孟加拉某卸煤碼頭水工結(jié)構(gòu)的選型研究

陳晴晴 古浩

摘 要：碼頭按結(jié)構(gòu)型式主要分為重力式、板樁式和高樁梁板式等結(jié)構(gòu)，本次以孟加拉某電廠(chǎng)碼頭為例，對(duì)水工結(jié)構(gòu)的選型進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：高樁梁板;結(jié)構(gòu)選型

中圖分類(lèi)號(hào)：U651 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2021）02-0114-03

1概述

孟加拉某碼頭位于孟加拉國(guó)南部城市巴里薩爾，博杜阿卡利縣，建設(shè)規(guī)模為3個(gè)8000噸卸煤泊位，設(shè)計(jì)年卸煤量375萬(wàn)噸。本次針對(duì)孟加拉某卸煤碼頭的特點(diǎn)，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，對(duì)碼頭水工結(jié)構(gòu)的選型開(kāi)展研究。

2工程地質(zhì)

根據(jù)工程區(qū)域的地質(zhì)資料顯示，擬建碼頭區(qū)域的土層自上而下分布如下（見(jiàn)圖1）：

②粉砂：沖積、灰色、松散、飽和，以石英顆粒為主，云母次之，含約25%的粉粘粒，無(wú)膠結(jié)，河床區(qū)鉆孔本層厚度11.5～18.0m，平均13.8m。標(biāo)貫擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值5.3擊，力學(xué)性質(zhì)較差。

⑤粉細(xì)砂：沖積、灰色、松散～稍密、飽和，以石英顆粒為主，云母次之，含約10%～20%的粉粘粒，基本無(wú)膠結(jié)，河床區(qū)鉆孔本層厚度10.5～17.5m，平均14.5m。標(biāo)貫擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值10擊，力學(xué)性質(zhì)一般。

⑥細(xì)砂：沖積、灰色、以中密為主、局部稍密、飽和，以石英顆粒為主，云母次之，含約3%～10%的粉粘粒，無(wú)膠結(jié)，河床區(qū)鉆孔本層厚度11.0～18.5m，平均15.3m。標(biāo)貫擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值21.2擊，力學(xué)性質(zhì)較好。

⑥-1細(xì)砂：沖積、灰色、以密實(shí)為主、局部中密、飽和，以石英顆粒為主，云母次之，含約3%～10%的粉粘粒，無(wú)膠結(jié)，河床區(qū)鉆孔本層厚度13.0～19.0m，平均15.3m，本次未揭穿。標(biāo)貫擊數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值32.5擊，力學(xué)性質(zhì)好?？勺鳛楸敬未a頭良好的樁基持力層。

碼頭區(qū)各土層樁基參數(shù)詳見(jiàn)表2。

3碼頭主體結(jié)構(gòu)選型

碼頭按結(jié)構(gòu)型式可分為重力式、板樁式和高樁梁板等結(jié)構(gòu)。

擬建碼頭區(qū)域地基表層為松散～稍密狀砂層，平均厚度約為28m，具有壓縮性高、靈敏度高、易于變形等特點(diǎn)，工程性能較差。且考慮到碼頭平面為離岸式布置，碼頭平臺(tái)距離后方陸域約750m，重力式和板樁式結(jié)構(gòu)型式均不適用于本項(xiàng)目。

根據(jù)本項(xiàng)目上部松散土層、下部埋深較深處有良好樁基持力層的地質(zhì)特點(diǎn)，且考慮到碼頭采用離岸式棧橋平面布置型式，本項(xiàng)目碼頭主體結(jié)構(gòu)推薦采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)。

高樁梁板式碼頭主要由下部樁基、上部結(jié)構(gòu)組成。上部結(jié)構(gòu)通常包括樁帽、橫梁、縱向梁系、面板和靠船構(gòu)件等組成。高樁梁板式碼頭結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)為：

（1）高樁梁板結(jié)構(gòu)自重較輕、利用長(zhǎng)樁可達(dá)到較深的硬土層，樁基承載力較高，使用期結(jié)構(gòu)沉降變形小，結(jié)構(gòu)受力明確;

（2）透空性較好，對(duì)水流及原有地形的影響均較小;

（3）高樁梁板式碼頭的上部結(jié)構(gòu)可采用預(yù)制裝配式，可以利用后方陸域作為預(yù)制構(gòu)件場(chǎng)地，減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，加快施工進(jìn)度。

4下部樁基選型

4.1碼頭樁基類(lèi)型及特點(diǎn)

目前，高樁碼頭常見(jiàn)的基樁有預(yù)制混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混凝土管樁、鉆孔灌注樁、鋼管樁等。

預(yù)制混凝土方樁的預(yù)制時(shí)間長(zhǎng)，樁的抗彎能力有限，目前已較少采用。

預(yù)應(yīng)力混凝土管樁具有樁身強(qiáng)度高、抗彎能力高、耐錘擊能力強(qiáng)、水流阻力小、養(yǎng)護(hù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)造價(jià)適中，在高樁碼頭結(jié)構(gòu)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

鉆孔灌注樁對(duì)各類(lèi)地基的適應(yīng)性較強(qiáng)，施工時(shí)不需要大型沉樁設(shè)備，能較好適應(yīng)各類(lèi)沉樁環(huán)境;能夠進(jìn)入巖層，樁身剛度大，承載力高。但灌注樁成孔速度慢，樁基費(fèi)用相對(duì)較高。

