試析超深基槽重力式碼頭結(jié)構(gòu)選型和設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

張笑笑

摘 要：近年來(lái)，水運(yùn)領(lǐng)域中重力式碼頭結(jié)構(gòu)的應(yīng)用率日益提高，港口建設(shè)企業(yè)對(duì)于超深基槽重力式碼頭結(jié)構(gòu)的接受度也不斷上升，該碼頭結(jié)構(gòu)逐漸受到人們的青睞。為更好地設(shè)計(jì)超深基槽重力式碼頭結(jié)構(gòu)并開(kāi)展施工建設(shè)，應(yīng)結(jié)合碼頭類型與施工工藝來(lái)完善建設(shè)，使其優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮。

關(guān)鍵詞：精確延期 深孔 爆破技術(shù)

1.前言

就目前而言，重力式碼頭屬于國(guó)內(nèi)碼頭建設(shè)中常見(jiàn)的碼頭結(jié)構(gòu)類型之一，其優(yōu)點(diǎn)在于荷載承受力佳、抗冰性與抗凍性能良好，且結(jié)構(gòu)牢固等，因此在各類港口建設(shè)中，能夠較好地結(jié)合裝卸工藝、地面集中荷載對(duì)于環(huán)境的要求與轉(zhuǎn)變狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)與適應(yīng)。為更好地完善與設(shè)計(jì)超深基槽重力式碼頭在結(jié)構(gòu)選型、施工階段所使用到的重要技術(shù)，應(yīng)對(duì)建設(shè)過(guò)程中的各類影響因素進(jìn)行綜合分析，從而確保重力式碼頭設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)能有效貫徹落實(shí)。

2.超深基槽重力式碼頭設(shè)計(jì)重要技術(shù)

2.1基礎(chǔ)特力層設(shè)計(jì)

作為超深基槽重力式碼頭中的重大結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)特力層對(duì)碼頭適應(yīng)地形變化的能力、荷載承受力及對(duì)海水與地面作用力的承受水平等均有重大影響。設(shè)計(jì)師在對(duì)超深基槽重力式碼頭進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要結(jié)合港口碼頭的使用荷載承受范圍、工程的地質(zhì)狀況來(lái)落實(shí)與完善基礎(chǔ)特力層的設(shè)計(jì)。

2.2基槽開(kāi)挖設(shè)計(jì)

基槽開(kāi)挖環(huán)節(jié)中的斷面設(shè)計(jì)以及底部寬度設(shè)計(jì)工作兩項(xiàng)內(nèi)容，構(gòu)成了超深基槽重力式碼頭的基槽開(kāi)挖設(shè)計(jì)內(nèi)容。斷面設(shè)計(jì)需結(jié)合基槽應(yīng)力擴(kuò)散線的分布狀況、有關(guān)基槽參數(shù)設(shè)計(jì)以及施工成本來(lái)明確底部寬度的實(shí)際數(shù)值。此環(huán)節(jié)中，所設(shè)計(jì)的基槽底部寬度應(yīng)超過(guò)基床厚度與2倍碼頭墻體寬度之和，并且需要結(jié)合基槽擴(kuò)散線參數(shù)隨基床位移而發(fā)生的變化進(jìn)行有關(guān)的調(diào)整與優(yōu)化。值得注意的是，在基槽開(kāi)挖時(shí)，通常應(yīng)用直線結(jié)構(gòu)（一字型）來(lái)對(duì)斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)，各土層間產(chǎn)生互相交錯(cuò)的狀態(tài)，并且斷層高程一定的差異性，應(yīng)結(jié)合抗力數(shù)值來(lái)明確基槽開(kāi)挖邊坡角度的具體數(shù)值。

2.3基槽拋石的設(shè)計(jì)

