鹽城港響水港區(qū)雙港作業(yè)區(qū)碼頭水工建筑物設(shè)計(jì)綜述

張浩 中設(shè)科欣設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司南京港航工程分公司

1.工程概況

鹽城港響水港區(qū)雙港作業(yè)區(qū)碼頭一期工程位于鹽城市響水縣陳家港鎮(zhèn)合心村西北角灌河南岸，距上游灌河大橋約10km，下游處緊鄰排河北閘。

響水港區(qū)劃分為小蟒牛、陳港、大灣、雙港和大橋5個(gè)作業(yè)區(qū)。雙港區(qū)泊位建設(shè)以3000噸級(jí)通用散雜貨碼頭為主，由于受到灌河口攔門沙的限制，大型海輪無法進(jìn)入灌河航道，灌河內(nèi)航道船舶大型化趨勢是非常明顯的。在目前的灌河航道條件下，新建工程采用5000噸散貨船及5000噸的近海件雜貨船。

根據(jù)吞吐量預(yù)測和船型分析[1-3]，一期工程新建7個(gè)5000噸級(jí)泊位，其中4個(gè)5000噸級(jí)散貨泊位、3個(gè)5000噸級(jí)件雜貨泊位及其相應(yīng)的配套工程，設(shè)計(jì)年吞吐量為979.5萬噸，港口水工建筑物等級(jí)為Ⅱ級(jí)。

2.設(shè)計(jì)、施工條件

2.1 地質(zhì)條件

碼頭工程區(qū)域地層結(jié)構(gòu)較簡單，分布較連續(xù)，土質(zhì)較均勻。除淺層素填土、沖填土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥工程地質(zhì)條件差，其它各層工程地質(zhì)條件一般～較好，土體強(qiáng)度相對(duì)較高。

根據(jù)地質(zhì)情況及建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用樁基礎(chǔ)建設(shè)引橋及泊位區(qū)，樁型選用預(yù)制樁或鉆孔灌注樁。

2.2 水文、氣象條件

建筑物按高潮累計(jì)頻率2%的潮位，極端高水位為3.83m；設(shè)計(jì)高水位為3.51m（高潮累積頻率10%的潮位），設(shè)計(jì)低水位為-1.83m（低潮累積頻率90%的潮位）。

地區(qū)全年主導(dǎo)風(fēng)向EΝE，所占頻率9%[4]。碼頭系泊組合風(fēng)速按九級(jí)風(fēng)考慮，風(fēng)速22.0m/s，大于九級(jí)風(fēng)時(shí)船舶應(yīng)離開碼頭。設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓值按《港口工程荷載規(guī)范》取為0.45kPa。碼頭前沿設(shè)計(jì)水流流速取1.5m/s。

2.3 抗震標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)規(guī)定，場區(qū)抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組；結(jié)合勘察資料，場區(qū)內(nèi)軟土和人工填土較厚，建筑場地屬于建筑抗震不利地段。

2.4 工藝荷載

碼頭水工建筑物工藝荷載考慮如表1所示。

表1 碼頭水工建筑物工藝荷載

2.5 施工特點(diǎn)及方法

由于工程位于灌河下游，受風(fēng)浪影響較小，除臺(tái)風(fēng)等特殊天氣外，均可進(jìn)行施工。施工中先施工引橋，為碼頭平臺(tái)施工提供通道和測量定位平臺(tái)。本工程施工難點(diǎn)為樁基施工，應(yīng)先進(jìn)行試樁。

工程試打6根Φ800mmPΗC管樁（編號(hào)1#～6#），其中1#～4#試樁位于碼頭平臺(tái)位置，5#試樁位于1#引橋位置，6#試樁位于3#引橋位置。試打樁選擇的原則是：試打樁的布置不影響后續(xù)碼頭其它基樁的沉樁；基樁所處地質(zhì)條件具有代表性，樁位近旁有地質(zhì)鉆孔。根據(jù)以上原則，選擇碼頭平臺(tái)1號(hào)及2號(hào)排架G軸布置1#、2#試樁（ZK12附近）、109號(hào)及110號(hào)排架Η軸布置3#、4#試樁（ZK20附近）、1#引橋的J排架Y6軸布置5#試樁（ZK17孔近旁）、3#引橋K排架Y17軸布置6#試樁（ZK23附近）。

PΗC管樁在固定的預(yù)制場預(yù)制，用方駁將PΗC管樁運(yùn)至施工現(xiàn)場，采用打樁船錘擊沉樁。為了加強(qiáng)樁基之間的連接，防止樁身折裂和變位，對(duì)沉樁到位的樁基應(yīng)及時(shí)進(jìn)行夾樁處理。在打樁船不能進(jìn)入的位置，進(jìn)行鉆孔灌注樁施工。

3.結(jié)構(gòu)方案

本工程港口水工建筑物結(jié)構(gòu)主要由碼頭平臺(tái)、引橋組成。碼頭平臺(tái)、引橋均采用透空式高樁梁板結(jié)構(gòu)型式，該結(jié)構(gòu)具有對(duì)岸坡、水流、河勢影響較小，結(jié)構(gòu)沉降變形小，結(jié)構(gòu)受力明確，施工方便、施工周期較短等優(yōu)點(diǎn)[5-6]。

