基礎材料十分匱乏，需依靠從其他國家進口，海運費用占比較高、海上運輸耗時久、水泥保存期限短等限制因素，均對碼頭的結構設計提出了很高的要求。這種情況在近年來海外港口碼頭建設中并不少見，建議對碼頭主體結構做進一步優(yōu)化。在本工程比選沉箱方案與方塊方案的碼頭單延米造價基本相當?shù)那疤嵯拢料渚哂写a頭整體性好、混凝土用量少、水下工作量小、施工速度快等優(yōu)點。由于方塊碼頭的門機后軌道梁坐落在回填塊石上，使用期間的沉降量較大，必須經(jīng)常進行調(diào)整和修復。經(jīng)綜合比選，認為沉箱方案更具優(yōu)勢，可以作為本工程碼頭主體結構的推薦方案。

【1】徐鑫.淺談某港口重力式碼頭結構型式的選擇［J］.中國水運，2013（4）：251-252.

Cost Analysis and Comparison Between Gravity Quay Caisson and ConcreteBlock Structure of 10 000DWT Berth

SUN Wei-jie
（CCCCSecondHarborConsultantsCo.Ltd.,Wuhan 430000，China）

Comparison of the gravity caisson and concrete block quay structure of 10000 DWT bulk cargo berth on anAfricavolcanicisland off the coast.With theanalysis ofconstruction cost,technology economy, and construction process technologyof the contrast betweengravity caisson and concrete block quay structure. Results shows that, with the increase of the water depth, wharf structuralsectionincreaseconcomitantly, concrete block quay structureexposed the inadequacies in integrity and shortcomings increasinglycomparedwith the gravity caisson structure. Therefore, it ismore reasonable to adoptgravity caissonstructure in 10000 DWT bulk cargo berthgravitywharfstructureselection.

gravitywharf;caisson;concreteblockquay;costanalysis

U655.2;TU723.3

A

1007-9467（2016）09-0176-03

2016-05-17

孫瑋潔（1989～），女，天津人，助理工程師，從事港口工程概預算研究，（電子信箱）2236294351@qq.com。