煤灰渣出運(yùn)碼頭柔性靠船樁簇設(shè)計(jì)

胡雄飛，張帆，崔高領(lǐng)

（南海工程設(shè)計(jì)院，廣東 湛江 524001）

柔性靠船樁是一種基本的靠船水工建筑物，其功能是在碼頭前沿直接承受船舶的撞擊荷載。利用柔性靠船樁的變形和護(hù)舷的變形來吸收船舶的撞擊能量。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，柔性靠船樁可以分為單樁、雙樁與多樁：①單樁柔性靠船樁，在受撞擊過程中變形較大；②由多根樁組成的柔性靠船樁簇，在受撞擊的過程中，變形較小。用于裝卸碼頭前沿靠泊水工建筑物，更宜采用柔性靠船樁簇，其變形小，泊穩(wěn)條件優(yōu)良，且可為船只在碼頭前沿提供一個(gè)小型工作平臺(tái)。本文通過對(duì)某煤灰渣出運(yùn)碼頭工程采用的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和論述，為中小型柔性靠船樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

1.1 工程規(guī)模

某煤灰渣出運(yùn)碼頭位于湛江市港灣內(nèi)，為引橋輸送帶式碼頭，碼頭設(shè)一個(gè)3000t級(jí)干散貨船泊位，停泊水域總長99.8m，寬度為24.0m，碼頭前沿頂高程為6.50m，前沿底高程為-4.00m。

1.2 設(shè)計(jì)水位

本工程高程系采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚恪?/p>

極端高水位：6.43m 設(shè)計(jì)高水位：4.10m

設(shè)計(jì)低水位：0.43m 極端低水位：-0.56m

1.3 工程地質(zhì)

根據(jù)《工程勘察報(bào)告》，場(chǎng)地地基巖、土層的分布及其物理力學(xué)性質(zhì)自上而下共有六種土層，依次為：

1.3.1 新近人工填土層（Q4ml）——

素填土：為老填土，均勻性較差。以淺灰色為主，濕～飽和，松散。主要由煤灰組成，層厚6.00～7.50m。

1.3.2 第四系全新統(tǒng)海積層（Q4m）——

淤泥：黑、灰黑色，飽和，流塑。具微臭味，局部含較多砂粒及少量腐殖質(zhì)。該層各孔段均有分布，層厚0.90～6.70m，層頂埋深0.00～7.50m。

1.3.3 第四系下更新統(tǒng)湛江組海陸交互相沉積層（Q1zmc）——

粉質(zhì)黏土：灰黃、淺黃色，濕，可塑。主要由粉黏粒組成，黏性總體較好，局部夾薄層狀中砂。該層各孔段均有分布，層厚0.60～5.40m，層頂埋深0.90～13.00m。

粉質(zhì)黏土：淺灰白、淺灰黃、淺紅等色，濕～稍濕，可塑硬塑。主要由粉黏粒組成，黏性總體較強(qiáng)，局部含較多砂粒。層厚3.40～5.60m，層頂埋深3.50～5.90m。

中砂：黃紅、褐黃、黃等色，飽和，稍密～中密。顆粒級(jí)配總體較好，局部過渡為粗砂或夾薄層狀粉質(zhì)黏土。該層各孔段均有分布，層厚1.30～10.40m，層頂埋深4.00～16.20m。

粉質(zhì)黏土：淺灰白色為主，局部雜淺紅、淺灰黃等色，稍濕，硬塑。主要由粉黏粒組成，局部含較多砂粒。該層各孔均有分布且均未揭穿，揭露厚度1.20～14.90m，層頂埋深10.10～19.00m。

2 平面布置

平面布置應(yīng)保證船舶在碼頭前沿靠泊、裝卸時(shí)具有安全平穩(wěn)的條件，除此之外還需控制造價(jià)、方便施工以及后期使用及維護(hù)。

本工程布置方案如下：

共設(shè)置2座墩臺(tái)，2座系船塊體，以輸送帶為中心線呈對(duì)稱式布置。兩靠船墩間距為20.7m，布置于碼頭前沿一線，兩系船塊體間距190.0m，布置于輸送帶棧橋后方護(hù)岸上，距碼頭前沿約80m（如圖1、圖2、圖3）。

圖1 總平面布置圖

圖2 碼頭平面圖

圖3 碼頭立面圖

3 靠船墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

本工程共設(shè)計(jì)了2個(gè)靠船墩結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比選，具體的方案如下：

方案一：PHC管樁高樁混凝土墩臺(tái)?；炷炼张_(tái)頂標(biāo)高6.00m，長為5.00m，寬為4.00m，靠船構(gòu)件底標(biāo)高為3.00m，墩臺(tái)采用C35混凝土澆筑。共使用4根PHC管樁，樁徑為700mm，橫向間距1.8m，縱向間距2.7m，管樁頂標(biāo)高5.00m，底標(biāo)高-25.4m，長度為30.4m。護(hù)舷橫向采用D200×200×1500L橡膠護(hù)舷，縱向采用D500×500×1500L橡膠護(hù)舷，系船柱采用250KN系船柱。（圖4）