通常而言，在設(shè)計(jì)超深基槽重力式碼頭的基槽拋石時(shí)，面對(duì)基槽拋石較厚的狀況，第一步就是要對(duì)基床底面之下的拋石體積和相應(yīng)的地基體積實(shí)施交換施工作業(yè)，而在具體的設(shè)計(jì)內(nèi)容方面，應(yīng)適度進(jìn)行調(diào)整，對(duì)基槽拋石進(jìn)行劃分，分為兩層結(jié)構(gòu)，即拋石換填層與拋石基床。該處理方式一方面能夠確保土體性質(zhì)與基槽內(nèi)部整體承載能力發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變，另一方面有利于節(jié)約港口碼頭建設(shè)的成本，以獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。重力式碼頭設(shè)計(jì)參數(shù)方面，設(shè)計(jì)潮位應(yīng)用的是極端低水位、極端高水位、設(shè)計(jì)低水位以及設(shè)計(jì)高水位。設(shè)計(jì)波浪施工期通常為5至10年，重現(xiàn)期為50年。波高累積頻率，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與強(qiáng)度為H1%，基床護(hù)底護(hù)肩塊石穩(wěn)定驗(yàn)算為H5%。在離泊風(fēng)速方面，港內(nèi)為22m/s。應(yīng)注重結(jié)合拖輪、船舶、碼頭等相關(guān)因素來(lái)明確緊急離泊波高，通常情況下為1.5至2米。此外應(yīng)結(jié)合船舶泊位掩護(hù)狀況以及滿載的排水量來(lái)確定船舶的法向靠岸速度。結(jié)合地質(zhì)資料，選擇地基物理學(xué)指標(biāo)，針對(duì)回填材料與其他建筑材料涉及到的物理學(xué)指標(biāo)，應(yīng)借鑒我國(guó)港口工程的相關(guān)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選擇，需要時(shí)可運(yùn)用檢測(cè)的方式來(lái)明確。碼頭設(shè)計(jì)施工的幾大參數(shù)包括碼頭總體布局參數(shù)，如碼頭面高程、碼頭前設(shè)計(jì)底標(biāo)高等，此外碼頭荷載與工藝布置尺度同樣也是關(guān)鍵參數(shù)。

3.超深基槽重力式碼頭案例分析

某碼頭作業(yè)區(qū)泊位工程屬于重點(diǎn)配套項(xiàng)目，此項(xiàng)目的深水泊位為5個(gè)，岸線長(zhǎng)度為1646m。

（1）結(jié)構(gòu)方案的比選。從高樁離岸式與重力連片式這兩種結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行技術(shù)與經(jīng)濟(jì)比選。前者可分成前樁臺(tái)與后樁臺(tái)，樁基由11根鋼管樁組成，排架間距為10米，面板、軌道梁、縱梁、橫梁以及樁帽構(gòu)成了上部結(jié)構(gòu)。碼頭平臺(tái)由棧橋（95至150米）連接陸域，駁岸設(shè)置于陸域前方。

（2）結(jié)構(gòu)選型及方案可行性分析（如表1）。其一，高樁式結(jié)構(gòu)的造價(jià)比重力式結(jié)構(gòu)低。通過(guò)比較分析，發(fā)現(xiàn)由于下部工程量較大（基槽開(kāi)挖與拋石等），在競(jìng)標(biāo)報(bào)價(jià)中，相對(duì)于鋼筋混凝土工程，土石方工程的報(bào)價(jià)下浮空間大。在總投資方面，重力式結(jié)構(gòu)土石方所占比重更高，其在施工投標(biāo)期間下浮空間更大，故實(shí)際工程投資差距較小。其二，重力式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是超厚拋石與超深基槽，基槽開(kāi)挖底的高程為-35至-51.5米，按照3.7米的平均潮位計(jì)算，基槽拋石厚度為23.5至40.0米，基槽開(kāi)挖施工水深范圍為38.6至55.1米。其三，重力式碼頭結(jié)構(gòu)方案基槽開(kāi)挖量為1229萬(wàn)平方米，基槽拋石與爆夯量為366萬(wàn)平方米，海沙回填量為380萬(wàn)平方米，基槽開(kāi)挖與砂石用量較大，基槽挖方能夠使用到陸域吹填造陸方面，可見(jiàn)選擇重力式結(jié)構(gòu)擁有較佳的砂石地材供應(yīng)條件。

