衡重式碼頭在山區(qū)河流碼頭中的應(yīng)用

李培良 青島市運(yùn)輸事業(yè)發(fā)展中心（青島國(guó)際航運(yùn)服務(wù)中心）

1.前言

衡重式擋土墻是利用自身衡重臺(tái)上部的填土重力而使墻體重心后移，以抵抗土體側(cè)壓力的擋土墻，亦是重力式擋土墻的一種。由于其上部衡重臺(tái)的存在，衡重式擋土墻重心后移，基礎(chǔ)底部應(yīng)力改善明顯，具有開挖量小、回填量少、自身材料省、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工民建、水利、交通運(yùn)輸?shù)茸o(hù)岸、護(hù)坡工程（見圖1）。

圖1 衡重式擋土墻典型斷面圖衡重式碼頭典型斷面圖

衡重式碼頭利用衡重式擋土墻原理，墻身為衡重式擋土墻，在擋土墻頂部增設(shè)系船柱、外立面增設(shè)護(hù)舷等靠船設(shè)施，以方便船舶靠泊作業(yè)。衡重式碼頭在內(nèi)河、山區(qū)河流碼頭中應(yīng)用非常廣泛。

該內(nèi)河四級(jí)航道建設(shè)工程，全長(zhǎng)約380km，共包括11個(gè)基地（見圖2、圖3）。

圖2 1#基地斜坡道地質(zhì)剖面圖

圖3 11#基地斜坡道地質(zhì)剖面圖

山區(qū)內(nèi)河水位變化迅猛，水位變幅大，部分基地設(shè)計(jì)高低水位差均接近于20～30m，因此均采用斜坡道碼頭；從減少土方開挖及土方回填、節(jié)省工程造價(jià)考慮，斜坡道碼頭大多根據(jù)山勢(shì)地形“依勢(shì)而建”，碼頭高程、地質(zhì)持力層也因勢(shì)變化，基地碼頭主體結(jié)構(gòu)高度從4～13m不等，因此碼頭主要采用衡重式結(jié)構(gòu)。

2.設(shè)計(jì)水位和工程地質(zhì)

2.1 設(shè)計(jì)水位

高程采用1985國(guó)家高程基準(zhǔn)，以下同（見表1）。

表1 設(shè)計(jì)水位表

2.2 工程地質(zhì)

1#基地：工程區(qū)域土層自然而下依次為①層圓礫、②層粉砂、③層含礫粉質(zhì)粘土、④層卵石、⑤層漂石。④層卵石埋深5～10m，地基承載力為500kPa，可作為地基持力層。

2#基地：工程區(qū)域土層自然而下依次為①素填土、②層圓礫石、卵石、③層含礫粉質(zhì)粘土、④1層強(qiáng)風(fēng)化片巖、⑤2 層中風(fēng)化片巖。④1層強(qiáng)風(fēng)化片巖埋深1.5～6m，地基承載力為400kPa，可作為地基持力層。

4#基地：工程區(qū)域土層自然而下依次為①層粉質(zhì)粘土、②層強(qiáng)風(fēng)化泥巖、③層中風(fēng)化泥巖。③層中風(fēng)化泥巖，地基承載力為600kPa，可作為地基持力層。

11#基地：工程區(qū)域土層自然而下依次為①漂石層、②層殘坡積粉質(zhì)粘土、③全-強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖、④層中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖。④層中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖，地基承載力為800kPa，可作為地基持力層。

3.設(shè)計(jì)船型

1#基地、2#基地、4#基地、11#基地設(shè)計(jì)船型（見表2）。

表2 設(shè)計(jì)船型主尺度表

4.斜坡道主尺寸

4.1 斜坡道坡度和寬度

斜坡道坡度和寬度根據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS167-2018）第9.2.2條確定。本工程根據(jù)各基地現(xiàn)場(chǎng)情況，按照雙向汽車道并考慮汽車吊機(jī)的作業(yè)空間，1#基地、2#基地、11#基地斜坡道坡度取8%，4#基地斜坡道坡度取9%，斜坡道寬度取15m。

