衡重式碼頭在安徽內(nèi)河港口中的應(yīng)用

張海民, 王志勇, 毛 成

(安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230011)

1 工程概況

本工程位于蕪湖市無(wú)為縣石澗鎮(zhèn)柴林村,裕溪河右岸,上游距在建的磊達(dá)二期工程約11 m,下游距鑫海碼頭約30m。

本工程擬采用挖入式港池形式,口門與港池連續(xù)布置,口門段總長(zhǎng)78 m,寬為35 m,港池段長(zhǎng)150 m,寬35～80 m,沿港池北側(cè)布置2個(gè)連續(xù)的綜合泊位,泊位總長(zhǎng)145 m。

碼頭陸域布置在港池北側(cè),沿碼頭方向長(zhǎng)84 m,縱深77 m。碼頭作業(yè)區(qū)按使用功能劃分為停車場(chǎng)、前方作業(yè)區(qū)、附屬設(shè)施。停車場(chǎng)尺寸為65 m×45 m;前方作業(yè)帶根據(jù)陸域長(zhǎng)度布置,長(zhǎng)180 m,寬20 m/40 m;附屬設(shè)施主要有值班室和地磅,值班室布置在進(jìn)港道路入口處;港內(nèi)道路均按9 m寬設(shè)計(jì)[1]。碼頭陸域平面布置如圖1所示。

圖1 無(wú)為鴻洋碼頭平面布置圖

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)域地質(zhì)剖面如圖2所示，分層情況如下：

圖2 地質(zhì)剖面圖

第①層:素填土(Q4ml),灰、灰黃色,松散,含少量植物根莖、碎石、片石,局部鉆孔含量較大,為近期回填,欠自重固結(jié),層厚0.50～3.80 m,層底標(biāo)高6.60～10.50 m。

第⑦ 層:泥質(zhì)砂巖(S),強(qiáng)風(fēng)化,灰黃色,原巖結(jié)構(gòu)破壞,呈砂土狀、碎塊狀。較密實(shí),實(shí)測(cè)重型動(dòng)探擊數(shù)平均值N63.5=23擊。

表1 樁基巖土設(shè)計(jì)參數(shù)

3 設(shè)計(jì)條件

3.1 設(shè)計(jì)高程

設(shè)計(jì)高水位:11.94 m(10%頻率)。

設(shè)計(jì)低水位:6.19 m(95%保證率)。

碼頭面高程:13.5 m。

設(shè)計(jì)河底高程:2.69 m。

3.2 設(shè)計(jì)荷載[2]

堆貨荷載:0～10 m，20 kPa;10～20 m，40 kPa。

汽車荷載:30 t。

基本風(fēng)壓:0.35 kPa。

水流力:2 m/s。

10 t-18 m固定吊:自重68 t,傾覆力矩300 t·m。

4 結(jié)構(gòu)方案

受限于規(guī)劃岸線長(zhǎng)度,本工程采用挖入式港池,在滿足規(guī)范水域要求下,可利用的陸域面積較為有限,縱深最小處只有40 m。根據(jù)地質(zhì)條件可知:本工程淤泥層厚度超過(guò)10 m,邊坡坡度需小于1∶5才能穩(wěn)定,如采用高樁結(jié)構(gòu)和斜坡結(jié)構(gòu)等將無(wú)可利用的陸域。根據(jù)以上情況可考慮的方案有重力式結(jié)構(gòu)和板樁結(jié)構(gòu)。

目前內(nèi)河重力式碼頭主要是階梯形結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)斷面和底寬均較大,基坑開(kāi)挖范圍較大,而衡重式結(jié)構(gòu)底寬稍小,基坑開(kāi)挖較小。結(jié)合本工程的陸域條件宜采用衡重式結(jié)構(gòu)。

