茂名博賀新港某大型散貨碼頭結(jié)構(gòu)選型

蔡東勝 高迎歆

摘 要：介紹茂名博賀新港某碼頭結(jié)構(gòu)方案的比選和分析，對比確定碼頭結(jié)構(gòu)方案影響因素，從地質(zhì)、透水率、施工可行性、經(jīng)濟(jì)等多方面比較，最終確定重力墩式結(jié)構(gòu)為合理的結(jié)構(gòu)型式。

關(guān)鍵詞：散貨碼頭;重力墩式;樁基式;地質(zhì);施工條件

中圖分類號：U612? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0095-03

1 概述

茂名博賀新港區(qū)位于廣東省電白縣博賀、蓮頭嶺半島以東海域，轄屬濱海新區(qū)東組團(tuán)，博賀港區(qū)西側(cè)與茂名港水東港區(qū)相鄰，東側(cè)與茂名港吉達(dá)港區(qū)相鄰。本工程位于博賀新港區(qū)中突堤散貨碼頭作業(yè)區(qū)見圖1。

工程擬建成1 個20 萬噸級、1 個10 萬噸級和1 個5 萬噸級散貨泊位，水工結(jié)構(gòu)按25萬噸級、20萬噸和10萬噸級預(yù)留。本文通過分析影響碼頭結(jié)構(gòu)型式選擇的多種因素，根據(jù)本碼頭的地質(zhì)、水文等條件和施工條件等特點(diǎn)逐一分析、優(yōu)化，最終選擇和確定較為合理且適合本碼頭的結(jié)構(gòu)型式，為今后類似大型散貨碼頭的設(shè)計提供參考和經(jīng)驗。

2 基礎(chǔ)資料

2.1 波浪、潮流

碼頭前沿，重現(xiàn)期50年（考慮東、西防波堤已建成），N向設(shè)計波浪要素見表1。

碼頭前沿，重現(xiàn)期50年，港內(nèi)風(fēng)成浪設(shè)計波浪要素見表2（考慮東、西防波堤已建成）。

碼頭港池漲潮最大流速0.17m/s，落潮最大流速0.14m/s;港內(nèi)航道漲潮最大流速0.30m/s，港內(nèi)航道落潮最大流速0.15m/s;口門外進(jìn)港航道漲潮最大流速0.61m/s，口門外進(jìn)港航道落潮最大流速0.45m/s。

2.2 地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)有勘察資料，擬建場地土層分布為中砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗片麻巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖、中風(fēng)化花崗片麻巖及微風(fēng)化花崗片麻巖，主要巖土層總體厚度、埋深變化相對較大，各巖土層在水平、垂直方向上性質(zhì)變化不明顯，但風(fēng)化巖層起伏變化明顯，總體各巖土層均勻性較差，為不均勻地基。

2.3 主要高程參數(shù)

本文中高程采用當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面。極端高水位+4.34m，設(shè)計高水位+3.20m，設(shè)計低水位+0.26m，極端低水位+0.44m。碼頭前沿設(shè)計底高程按滿足結(jié)構(gòu)預(yù)留船型停泊設(shè)計，分別取為-22m（25萬噸級泊位）、-20m（20萬噸級泊位）和-16m（10萬噸級泊位），碼頭面高程+8.0m。

2.4 總平面布置

根據(jù)裝卸工藝及總平面布置的要求，碼頭結(jié)構(gòu)總長960m，碼頭面寬度34m，其中25萬噸級結(jié)構(gòu)長378m，20萬噸級結(jié)構(gòu)長345m，10萬噸級泊位長237m。

3 碼頭結(jié)構(gòu)方案

碼頭結(jié)構(gòu)總長960m，碼頭面寬度36m，其中25萬噸級結(jié)構(gòu)長378m，20萬噸級結(jié)構(gòu)長345m，10萬噸級泊位長237m，碼頭面高程8.0m，前沿底高程分別為-22.0m，-20.0m，-16.0m。

25萬噸級結(jié)構(gòu)共布置16個沉箱墩，沉箱墩高26m，沉箱墩凈距15.1m。沉箱墩之間采用預(yù)制縱梁和軌道梁連接，其中軌道梁斷面采用工字型斷面，梁高3m，總寬2.2m，中部寬1.4m，凈跨為14.6m;其中縱梁斷面采用工字型斷面，梁高3m，總寬1.8m，中部寬1.0m，凈跨為14.6m。沉箱墩頂部現(xiàn)澆胸墻及縱向梁系，斷面形狀同預(yù)制梁，通過與預(yù)制梁的鋼筋連接，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。面板采用疊合板型式，預(yù)制板厚度400mm，現(xiàn)澆板厚度150mm。

