青島港郵輪碼頭透空式上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

鄒一波，郭春玲，付愛珍

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222）

青島港郵輪碼頭透空式上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究

鄒一波1，郭春玲2，付愛珍2

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222）

碼頭設(shè)計(jì)中采用透空式上部結(jié)構(gòu)，可以減小波浪對(duì)碼頭的作用力，減少碼頭上水、降低碼頭面高度。以青島港郵輪碼頭工程為例，通過物理模型試驗(yàn)研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)方案，確定結(jié)構(gòu)開孔尺寸和碼頭面高程。結(jié)果表明，在上部結(jié)構(gòu)采用透空形式進(jìn)行消浪，對(duì)減小碼頭上水、降低碼頭面高程的效果明顯，可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

郵輪碼頭；透空式上部結(jié)構(gòu)；消浪；碼頭上水

0　引言

青島港郵輪碼頭工程建設(shè)位置地基巖面較淺，承載力高，經(jīng)工程前期工作各方案的比較，最終采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)。同時(shí)由于郵輪碼頭處于無掩護(hù)水域，若采用常規(guī)不透空直立式岸壁結(jié)構(gòu)，為解決碼頭上水，則碼頭面高程較高，與后方陸域高差較大，銜接較為困難。工程中常用的解決辦法是在沉箱上開孔，但本工程因某些原因不能采用，故將開孔高度提高，在胸墻上開孔，并通過物理模型試驗(yàn)來觀察其作用效果。

1　工程概況

青島港郵輪碼頭工程[1]位于青島港大港池口門處，碼頭岸線與中港池西北防波堤平行，距防波堤95 m。該工程為1個(gè)15萬噸級(jí)郵輪泊位，碼頭岸線總長(zhǎng)490 m，碼頭面高程6.2m。前沿設(shè)計(jì)底高程為-13.5 m，可?？磕壳笆澜缟献畲蟮泥]輪——海洋綠洲號(hào)。青島港郵輪碼頭工程平面布置見圖1。

郵輪碼頭處于無掩護(hù)水域，為開敞碼頭，其頂面高程除應(yīng)滿足碼頭頂面不被波浪淹沒的要求外[2]，還要考慮與后方陸域的銜接。根據(jù)碼頭泊穩(wěn)數(shù)學(xué)模型結(jié)論，在設(shè)計(jì)高水位重現(xiàn)期50 a一遇波浪作用下，郵輪碼頭前沿最大波峰面高程為7.28 m，碼頭為重力式沉箱岸壁結(jié)構(gòu)，不考慮上部結(jié)構(gòu)和富裕高度，碼頭頂面高程可取7.2 m?，F(xiàn)有老港碼頭陸域頂面高程為5.5m，郵輪泊位碼頭頂面與后方陸域之間高差較大，若將陸域全部填高至7.2 m，造價(jià)過大，若采用過渡坡度，不方便陸域房建、機(jī)械及道路的布置。為解決這一難題，只能從降低碼頭面這個(gè)方面來考慮。

圖1　工程平面方案圖Fig.1 Proposed p lan layout ofwhar f

為降低碼頭面，碼頭結(jié)構(gòu)采用透空結(jié)構(gòu)，因某些原因沉箱上不能開孔，故將上部結(jié)構(gòu)做成透空形式，以減小碼頭前的反射波高，降低碼頭頂面高程。因上部結(jié)構(gòu)上有系船柱、護(hù)舷和軌道等設(shè)施，采用怎樣的開孔形式及大小，既能達(dá)到消減碼頭前波浪、降低碼頭頂面高程的目的，又能滿足結(jié)構(gòu)要求。為此進(jìn)行了專門的透空式上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相關(guān)模型試驗(yàn)[3-4]。