根據(jù)港區(qū)地形、地質(zhì)、水文等自然條件，對(duì)應(yīng)總平面布置及裝卸工藝推薦方案，工程結(jié)構(gòu)主要尺度及高程如下。本項(xiàng)目碼頭面設(shè)計(jì)高程為4.60m，碼頭平臺(tái)總長度為942m，上游側(cè)平臺(tái)寬度為25m，長度為376.8m；下游側(cè)平臺(tái)寬度為30m，長度為565.2m。引橋3座（1#～3#引橋），長度均為45.43m，寬度均為20m。碼頭平臺(tái)上游側(cè)設(shè)置皮帶機(jī)廊道結(jié)構(gòu)。碼頭平臺(tái)下設(shè)置1m厚拋石護(hù)坡，坡比1:4。

碼頭平臺(tái)采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)段內(nèi)排架間距均為7.4m。其中25m寬平臺(tái)共有54榀排架，共6個(gè)結(jié)構(gòu)段；30m寬平臺(tái)共有81榀排架，共9個(gè)結(jié)構(gòu)段。

4.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

碼頭水工建筑物結(jié)構(gòu)還須根據(jù)結(jié)構(gòu)荷載及地基土性質(zhì)等驗(yàn)算后確定。

4.1 計(jì)算內(nèi)容

高樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容主要包括：（1）碼頭平臺(tái)：碼頭橫梁、軌道梁、縱梁內(nèi)力和基樁承載力；（2）引橋：引橋橫梁內(nèi)力及基樁承載力；（3）碼頭岸坡的整體穩(wěn)定計(jì)算。

4.2 計(jì)算方法

高樁碼頭的結(jié)構(gòu)計(jì)算按照《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS167-1-2010）中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

（1）碼頭平臺(tái)排架和引橋排架內(nèi)力：碼頭平臺(tái)和引橋均假定為平面問題分析，采用橫向排架計(jì)算程序進(jìn)行計(jì)算。

（2）碼頭軌道梁：施工期按簡支梁計(jì)算，使用期按彈性支承連續(xù)梁計(jì)算。

（3）碼頭平臺(tái)、引橋基樁承載力：根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告資料及參數(shù)，并由資料中各土層的物理力學(xué)指標(biāo)及土層分布情況，按照《港口工程樁基規(guī)范》（JTS167-4-2012）、《港口工程灌注樁設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JTJ248-2001），計(jì)算確定單樁軸向極限承載力。

（4）岸坡穩(wěn)定計(jì)算按照《港口工程地基規(guī)范》（JTS147-1-2010）中的有關(guān)規(guī)定，采用圓弧滑動(dòng)法分析岸坡的整體穩(wěn)定性。

4.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

考慮建筑物自重、船舶作用、地震等作用力，并對(duì)以上作用力按《港口工程荷載規(guī)范》（JTS144-1-2010）要求，考慮荷載分析系數(shù)，對(duì)實(shí)際可能在碼頭結(jié)構(gòu)上同時(shí)出現(xiàn)的作用，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，并結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計(jì)狀況進(jìn)行組合。

對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)下游側(cè)30m平臺(tái)結(jié)構(gòu)受力復(fù)核如表2所示，可見碼頭結(jié)構(gòu)安全可靠，整體性好，設(shè)計(jì)斷面圖如圖1所示。

表2 碼頭結(jié)構(gòu)下游側(cè)30m平臺(tái)結(jié)構(gòu)主要計(jì)算結(jié)果

4.4 岸坡穩(wěn)定復(fù)核

對(duì)于岸坡穩(wěn)定分析，引橋接岸部分按后方荷載10kPa進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)施工期考慮7級(jí)地震。如表3所示，岸坡穩(wěn)定滿足規(guī)范要求。

表3 岸坡穩(wěn)定主要計(jì)算結(jié)果

4.5 耐久性設(shè)計(jì)

根據(jù)《港口工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB50158-2010），本工程水工建筑物設(shè)計(jì)使用年限為50年。相應(yīng)地采取了預(yù)應(yīng)力軌道梁及引橋預(yù)應(yīng)力砼空心板，強(qiáng)度等級(jí)為C50，其余現(xiàn)澆及預(yù)制構(gòu)件的強(qiáng)度等級(jí)均為C35。一般鋼筋混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度不小于50mm，嚴(yán)格控制裂縫寬度小于0.25mm，以保證設(shè)計(jì)使用年限。

對(duì)于PΗC樁，PΗC管節(jié)無需防腐，鋼樁靴由于在泥面以下，也無需防腐處理。

5.結(jié)論

鹽城港響水港區(qū)雙港作業(yè)區(qū)碼頭一期工程設(shè)計(jì)，在滿足吞吐量要求的前提下，以適應(yīng)船舶大型化的發(fā)展趨勢，對(duì)碼頭港口水工區(qū)域地質(zhì)條件、建筑物規(guī)模、結(jié)構(gòu)方案、施工特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，重點(diǎn)分析了碼頭水工建筑物結(jié)構(gòu)內(nèi)力、岸坡穩(wěn)定、耐久性，從而確定了碼頭水工建筑物設(shè)計(jì)方案，提供了科學(xué)可靠的設(shè)計(jì)依據(jù)。