20萬噸級結(jié)構(gòu)除沉箱高度（24m）及沉箱數(shù)量（14個）與25萬噸級結(jié)構(gòu)不同外，其余結(jié)構(gòu)均相同。

10萬噸級結(jié)構(gòu)共布置10個沉箱墩，沉箱墩高20.5m，沉箱墩凈距14.1m。沉箱墩之間采用預(yù)制縱梁和軌道梁連接，其中軌道梁斷面采用工字型斷面，梁高2.5m，總寬1.8m，中部寬1.0m，凈跨為13.6m;其中縱梁斷面采用工字型斷面，梁高2.5m，總寬1.3m，中部寬0.7m，凈跨為13.6m。沉箱墩頂部現(xiàn)澆胸墻及縱向梁系，斷面形狀同預(yù)制梁，通過與預(yù)制梁的鋼筋連接，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)。面板采用疊合板型式，預(yù)制板厚度250mm，現(xiàn)澆板厚度150mm。

4 碼頭結(jié)構(gòu)選型

本工程水工建筑物結(jié)構(gòu)型式的選擇，應(yīng)遵循以下原則：①必須滿足項目的使用要求，服從總體布置和工藝作業(yè)要求;②應(yīng)盡量減少碼頭結(jié)構(gòu)對海洋水域環(huán)境的影響，采用透空式結(jié)構(gòu)，保證海洋水體的流動和交換;③根據(jù)工程區(qū)域的地質(zhì)、水文等自然條件和施工條件選擇合理的結(jié)構(gòu)型式，力求做到工程投資最省，施工簡便快捷。

4.1結(jié)構(gòu)選型

考慮到工程所在地波浪較大（H1%=4.5m），為降低波浪反射對水工結(jié)構(gòu)及港內(nèi)泊穩(wěn)條件的影響，同時滿足透空率的要求，本項目可采用的結(jié)構(gòu)形式有重力墩式結(jié)構(gòu)和樁基結(jié)構(gòu)。

根據(jù)地勘報告顯示，工程區(qū)基巖為全風(fēng)化或強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖，全風(fēng)化混合巖及強(qiáng)風(fēng)化混合巖有遇水軟化、崩解的特點(diǎn)。全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化層常呈土狀或土夾巖塊狀產(chǎn)出，力學(xué)性質(zhì)接近堅硬土層，具有暴露時間長失水時易開裂、松散和吸水時易軟化從而降低地基承載力、水泡時易膨脹而使地基變形等特殊性能。強(qiáng)風(fēng)化混合巖風(fēng)化不均勻，其中部分孔巖芯以半巖半土狀為主，其余巖芯以堅硬土柱狀為主。中風(fēng)化混合巖風(fēng)化較強(qiáng)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀及短柱狀，且?guī)r面埋深較淺，覆蓋層較薄。

若采用樁基結(jié)構(gòu)，則①必須嵌巖樁，工序復(fù)雜，穩(wěn)樁困難，工期和成本不易控制，施工海域環(huán)境影響相對明顯;②港池開挖存在高、陡的巖性邊坡，邊坡施工與樁基施工工序安排上，無論誰先誰后，均存在安全和質(zhì)量風(fēng)險;③炸礁清礁的必然存在，進(jìn)一步加重了上述兩大方面的風(fēng)險。

鑒于擬建碼頭區(qū)域的地質(zhì)條件和碼頭結(jié)構(gòu)透空性的要求，本方案碼頭的結(jié)構(gòu)型式采用重力式沉箱墩式結(jié)構(gòu)。

重力墩式結(jié)構(gòu)可選用矩形沉箱墩式結(jié)構(gòu)和圓筒型重力墩式結(jié)構(gòu)。由于大直徑圓筒基礎(chǔ)會使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大懸臂，難以滿足結(jié)構(gòu)透空率的要求，綜合以上因素，本工程宜采用矩形沉箱墩式結(jié)構(gòu)。重力墩式結(jié)構(gòu)維修費(fèi)用少，對較大荷載的適應(yīng)性較強(qiáng)，施工簡單，耐久性較好。