2　設(shè)計(jì)條件

2.1設(shè)計(jì)水位（當(dāng)?shù)乩碚摶鶞?zhǔn)面）

設(shè)計(jì)高水位4.34m，極端高水位5.43m。

2.2設(shè)計(jì)波浪要素

設(shè)計(jì)波浪要素見表1。

表1　設(shè)計(jì)波浪要素Table1 Designwave parameters

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與方案對(duì)比

碼頭結(jié)構(gòu)為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，前沿底高程-13.5 m，沉箱頂高程+2.5 m。沉箱內(nèi)回填5～50 kg塊石，沉箱頂面現(xiàn)澆上部結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)為透空消浪結(jié)構(gòu)，見圖2。

開孔消能的主要原理是利用墻前波浪與進(jìn)入消能室的波浪相位差和波浪進(jìn)入消能室后產(chǎn)生的紊流消耗能量，來達(dá)到減小波浪力的作用。消能效果與開孔大小和消能室的寬度有關(guān)。根據(jù)國(guó)外資料和國(guó)內(nèi)科研單位的試驗(yàn)研究成果[5-7]，消能室寬度B與入射波長(zhǎng)L的比值為B/L=0.2左右時(shí)消能效果最佳，一般B/L為1/4～1/8。

因本工程沉箱不能開孔，只能在上部胸墻上開孔，故開孔率較小。為保證上部透空結(jié)構(gòu)的消浪作用，在滿足結(jié)構(gòu)要求的前提下盡可能的加大消浪室。一般的沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭上部結(jié)構(gòu)只是將沉箱前艙頂面現(xiàn)澆混凝土形成碼頭面。為達(dá)到消能效果，將沉箱頂面整個(gè)現(xiàn)澆混凝土透空結(jié)構(gòu)，除底面、頂面和后面為實(shí)體外，其他全部為透空。為加大消浪室，將頂面和底面之間的隔墻取消，四角處采用棱柱支撐，消浪室的寬度為9.65 m，B/L約為0.2。

圖2　碼頭斷面結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural crosssection ofwharf

為驗(yàn)證透空式上部結(jié)構(gòu)的消浪效果，并確定結(jié)構(gòu)上的波浪力，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，分別按不同的頂面高程即+7.2 m、+6.7 m和+6.2 m，即不同的消浪室高度進(jìn)行了3個(gè)方案的模型試驗(yàn)。透空式上部結(jié)構(gòu)具體尺寸見圖3。

圖3　胸墻結(jié)構(gòu)圖（單位：mm）Fig.3 Structu re of breastwall(mm)

4　結(jié)果分析

各水位重現(xiàn)期不規(guī)則波作用下3個(gè)方案的模型試驗(yàn)結(jié)果[3]詳見表2、表3。

表2　碼頭前沿波高值Table2 W aveheightsat frontofwharf

從表中可以看出：

1）碼頭面高程+6.2 m，消浪室高度1.8 m，極端高水位50 a重現(xiàn)期不規(guī)則波作用時(shí)越浪量最大，為0.082 9m3/（m·s），最大水舌厚度為1.95m。設(shè)計(jì)高水位時(shí)的上部結(jié)構(gòu)開孔消能作用發(fā)揮較好，重現(xiàn)期10 a無越浪；

2）碼頭面高程+6.7 m，消浪室高度增大到2.3m，消能效果增強(qiáng)，極端高水位50 a重現(xiàn)期不規(guī)則波作用時(shí)越浪量為0.023 3m3/（m·s），最大水舌厚度1.65m，設(shè)計(jì)高水位10 a重現(xiàn)期無越浪；

3）碼頭面高程+7.2 m，消浪室高度增大到2.8m，消能效果最好，極端高水位重現(xiàn)期50 a不規(guī)則波作用下的越浪量為0.003 6m3/（m·s），最大水舌厚度為1.05m，設(shè)計(jì)高水位10 a重現(xiàn)期無越浪。