4.2 斜坡道高程

斜坡道坡頂高程、坡底高程應(yīng)分別能方便設(shè)計(jì)船型在設(shè)計(jì)高水位、設(shè)計(jì)低水位時(shí)的靠泊作業(yè)?？坎创痛案上显?.5～1.7m之間，因此斜坡道坡頂高程、坡底高程分別按照設(shè)計(jì)高水位、設(shè)計(jì)低水位加上1.0m確定?？紤]到各基地地形條件等各不相同，斜坡道坡頂高程根據(jù)各基地情況綜合確定。

1 # 基地：斜坡碼頭頂高程812.94m，底高程798m。

2 # 基地：斜坡碼頭頂高程815m，底高程798m。

4 # 基地：斜坡碼頭頂高程812.5m，底高程783m。

1 1#基地：斜坡碼頭頂高程511m，底高程484.7m。

5.設(shè)計(jì)荷載

斜坡道碼頭設(shè)計(jì)荷載主要如下，

（1）永久荷載：自重、土壓力等。

（2）船舶荷載：系纜力、撞擊力、擠靠力等。

（3）均布活荷載：20kPa。

（4）水流力：水流流速3.5m/s。

（5）流動(dòng)機(jī)械荷載：16t汽車吊機(jī)、20t載重汽車。

（6）地震力。

6.結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，當(dāng)設(shè)計(jì)高低水位差在20～30m時(shí)，內(nèi)河、山區(qū)河流碼頭結(jié)構(gòu)型式以斜坡式碼頭為主。因此，1#基地、2#基地、4#基地、11#基地等碼頭結(jié)構(gòu)型式均采用斜坡道碼頭（見圖4）。

圖4 衡重式碼頭墻身標(biāo)準(zhǔn)圖

1#基地基礎(chǔ)持力層為④層卵石，地基承載力為500kPa；2#基地基礎(chǔ)持力層為④1層強(qiáng)風(fēng)化片巖，地基承載力為400kPa；4#基地基礎(chǔ)持力層為③層中風(fēng)化泥巖，地基承載力為600kPa；11#基地基礎(chǔ)持力層為④層中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖，地基承載力為800kPa。持力層埋深較淺，因此1#基地、2#基地、4#基地、11#基地碼頭結(jié)構(gòu)型式均采用重力式結(jié)構(gòu)。

斜坡道碼頭大多根據(jù)山勢(shì)地形“依勢(shì)而建”，碼頭高程、地質(zhì)持力層高程也變化較快，由于碼頭主體結(jié)構(gòu)高度從4～13m不等，考慮碼頭設(shè)計(jì)及施工等因素，碼頭設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)斷面。當(dāng)墻體高度＜6m時(shí)采用梯形重力式結(jié)構(gòu)，當(dāng)墻體高度≥6m時(shí)采用梯形重力式結(jié)構(gòu)是不經(jīng)濟(jì)的，因此當(dāng)墻體高度≥6m時(shí)，采用衡重式結(jié)構(gòu)。

以11#基地斜坡道M1+212斷面為例（墻體高度11.44m），對(duì)衡重式結(jié)構(gòu)、梯形結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較（見圖5）。