鋼管樁具有抗彎、抗拉、抗剪性能優(yōu)，強(qiáng)度高、水流阻力小、加工方便、沉樁容易、質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛地應(yīng)用于碼頭噸位大、地質(zhì)條件差、風(fēng)浪大的工程中。但是相對(duì)于其他樁型，鋼管樁造價(jià)較高。

4.2本工程樁型選取分析

根據(jù)本項(xiàng)目的地質(zhì)勘察報(bào)告，考慮沉樁方便，以Φ1000mm鋼管樁作為設(shè)計(jì)樁型，以Φ1000mmPHC管樁（加長(zhǎng)鋼樁尖）和Φ1200mm鉆孔灌注樁作為備選樁型。

5上部結(jié)構(gòu)型式

5.1 上部結(jié)構(gòu)型式確定

梁板式高樁碼頭的橫梁為排架主梁，可以直接支承在基樁上，或通過(guò)樁帽與基樁連接。通常需要設(shè)置樁帽的碼頭，一般以下幾種情況：

（1）沿海風(fēng)浪大，施工條件差的大跨度高樁碼頭，為便于上部預(yù)制結(jié)構(gòu)的安裝施工，通常設(shè)置樁帽。

（2）當(dāng)橫梁采用預(yù)制時(shí)，通常在樁與橫梁之間設(shè)置現(xiàn)澆樁帽，以利于調(diào)整沉樁偏位和樁頂標(biāo)高。

（3）采用大直徑樁基（1.2m及以上），為避免橫梁寬度過(guò)大，通常在樁與橫梁之間設(shè)置現(xiàn)澆樁帽，以便于橫梁擱置。

圖2為我國(guó)沿海某港區(qū)10萬(wàn)噸級(jí)通用碼頭泊位[1]，采用樁帽布置型式。

本工程位于Rabnabad河，掩護(hù)條件較好，施工水位不高，碼頭上部卸船機(jī)規(guī)格不大，考慮采用樁基直徑1m的預(yù)制樁，采用樁頂直接現(xiàn)澆橫梁的做法。根據(jù)我院在國(guó)內(nèi)入海河口碼頭設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和工程實(shí)例，碼頭排架結(jié)構(gòu)可以不需要設(shè)置樁帽，橫梁可以直接支承在基樁上，取消樁帽結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：一是減少了上部砼工程量，有利于節(jié)省工程投資;二是減少了施工工序，有利于加快施工進(jìn)度。

根據(jù)上述的有關(guān)分析內(nèi)容，本次碼頭上部結(jié)構(gòu)由橫梁、縱向梁系、疊合面板等組成，橫梁直接擱置在樁基上。

5.2 上部結(jié)構(gòu)布置

5.2.1縱梁的布置

縱梁的布置一般與碼頭軌道式裝卸設(shè)備的軌道間距有關(guān)，卸煤泊位采用軌道式的橋式抓斗卸船機(jī)[2]。碼頭的縱向梁系布置在卸船機(jī)軌道位置處，在軌道梁中間為了保證碼頭的整體剛度，設(shè)置2～3道縱梁。

5.2.2面板的布置

根據(jù)我們?cè)谙嗨乒こ痰脑O(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，面板的厚度與面板跨度、上部荷載有著直接的關(guān)系。因此，碼頭預(yù)制面板考慮擱置在縱向梁系上，可以有效減小預(yù)制板的厚度，并通過(guò)現(xiàn)澆板縫將面板連接成整體。

5.2.3合理橫向排架的確定

針對(duì)確定合理的排架，國(guó)內(nèi)某海港做過(guò)專(zhuān)門(mén)的研究[3]，該項(xiàng)研究對(duì)于鋼管樁和PHC樁梁板式結(jié)構(gòu)分別選取了橫向排架間距為6m、7m、8m、9m、10m、11m、12m共7個(gè)間距進(jìn)行了方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后得出結(jié)論是“碼頭承臺(tái)排架間距8.0m時(shí)最為經(jīng)濟(jì)”，如圖3。當(dāng)然，該項(xiàng)研究針對(duì)的是某集裝箱海港碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，與本工程在地質(zhì)、水文以及工藝荷載等方面有一些不同，但也有一定的借鑒意義。因此，本次重點(diǎn)針對(duì)卸煤泊位8m排架間距進(jìn)行了計(jì)算。

本項(xiàng)目確定的碼頭平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)方案為：卸煤泊位碼頭平臺(tái)排架間距為8m碼頭上部結(jié)構(gòu)由現(xiàn)澆橫梁、縱向梁系、迭合面板和靠船構(gòu)件等組成，其中縱向梁系包括邊梁、普通縱梁、軌道梁。圖4為本次優(yōu)化設(shè)計(jì)后的碼頭斷面。

6 結(jié)語(yǔ)

本次針對(duì)孟加拉某卸煤碼頭水工結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行研究，對(duì)碼頭下部樁基及上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了較詳細(xì)的技術(shù)分析，為類(lèi)似工程的結(jié)構(gòu)選型提供了借鑒，也為工程設(shè)計(jì)提供了有力依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》，交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院.

[2]《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013）.

[3]許錫賓，對(duì)長(zhǎng)江中、下游地區(qū)高樁碼頭結(jié)構(gòu)型式的探討，水運(yùn)工程[J]，1989（4）.