物模試驗(yàn)結(jié)果表明，在消浪室寬度一定的情況下，消浪室的高度越大，碼頭前的比波高值越小，消能效果越好，但碼頭面頂高程也越高，這樣不但碼頭的工程造價(jià)高，且與后方陸域的高差較大，銜接困難。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，碼頭頂面高程6.2 m、消浪室高度1.8 m時(shí)，設(shè)計(jì)高水位時(shí)重現(xiàn)期10 a無越浪，極端高水位50 a重現(xiàn)期的越浪量為0.082 9 m3/（m·s），基本上可以滿足碼頭的使用要求，故碼頭頂面高程確定為6.2m，為減小越浪量，改善極端高水位下碼頭上浪情況，在碼頭前沿設(shè)置封閉的護(hù)輪坎，護(hù)輪坎高度為0.5m，此時(shí)越浪量減小至0.078 8 m3/（m·s），滿足設(shè)計(jì)和使用要求。

表3　碼頭面上浪試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Test resultsof overtopp ing on whar f deck

5　結(jié)語(yǔ)

在青島港郵輪碼頭的設(shè)計(jì)中，通過物理模型試驗(yàn)結(jié)果的研究表明，只在上部結(jié)構(gòu)采用透空形式進(jìn)行消浪，在減小碼頭上水、降低碼頭面高程方面效果顯著。而且采用透空式上部結(jié)構(gòu)，在降低碼頭頂面高程的同時(shí)可降低碼頭前沿的比波高值，改善碼頭前沿的泊穩(wěn)條件。這對(duì)郵輪碼頭這種客運(yùn)碼頭來說，提高了船舶停靠時(shí)的舒適性。本工程的設(shè)計(jì)思路及試驗(yàn)數(shù)據(jù)可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

[1]中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.青島港老港區(qū)郵輪碼頭工程可行性研究報(bào)告[R].2012. CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Engineering feasibility study reportofcruisewharf in Qingdao Port[R].2012.

[2]JTS 167-2—2009，重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 167-2—2009,Design and construction code for gravity quay [S].

[3]交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所.青島港老港區(qū)郵輪碼頭工程斷面波浪物理模型試驗(yàn)研究報(bào)告[R].2012. Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,M.O.T. Physicalmodel reportofwave condition of cruise wharf in Qingdao Port[R].2012.

[4]交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所.青島港老港區(qū)郵輪碼頭工程碼頭泊穩(wěn)數(shù)學(xué)模型研究報(bào)告[R].2012. Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,M.O.T. Mathematicalmodel report of anchor stability condition of cruise wharf in Qingdao Port[R].2012.

[5]邱駒.港工建筑物[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002. QIU Ju.Harbour engineering building[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

[6]習(xí)和忠.開孔沉箱防波堤消浪作用的理論研究及應(yīng)用[J].港口工程，1994（6）：11-16. XI He-zhong.Theoretical study and application on perforated caisson breakwaterwave dissipation[J].Port Engineering,1994(6): 11-16.

[7]施曉迪，琚烈紅.開孔沉箱消浪性能試驗(yàn)研究[J].水運(yùn)工程，2011（3）：16-20. SHIXiao-di,JU Lie-hong.Experimental research onwaveattenuation effectiveness ofperforated caisson[J].Port&Waterway Engineering,2011(3):16-20.

Design and study on permeable superstructure of cruise wharf in Qingdao Port

ZOUYi-bo1,GUOChun-ling2,FUAi-zhen2
（1.CCCCTianjin PortEngineering InstituteCo.,Ltd.,Tianjin 300222,China; 2.CCCCFirstHarborConsultantsCo.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

A permeable superstructure in wharf design can reduce wave forces acted on the wharf and reduce overtopping，thus lowering down theelevation of thewharf deck.Taking the cruisewharf in Qingdao Portasan example,thewharf structure is optimized through physical model tests to determine the dimensions of hollows in the breast wall and the wharf surface elevation.The analysis results show that,with the permeable superstructure to dissipatewaves,themethod doeswell to reduce overtopping and wharf elevation.Itmay provide a reference to similar projectdesign.

cruise terminal;permeable superstructure;wave dissipation;overtopping

U656.111

A

2095-7874（2016）06-0025-04

10.7640/zggw js201606006

2016-03-21

鄒一波（1983—），男，遼寧沈陽(yáng)市人，工程師，港口航道與海岸工程專業(yè)。E-mail：zouyibo@163.com