圖5 11#基地斜坡道M1+212斷面圖（衡重式結(jié)構(gòu)方案）

碼頭結(jié)構(gòu)斷面采用衡重式擋墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)底寬5.023m?；A(chǔ)開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高（中風(fēng)化粉砂質(zhì)頁(yè)巖）后，現(xiàn)澆C25塊石混凝土墻體，墻體后方回填10～100kg塊石棱體，面層做法為150mm厚級(jí)配碎石、250mm厚6%水泥穩(wěn)定層、250mm厚C30砼路面。墻體前方設(shè)置350kN系船柱和DA-A400×2000型橡膠護(hù)舷（豎向布置）、D300×1500型橡膠護(hù)舷（橫向布置）。擋墻上部前沿設(shè)護(hù)輪坎，間斷式布置，護(hù)輪坎高300mm，寬度400mm。擋墻以下2m開始設(shè)置φ100PVC 排水管，縱橫向間距均為2 m，坡度10%，排水管后設(shè)500×500×200mm倒濾包。前沿護(hù)腳采用現(xiàn)澆C20砼，護(hù)底采用鋪設(shè)400g/m2土工布一層、拋填200mm厚二片石墊層和400mm厚漿砌塊石護(hù)底，護(hù)腳和護(hù)底總寬8m。碼頭結(jié)構(gòu)斷面采用梯形重力式擋墻結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)底寬8.5m，其它與衡重式結(jié)構(gòu)相同（見圖6）。

圖6 11#基地斜坡道M1+212斷面圖（梯形重力式結(jié)構(gòu)方案）

梯形重力式結(jié)構(gòu)基槽開挖、墻后塊石棱體、墻體C25塊石砼分別比衡重式結(jié)構(gòu)多出30.4%、65.2%、5.7%，延米造價(jià)增加13.4%。在設(shè)計(jì)條件基本相同的條件下，衡重式結(jié)構(gòu)具有開挖量小、回填量少、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)（見表3）。

表3 衡重式結(jié)構(gòu)與梯形重力式結(jié)構(gòu)斷面工程量對(duì)比表

7.施工

衡重式碼頭多為漿砌塊石或現(xiàn)澆混凝土塊石砼結(jié)構(gòu)，施工方法多為搶抓枯水期干地施工或者填筑圍堰干地施工，也有采用水下立模澆筑混凝土的。

8.小結(jié)

（1）當(dāng)設(shè)計(jì)高低水位差在20～30m時(shí)，內(nèi)河、山區(qū)河流碼頭結(jié)構(gòu)型式以斜坡式碼頭為主。

（2）由于山區(qū)河流碼頭靠泊船型基本較小，干舷高度較小，斜坡道坡頂高程、坡底高程分別按照設(shè)計(jì)高水位、設(shè)計(jì)低水位加上1.0m確定。考慮到地形條件等因素，斜坡道坡頂高程根據(jù)各基地情況綜合確定。

（3）斜坡道碼頭大多根據(jù)山勢(shì)地形“依勢(shì)而建”，碼頭高程、地質(zhì)持力層高程也變化較快，由于碼頭主體結(jié)構(gòu)高度從4～13m不等，考慮碼頭設(shè)計(jì)及施工等因素，碼頭設(shè)計(jì)為標(biāo)準(zhǔn)斷面。

（4）工程位于山區(qū)內(nèi)河沿岸，最冷月平均溫度也在0℃以上，因此衡重式碼頭墻身混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)須抗凍。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，該地區(qū)碼頭結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)基本為C20、C25。由于體積較大，必須摻入塊石。

（5）由于內(nèi)河山區(qū)河流水位變化迅猛，洪水期水位暴漲暴落，水位變幅大，因此衡重式碼頭墻后必須考慮設(shè)置排水設(shè)施，以減輕剩余水壓力的影響，降低工程造價(jià)。

（6）對(duì)于山區(qū)河流碼頭，水流流速很大，系纜力和擠靠力主要由水流力和風(fēng)荷載疊加起控制作用；撞擊力主要由船舶靠岸時(shí)的撞擊力，無(wú)需考慮靠泊船舶在橫浪作用下產(chǎn)生的撞擊力。

（7）山區(qū)河流河床橫斷面多呈“V”、“U”字型，在陡峻的地形限制下，河床切割很深、河槽狹窄、岸坡陡峭、坡頂臺(tái)地較高，而縱剖面又通常比較急、陡，坡度變化劇烈。因此碼頭基礎(chǔ)前沿必須考慮適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，防護(hù)設(shè)施應(yīng)設(shè)置在沖刷線以下，沖刷深度按照《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定計(jì)算。