4.1 方案一

擋墻采用衡重式結(jié)構(gòu),由鉆孔樁基礎(chǔ)、混凝土底板、片石混凝土墻身和壓頂混凝土組成。樁基礎(chǔ)布置2排φ1 200 mm的鉆孔灌注樁,順碼頭向間距3.0 m,垂直碼頭方向間距2.9 m,平均樁長(zhǎng)16.5 m;通長(zhǎng)布置的混凝土底板與鉆孔樁采用剛結(jié)方式連接,底板寬4.7 m,厚0.8 m,前沿設(shè)置1.5 m長(zhǎng)0.4 m寬的預(yù)制混凝土板,入土深度0.5 m;片石混凝土墻身總高9.1 m,下墻墻高5.1 m,上墻墻高4.0 m,衡重臺(tái)臺(tái)寬3.0 m。墻后分層回填山皮石土,要求綜合內(nèi)摩擦角≥28°,前方作業(yè)帶采用硬化路面,從下往上依次為20 cm級(jí)配碎石墊層、25 cm水泥穩(wěn)定碎石和30 cm C35混凝土面層。

圖3 碼頭斷面圖

4.2 方案二

水工結(jié)構(gòu)采用板樁結(jié)構(gòu)方案。板樁碼頭由前墻、胸墻、拉桿和錨碇結(jié)構(gòu)組成,前墻采用0.7 m厚的地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu),墻頂標(biāo)高6.0 m;胸墻結(jié)構(gòu)采用矩形截面,墻高6.6 m,厚1.0 m,在標(biāo)高8.5 m處設(shè)置導(dǎo)梁與拉桿結(jié)構(gòu)連接;拉桿采用Q345鋼拉桿,直徑70 mm,順碼頭方向間距1.5 m;錨碇墻結(jié)構(gòu)采用T形結(jié)構(gòu),底板寬1.0 m,墻高2.5 m,墻厚0.5 m,墻前拋填塊石。

根據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]和《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3:

表2 主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表(方案一)

表3 主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表(方案二)

對(duì)比分析表2、表3的計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)兩種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體見(jiàn)表4。

表4 兩種水工結(jié)構(gòu)方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜合考慮,推薦方案一。

5 結(jié)束語(yǔ)

重力式碼頭是碼頭建筑物中使用較多的一種。其工作特點(diǎn)是依靠結(jié)構(gòu)本身及填料的重力來(lái)保持結(jié)構(gòu)滑移穩(wěn)定和傾覆穩(wěn)定。自重力大,對(duì)地基承載力要求高[5，6]。重力式碼頭按墻身結(jié)構(gòu)分為方塊結(jié)構(gòu)、沉箱結(jié)構(gòu)、扶壁結(jié)構(gòu)、空心方塊等。方塊碼頭砌筑時(shí)采用水平分層砌筑,斷面形式有階梯式、衡重式和帶卸荷板式[7]。階梯式結(jié)構(gòu)是比較早期使用的形式,它的斷面和底寬均較大,地基應(yīng)力不均勻,但由于它重心較低,其抗震性較好;衡重式結(jié)構(gòu)是在階梯式基礎(chǔ)上演變而來(lái),其主要特點(diǎn)是:重心后移,穩(wěn)定性得到提高;墻后土壓力減少;基地應(yīng)力分布均勻,但重心上移使得抗震性能降低,且在施工中容易產(chǎn)生塊體后傾穩(wěn)定性問(wèn)題。

目前,安徽省內(nèi)的重力式碼頭主要是階梯式結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)高度一般不宜超過(guò)10 m,在水位差較大的情況下(除地基條件較好)難以使用。本工程淤泥層較厚,地質(zhì)條件較差,采用重力式結(jié)構(gòu)需設(shè)置樁基才能滿足承載的要求。針對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),結(jié)合陸域的使用條件,本工程采用衡重式結(jié)構(gòu)減小了基坑開(kāi)挖,最大化地利用了陸域空間,滿足了工程使用的要求,為類似條件的工程提供了借鑒和指導(dǎo)作用。