（3）設(shè)計(jì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)。一是基礎(chǔ)持力層設(shè)計(jì)。結(jié)合實(shí)際情況，該工程在選擇土基持力層方面，將如下兩項(xiàng)計(jì)算指標(biāo)作為基礎(chǔ)。其一是施工圖設(shè)計(jì)選擇的基礎(chǔ)持力層為Ⅲ2粉質(zhì)黏土與Ⅲ4中粗砂混粘性土層；其二是地基承載力抗力分項(xiàng)系數(shù)γR≥3.0，按照計(jì)算要求，Ⅲ粉質(zhì)黏土層按保留厚度小于6米予以控制，對(duì)于厚度大的區(qū)域?qū)嵤┎糠掷门c部分開(kāi)挖的方案。二是基槽開(kāi)挖設(shè)計(jì)?；坶_(kāi)挖底寬設(shè)計(jì)，此次工程基槽開(kāi)挖底寬前邊線依據(jù)拋石換填層1比1與拋石基床層1比1.5予以控制，后邊線則依照1比0.5進(jìn)行控制，每斷面的開(kāi)挖寬度能夠減少14米左右，此外設(shè)計(jì)過(guò)程中還應(yīng)計(jì)算并復(fù)核沉降量、地基承載能力、抗滑穩(wěn)定性等指標(biāo)。基槽開(kāi)挖斷面設(shè)計(jì)方面，由于持力層并非均勻分布，高程起伏大，土層間互相交錯(cuò)，基槽開(kāi)挖底邊線主要為高程控制，通常為一字型直線設(shè)計(jì)，基槽開(kāi)挖所應(yīng)用的是陡邊坡設(shè)計(jì)，Ⅰ層為混合層，包含砂、淤泥質(zhì)土與淤泥質(zhì)土層，開(kāi)挖坡度為1比3，Ⅱ～Ⅲ層則是砂與黏土、粉細(xì)砂的混合層，開(kāi)挖坡度為1比2。因處在施工期臨時(shí)開(kāi)挖，故可適度放寬抗力分項(xiàng)系數(shù)γR的取值，基槽開(kāi)挖設(shè)計(jì)平均超寬為2米，超深為1米。通過(guò)施工階段的觀測(cè)，證實(shí)技術(shù)水平與施工設(shè)施均符合精度要求。三是基槽拋石分層設(shè)計(jì)。按照規(guī)定，對(duì)于較厚的基槽拋石，位于基床底面之下的拋石體能夠?qū)嵤┑鼗鶕Q填措施，將基槽拋石進(jìn)行分類，分成拋石基床與拋石換填兩層。此項(xiàng)工程共332萬(wàn)立方米的拋石換填量，由此表明基槽拋石設(shè)計(jì)具有一定的價(jià)值，同時(shí)對(duì)于節(jié)省投資成本具有積極的意義。拋石基床厚度設(shè)計(jì)，按照重力式的有關(guān)規(guī)定，結(jié)合地基承載能力與應(yīng)力擴(kuò)散等因素進(jìn)行綜合分析，計(jì)算得出基床拋石厚度為6米?；蹝伿粚?shí)設(shè)計(jì)方面，基槽拋石的夯實(shí)應(yīng)用分層爆夯法，依據(jù)小于或等于8米對(duì)爆夯分層厚度進(jìn)行控制，對(duì)基床頂層進(jìn)行爆夯之后，實(shí)施兩遍重錘夯。根據(jù)設(shè)計(jì)的相應(yīng)要求，施工控制按照平均夯沉量的15%開(kāi)展。同時(shí)加大對(duì)后期沉降幾率較大的地段的爆夯次數(shù)。就實(shí)際施工成果而言，平均夯沉量大于14.5%，并能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。

4.結(jié)語(yǔ)

在水運(yùn)行業(yè)不斷進(jìn)步的今天，碼頭選址與施工環(huán)節(jié)中，超深基槽重力式碼頭結(jié)構(gòu)的應(yīng)用日益廣泛，因具備結(jié)構(gòu)形式豐富多變、地面荷載承受力大、結(jié)構(gòu)耐久性良好等優(yōu)勢(shì)，其得到了更多的建設(shè)及施工單位的歡迎，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

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