圖4 結(jié)構(gòu)方案一（PHC管樁高樁混凝土墩臺(tái)）

方案二：柔性靠船樁墩臺(tái)?？看粘叽?.31×2.51m，墩頂標(biāo)高6.00m?；鶚恫捎?根外徑710mm、壁厚16mm的鋼管直樁。樁長26m，樁頂標(biāo)高6.00m，樁底標(biāo)高-20.00m。樁位布置：靠近碼頭第一排樁共2根，沿碼頭前沿線方向間距為1.8m；第二排樁共3根，垂直碼頭前沿線方向距離前一排樁為1.8m，沿碼頭前沿線方向間距為1.8m?？傮w5根樁呈五環(huán)布置。鋼管樁樁與樁之間采用型號(hào)[18槽鋼進(jìn)行連接，連接方式除焊接外，關(guān)鍵部位采用塞焊技術(shù)進(jìn)行加固。頂部鋼板與下部基礎(chǔ)連接采用焊接方式，關(guān)鍵部位采用塞焊技術(shù)進(jìn)行加固?？看张_(tái)上方布置一組直徑200mm鋼管式雙系船柱。橡膠護(hù)舷采用SA（DA-A）400H×1000L橡膠護(hù)舷（低反力型）。（圖5、圖6）

圖5 結(jié)構(gòu)方案二（柔性靠船樁墩臺(tái)立面圖）

圖6 結(jié)構(gòu)方案二（柔性靠船樁鋼管樁連接平面圖）

對(duì)2個(gè)結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行比選，優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

表1 靠船墩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選

本工程面臨主要問題：要求在臺(tái)風(fēng)來臨之前完成，時(shí)間緊，工程投資有限，施工機(jī)械進(jìn)場(chǎng)不便。

綜上所述，以上兩個(gè)方案均可行，從兩個(gè)方案的對(duì)比可以看出，柔性靠船樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)工程造價(jià)低、施工工期短、施工工藝成熟便捷、墩臺(tái)自重小、更能適應(yīng)地基變形對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，經(jīng)綜合比較，推薦采用柔性靠船樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)。

4 柔性靠船樁設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

鋼材強(qiáng)度高，具有良好的可加工性。對(duì)于水運(yùn)工程，鋼結(jié)構(gòu)的成熟設(shè)計(jì)，以及普及運(yùn)用將越來越普遍化。下面就柔性靠船樁設(shè)計(jì)談三點(diǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：

（1）柔性靠船樁整體性：靠船樁簇由五根鋼管樁組成，呈五環(huán)布置。樁頂設(shè)置一塊鋼板平臺(tái)，樁與樁之間使用了4組槽鋼組合進(jìn)行連接，連接方式為焊接。相鄰每三樁之間形成等邊三角形，使得靠船樁簇前兩根樁所受荷載，較均勻傳遞給后方的鋼管樁；靠船樁簇在使用時(shí)，受到船的撞擊，會(huì)產(chǎn)生扭矩，一般工程中解決方案是安裝抗扭臂，用以抵抗扭矩，以及提高局部剛度。本工程為了節(jié)約投資以及工期，采用焊接技術(shù)中的塞焊技術(shù)用來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體連接性以及局部剛度。塞焊是焊接技術(shù)中成熟的技術(shù)工藝，板與板之間，板與槽鋼之間，除了普通焊接外，再施以塞焊，可以達(dá)到類似在鋼材間加螺栓的效果，且不影響局部鋼材整體性。

（2）柔性靠船樁局部剛度：考慮到樁體在泥面附近內(nèi)力較大，在沉樁前，在樁體泥面附近加設(shè)了1.5m長度的鋼套筒，套筒采用螺栓連接，以此措施，增加靠船樁的局部剛度。

（3）橡膠護(hù)舷與樁身的連接：本工程靠泊的船舶噸位較小，且設(shè)計(jì)高低水位變化較大，不宜采用常見的鼓型橡膠護(hù)舷。同時(shí)考慮到靠船時(shí)撞擊力較大，為提高整體性，本工程于靠船樁簇前兩樁前加設(shè)一塊鋼板（圖4），鋼板通過普通焊接與塞焊與樁身以及槽鋼連接，再在其上安裝豎向SA（DA-A）型橡膠護(hù)舷，從而達(dá)到柔性靠船樁簇受力更為合理的效果，提高安全耐久性。

5 結(jié)語

本工程已完工三年，（圖7為工程實(shí)物圖片）目前試運(yùn)行效果良好。柔性靠船樁結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)受力明確，結(jié)構(gòu)可靠，構(gòu)造簡單，造價(jià)低，施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。本煤灰渣出運(yùn)碼頭在工期緊、資金有限的情況下，其成功建設(shè)為本項(xiàng)目可回收資源的開發(fā)，以及環(huán)境保護(hù)起到了非常關(guān)鍵的作用。除此之外，對(duì)于其他類似工程建設(shè)具有借鑒意義。

圖7 工程竣工圖