一種新型襯砌混合式內(nèi)河碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳新田，韓朋，江浪

（1.安徽港口運(yùn)營集團(tuán)有限公司，安徽 蕪湖 241000；2,3.安徽省交通科學(xué)研究院，安徽 合肥 230000）

近年來，我國對內(nèi)河水運(yùn)日益重視，內(nèi)河水運(yùn)事業(yè)發(fā)展已上升為國家發(fā)展戰(zhàn)略。內(nèi)河港口作為內(nèi)河水陸交通樞紐，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)、城鎮(zhèn)建設(shè)的重要保障、沿河產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要依托，促進(jìn)了內(nèi)河航道航運(yùn)功能、沿河文旅產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展、生態(tài)環(huán)境改善和航道沿線整體發(fā)展水平的提高[1]。

碼頭作為供船舶?？?、裝卸貨物和上下旅客的水工建筑物，要求結(jié)構(gòu)選型安全可靠、經(jīng)久耐用、經(jīng)濟(jì)合理[2]。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，綜合考慮自然條件、施工條件和使用要求等因素，確定碼頭結(jié)構(gòu)型式。同時盡量利用當(dāng)?shù)氐牟牧?、施工條件和成熟的施工經(jīng)驗(yàn)[3]。

本文通過分析水文、地質(zhì)、施工等條件，經(jīng)結(jié)構(gòu)方案比選，擬采用一種新型襯砌混合式碼頭結(jié)構(gòu)?；贛IDAS GTS NX 計(jì)算軟件，建立碼頭結(jié)構(gòu)有限元模型，對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算，并提出了若干建議，可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 工程概況

擬建碼頭工程水工結(jié)構(gòu)安全等級為二級，泊位等級為500t 級，水工結(jié)構(gòu)兼顧1000t 級。碼頭長度為300m，前沿作業(yè)平臺寬15m。碼頭頂面高程為11.5m，設(shè)計(jì)港池底高程為1.8m。

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)階段詳細(xì)地質(zhì)勘探資料，港區(qū)自上而下主要分布有：①雜填土，成分多為粉質(zhì)粘土夾碎石、塊石等尾礦雜物，高壓縮性。厚0.8m～5.4m，全場地分布；②粉質(zhì)粘土，局部夾雜薄層狀粉土，干強(qiáng)度中等，中等韌性，搖震反應(yīng)慢，無光澤，中等壓縮性。厚0.6m～1.4m，局部分布；③中風(fēng)化巖，巖質(zhì)堅(jiān)硬、巖體完整性較好，平均控制厚度為14.14m，層頂最低標(biāo)高為6.05m，全場地分布。

2 結(jié)構(gòu)選型

內(nèi)河碼頭主要有重力式、高樁、板樁、浮碼頭等結(jié)構(gòu)形式。而在平原地區(qū)航道中，重力式碼頭是應(yīng)用較為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式。其工作特點(diǎn)是依靠結(jié)構(gòu)本身及其上面填料的重力保持結(jié)構(gòu)自身的滑移穩(wěn)定和傾覆穩(wěn)定，由于自身重力大、地基承受的壓力大，故重力式碼頭適用于較好的地基，它也是具有高耐久性和對超載、工藝變化適應(yīng)能力最強(qiáng)的一種結(jié)構(gòu)[4]。

本工程碼頭主體建基面均位于中風(fēng)化巖體內(nèi)，具有很好的地基基礎(chǔ)，故而選用重力式擋墻結(jié)構(gòu)形式。傳統(tǒng)重力式擋墻結(jié)構(gòu)形式具有基槽開挖面大的特點(diǎn)，針對本工程需爆破、鑿除大量的巖體，施工難度大，工程造價高[5]。故本工程碼頭結(jié)構(gòu)擬采用新穎的襯砌式擋墻結(jié)構(gòu)，即上部為重力式，下部為襯砌式[6]。該結(jié)構(gòu)具有基槽開挖面小、施工快、自重輕、造價低等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)斷面圖見圖1。

上部重力式擋墻墻高5.5m，底寬5.5m，墻后回填山皮石；下部襯砌墻墻高5.2m，底寬1.0m。完建期工況墻后水位7.5m，墻前水位1.8m，由于墻前后水位差較大，墻后回填土較高，為保證下部襯砌墻與巖基牢固連接及結(jié)構(gòu)整體抗傾覆穩(wěn)定性，在襯砌墻布置Ф28 的錨筋@2.0m×1.5m。

3 混合式結(jié)構(gòu)有限元計(jì)算分析

3.1 主要材料設(shè)計(jì)指標(biāo)

本工程采用MIDAS GTS NX 有限元軟件對混合式結(jié)構(gòu)整體建模分析，模型中各種材料設(shè)計(jì)指標(biāo)取值見表1。

表1 主要材料設(shè)計(jì)指標(biāo)

3.2 設(shè)計(jì)荷載

3.2.1 碼頭荷載

（1）恒載：水工建筑物自重、土壓力。

（2）碼頭面均布荷載：20kPa。

（3）流動機(jī)械荷載：30t 牽引平板車。

（4）工藝荷載：弧形擺動式裝船機(jī)：基礎(chǔ)正壓力為500kN，水平力為50kN，傾覆力矩為180kN·m?；⌒诬壍腊霃?2m，最大輪壓200kN。

3.2.2 船舶荷載

系纜力：172kN；

撞擊力：412kN。

3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用MIDAS GTS NX 有限元軟件建立碼頭實(shí)體模型，見圖2。

圖3、圖4 分別為碼頭結(jié)構(gòu)最大剪應(yīng)變云圖和襯砌混合式擋土墻位移云圖。

計(jì)算結(jié)果顯示，邊坡整體穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.95，滿足規(guī)范要求。

4 總結(jié)

4.1 結(jié)論

（1）本文通過綜合考慮自然條件、施工條件、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠等因素，碼頭結(jié)構(gòu)選型采用襯砌混合式擋土墻結(jié)構(gòu)。通過有限元計(jì)算分析，碼頭結(jié)構(gòu)及邊坡穩(wěn)定均滿足安全要求。

（2）合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅可以保證安全、便于施工，還可以有效減少工程投資。

4.2 建議

碼頭施工期中應(yīng)做好變位及變形觀測，使用期嚴(yán)格按設(shè)計(jì)限制荷載及使用要求運(yùn)營。