碼頭前沿鋼移動防浪墻的應(yīng)用分析

陸 峰

(廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

防浪墻是為防止波浪翻越壩頂而在壩頂擋水前沿設(shè)置的墻體，多用在水庫、河道、堤壩上，起防浪、防洪、擋水作用。傳統(tǒng)的防浪墻大多以鋼筋混凝土為主料，用模板澆筑而成，施工工藝繁瑣，雖起到了防浪、防洪、擋水的作用，但是由于混凝土結(jié)構(gòu)自重較大，不便于臨時安裝與拆卸。廣東某重力式碼頭前沿除了正常的裝卸作業(yè)功能之外，在前沿波浪較大的時候，為了保護(hù)后沿引堤段帶式輸送機(jī)等設(shè)施，需設(shè)置防浪結(jié)構(gòu)。為了克服鋼筋混凝土防浪墻的不可移動性，應(yīng)采用自重小同時強度大的結(jié)構(gòu)型式。本文參照鋼閘門結(jié)構(gòu)型式，設(shè)計出一種新型的鋼結(jié)構(gòu)移動防浪墻。

1 工程概況

本工程重件碼頭結(jié)構(gòu)長169 m(含6 m翼墻銜接段)，碼頭主體結(jié)構(gòu)結(jié)合斜坡式引堤結(jié)構(gòu)，總寬42.2 m(重件碼頭寬22.2 m，引堤寬20 m)，碼頭面高程為6.5 m。重件碼頭主要用于接卸后方電廠重大件設(shè)備，兼顧停靠工作船功能。斜坡式引堤段布置帶式輸送機(jī)，運輸煤炭碼頭燃煤至后方電廠。重件碼頭東北角布置一座變電所，主要為碼頭裝卸設(shè)備供電。

根據(jù)廠址測波站觀測資料(見圖1)分析：工程海區(qū)全年波況，常浪向為WSW，出現(xiàn)頻率為15.55%，次常浪向為WNW，出現(xiàn)頻率為13.05%，利用煤炭泊位的防浪掩護(hù)，重件泊位受常浪方向作用較小。根據(jù)廠址測波站波浪玫瑰圖，重件泊位受NNW、NW向強浪作用，該方向波高大，頻率低。為了保證重件泊位上變電所與引堤段帶式輸送機(jī)免受極端波況破壞，應(yīng)在重件泊位碼頭前沿布置防浪設(shè)施以保證其安全。

圖1 廠址測波站觀測資料圖

2 防浪墻結(jié)構(gòu)方案

2.1 方案提出

防浪墻的墻頂高程是影響越浪量的主要因素之一，因此為了確定重件泊位碼頭防浪墻的頂高程，本文對不同防浪墻頂高程下的越浪量進(jìn)行了估算，具體結(jié)果如表1所示。根據(jù)計算結(jié)果，并充分考慮工程建設(shè)的安全性與經(jīng)濟(jì)性，重件碼頭防浪墻頂高程設(shè)計為+10.0 m。

表1 不同防浪高程下重件碼頭越浪量估算表[m3/(m·s)]

為了保護(hù)重件碼頭上的變電所設(shè)施及其后沿引堤段的帶式輸送機(jī)，同時不影響碼頭前沿正常的裝卸作業(yè)，本文提出兩個防浪墻結(jié)構(gòu)方案。

(1)方案一：鋼移動防浪墻

防浪墻設(shè)置在碼頭前沿，為了不影響裝卸作業(yè)，前沿防浪墻需要實現(xiàn)臨時的安裝與拆卸。工程實際中常用的鋼筋混凝土防浪墻自重太大，移動較困難。本工程參照鋼閘門的結(jié)構(gòu)型式，采用鋼結(jié)構(gòu)可移動防浪墻，圖2、圖3分別為鋼移動防浪墻的平面圖、斷面圖。如圖2和圖3所示，鋼移動防浪墻中心距前沿線3.75 m，碼頭面上每隔7.5 m設(shè)置一個鋼活動墩，底板利用螺栓固定，每兩個鋼移動墩之間設(shè)置四塊鋼擋板，鋼活動墩與鋼擋板均為鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)。當(dāng)碼頭前沿波浪較大，使用的時候先安裝好鋼活動墩，之后利用吊車把鋼擋板安置于鋼活動墩的卡槽內(nèi)；當(dāng)重件碼頭前沿波浪較小，裝卸作業(yè)的時候，則反過來先用吊車拆卸鋼擋板，再將鋼活動墩撤離，如此便實現(xiàn)了防浪墻的可移動性。

圖2 鋼移動防浪墻平面圖(mm)

圖3 鋼移動防浪墻斷面圖(mm)

(2)方案二：鋼筋混凝土固定防浪墻

方案二采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，由于自重大，因此采用固定式防浪墻。為了不影響重件碼頭的裝卸作業(yè)，將防浪墻設(shè)置于后沿帶式運輸機(jī)擋風(fēng)板處，如下頁圖4、圖5所示。

圖4 鋼筋混凝土固定防浪墻布置平面圖(mm)

圖5 鋼筋混凝土固定防浪墻布置斷面圖(mm)

2.2 方案比選

本文從擋浪效果、結(jié)構(gòu)安全、占用空間、結(jié)構(gòu)靈活性和工程造價等方面比較兩個防浪墻結(jié)構(gòu)方案，如下頁表2所示。

表2 方案比選表

綜上所述，前沿鋼移動防浪墻與前沿胸墻形成整體，擋浪效果和結(jié)構(gòu)安全性都優(yōu)于后沿鋼筋混凝土固定防浪墻，并且鋼結(jié)構(gòu)占用空間較小，重量輕，利于臨時拆卸與安裝，同時結(jié)合其造價低的優(yōu)點，本工程采用前沿鋼移動防浪墻結(jié)構(gòu)。

3 防浪墻結(jié)構(gòu)計算

鋼移動防浪墻的活動墩是由鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，并用螺栓固定在碼頭面上。如圖6所示。

圖6 鋼活動墩示意圖(mm)

波浪作用在防浪墻上的時候，需要計算鋼活動墩固定在碼頭面所用螺栓的拉力、剪力和鋼板的應(yīng)力。根據(jù)《港口與航道水文規(guī)范》(JTS145-2015)，可判斷重件碼頭為低基床，波態(tài)為立波，同時由于H/L=0.075 6≥1/30且0.139

本文采用有限元軟件Midas建立板殼模型，將鋼擋板上的波壓力進(jìn)行換算，直接作用在鋼活動墩上。

《水運工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(JTS152-2012)中計算螺栓受拉受剪承載力公式為式(1)、式(2)：

(1)

(2)

d——螺栓直徑，mm；

鋼移動防浪墻的底板固定螺栓采用SUC200H鼓型護(hù)舷配套的M64螺栓，墩體采用20 mm厚Q345鋼板，建模計算結(jié)果如表3所示。由表3計算結(jié)果可知，鋼移動防浪墻滿足設(shè)計要求。

表3 模型計算結(jié)果匯總表

4 結(jié)語

在不提高碼頭頂高程的前提下，本文提出在碼頭前沿設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)移動防浪墻，以提高防浪效果，同時降低了工程造價。由于鋼結(jié)構(gòu)防浪墻自重小，便于臨時安裝與拆卸，實現(xiàn)了防浪墻的可移動性和碼頭的多功能性。通過方案分析和建模計算，驗證了該新型防浪墻結(jié)構(gòu)的可行性與安全性，以期推動碼頭前沿鋼移動防浪墻的應(yīng)用。