本工程碼頭面軌道荷載較大，鑒于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件施工工藝、施工設(shè)備較為復(fù)雜，安裝成本較高，且預(yù)應(yīng)力反拱度較難控制，可能因混凝土徐變而加大，使鋼軌產(chǎn)生過大高差，影響運(yùn)營期裝卸船設(shè)備的正常使用，因此，本工程碼頭上部結(jié)構(gòu)采用質(zhì)量更易控制的非預(yù)應(yīng)力裝配式結(jié)構(gòu)：沉箱墩之間采用預(yù)制縱梁和軌道梁連接，沉箱墩頂部現(xiàn)澆胸墻及縱向梁系，與預(yù)制梁的鋼筋連接，形成連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性，相比于簡支結(jié)構(gòu)，更易滿足受力要求。面板采用疊合板型式，可有效提高施工效率，同時也可減少模板使用量，從而達(dá)到減少施工工期、降低施工成本的目的。

本工程棧橋結(jié)構(gòu)荷載較小，重力式結(jié)構(gòu)與高樁結(jié)構(gòu)均能滿足使用要求?？紤]到重力式結(jié)構(gòu)開挖量和基床回填量均較大，同時為了節(jié)約施工工期，簡化施工工序，棧橋結(jié)構(gòu)采用灌注樁基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)性更佳，且透浪性更好，利于港內(nèi)泊穩(wěn)。

4.2施工便利性

在茂名博賀港區(qū)地區(qū)擁有已建成沉箱預(yù)制場 ，可滿足本工程的沉箱預(yù)制及出運(yùn)安裝工作，且預(yù)制場距離項目建設(shè)地距離10海里，利于項目的實施。

本工程碼頭結(jié)構(gòu)采用常規(guī)的重力墩式結(jié)構(gòu)，施工工藝成熟;棧橋結(jié)構(gòu)選用灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)型式的結(jié)合可使碼頭施工與棧橋施工同步進(jìn)行，有效縮短施工工期。

本工程上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制非預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)，相比預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)，無需張拉鋼絞線，對預(yù)制場地的要求較低，施工設(shè)備簡單，安裝成本較低。由于預(yù)制非預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)高度寬度較小，受波浪浮托力的影響更小，利于結(jié)構(gòu)安全。面板采用疊合板型式，可有效提高施工效率，也可減少模板使用量，減少施工工期、降低施工成本。

4.3波浪適應(yīng)性

本項目碼頭結(jié)構(gòu)采用重力墩式結(jié)構(gòu)，棧橋結(jié)構(gòu)采用灌注樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，碼頭及引橋均為透空式結(jié)構(gòu)，其中碼頭結(jié)構(gòu)透空率為60%，引橋結(jié)構(gòu)透空率為90%;護(hù)岸采用斜坡式結(jié)構(gòu)，相比直立式護(hù)岸，可有效降低港內(nèi)波浪反射的影響，有利于港內(nèi)泊穩(wěn)條件，可滿足1萬噸級315天，2萬噸級320天，5～12萬噸級323天，15～20萬噸級325天的作業(yè)天數(shù)要求。

碼頭及棧橋上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制非預(yù)應(yīng)力梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)高度寬度較小，相比預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，受波浪浮托力的影響更小，利于結(jié)構(gòu)安全。

4.4經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

樁基結(jié)構(gòu)方案和重力墩式方案經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（相對造價），見表3。

5 結(jié)語

（1）樁基結(jié)構(gòu)雖在經(jīng)濟(jì)造價方面具有較突出的優(yōu)勢，但由于本工程起伏不平的基巖及巖面較淺，對本項目的地質(zhì)適應(yīng)性較差，施工難度大、風(fēng)險高，施工期間可能會存在較明顯的不可預(yù)見安全因素。

（2）重力式結(jié)構(gòu)整體性較好，耐久性強(qiáng)，施工風(fēng)險低，對本項目的地質(zhì)條件適應(yīng)性好，盡管投資略高，但是增加費(fèi)用比例較有限，且碼頭結(jié)構(gòu)為本工程的核心功能性水工建筑物，其性能直接決定整個項目的今后運(yùn)營的質(zhì)量，故從使用性、耐久性、施工條件等因素多個角度分析，推薦重力墩式結(jié)構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

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