錦州港煤炭碼頭一期工程結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化設(shè)計

陳 羽，周慶文

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

錦州港煤炭碼頭一期工程結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化設(shè)計

陳 羽，周慶文

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

重力式沉箱碼頭結(jié)構(gòu)型式是錦州港碼頭經(jīng)典結(jié)構(gòu)型式，中電投錦州港煤炭碼頭一期工程對沉箱結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行優(yōu)化，采用寬沉箱結(jié)構(gòu)型式，在降低施工難度、縮短工期、節(jié)省工程投資方面效果顯著，本工程的成功經(jīng)驗可供其他同類工程借鑒。

沉箱結(jié)構(gòu)；中電投錦州港煤炭碼頭一期工程；寬沉箱

引 言

在重力式碼頭結(jié)構(gòu)中，沉箱碼頭結(jié)構(gòu)具有碼頭整體性好、混凝土用量少、水下工作量小、施工速度快等優(yōu)點。傳統(tǒng)沉箱碼頭斷面是根據(jù)沉箱的基頂和基底抗滑、主體結(jié)構(gòu)抗傾、基床和地基承載力及整體穩(wěn)定計算確定的，同時受預(yù)制能力和起吊拖運(yùn)能力制約，沉箱斷面寬度范圍內(nèi)一般不同時安放前后軌，后軌道梁下打設(shè)灌注樁以增加承載力和減少沉降，如沉箱后回填塊石會增加打樁難度、增加費用及延緩工期。目前，錦州港已建成的碼頭結(jié)構(gòu)基本上都是沉箱重力式碼頭，根據(jù)前人的研究成果，對于10萬t級碼頭泊位，方塊結(jié)構(gòu)施工難度大、費用高，隨著碼頭水深增加和碼頭結(jié)構(gòu)斷面的加大，方塊碼頭結(jié)構(gòu)整體不足的缺點會越發(fā)凸顯，因此選用沉箱結(jié)構(gòu)更為合理。本文以錦州港中電投煤炭碼頭一期工程為例，對傳統(tǒng)沉箱碼頭斷面進(jìn)行優(yōu)化，以期在保證造價不會大幅增加的基礎(chǔ)上取得好的技術(shù)效果，為類似工程設(shè)計提供參考與借鑒。

1 工程概述

錦州港位于渤海西北部的錦州灣北岸，港口北距錦州市區(qū)35 km，西離葫蘆島市36 km，東距盤錦約 95 km，水路距秦皇島港 98 n mile、大連港262 n mile，是渤海西北部400 km海岸線上唯一對外開放的一類口岸。錦州港煤炭碼頭一期工程陸域位于規(guī)劃錦州港港區(qū)的西側(cè)，第四港池的后方，碼頭岸線位于規(guī)劃第四港池的北岸。碼頭設(shè)計長度為820 m，新建3個7萬t級專業(yè)化煤炭裝船泊位，碼頭結(jié)構(gòu)全部按10萬t級散貨船設(shè)計，年設(shè)計通過能力3 500萬t，碼頭面頂高程為5.00 m，碼頭結(jié)構(gòu)全部按10萬t級散貨船設(shè)計，碼頭前沿底高程為-15.7 m。

2 碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化

2.1 主要設(shè)計條件

設(shè)計高水位為4.65 m；設(shè)計低水位為3.60 m；極端高水位為-0.07 m；極端低水位為-1.67 m。碼頭前沿50年一遇波要素：極端高水位H1%為2.1 m，設(shè)計高水位H1%為2.1 m，設(shè)計低水位H1%為2.0 m，均為5.6 s。

勘察結(jié)果表明，該區(qū)域巖土層分布較有規(guī)律。在勘察深度范圍內(nèi)，自上而下主要分為4大層：淤泥混砂、①1淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土；②1粉質(zhì)粘土、中粗砂、②2粗礫砂、②3粉質(zhì)粘土、②4粗礫砂；③1殘積土、③2全風(fēng)化巖、③3強(qiáng)風(fēng)化巖；④1中風(fēng)化巖；其中②大層中多處夾有粘性土混砂、砂混粘性土及粉質(zhì)粘土等薄層或透鏡體。

③3強(qiáng)風(fēng)化巖工程地質(zhì)性質(zhì)好，標(biāo)貫擊數(shù)N＞50擊，其巖面高程為-12.87～-22.08 m，是重力式碼頭結(jié)構(gòu)良好的持力層，但部分區(qū)域需炸（挖）巖。

本工程區(qū)域抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g，設(shè)計地震分組為第一組。

工藝荷載分為碼頭均布荷載和裝船機(jī)荷載，其中裝船機(jī)前軌到碼頭前沿線的距離為6 m，軌距16 m，基距16 m，共4個支腿，每腿12輪，輪距0.8 m。工作狀態(tài)、非工作狀態(tài)最大輪壓分別為400 kN、450 kN，水平荷載兩個方向均為輪壓的8 %。

2.2 沉箱結(jié)構(gòu)方案

碼頭結(jié)構(gòu)型式除滿足平面及工藝要求外，主要由其所在區(qū)域的自然、施工等條件決定的。本工程所在區(qū)域強(qiáng)風(fēng)化巖面的埋藏深度與碼頭結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)位置基本相符，強(qiáng)風(fēng)化巖可作為重力式碼頭的良好持力層。

重力式結(jié)構(gòu)對碼頭面荷載的適應(yīng)性好，抵抗船舶水平荷載能力大，并具有施工經(jīng)驗成熟、維修費用少、結(jié)構(gòu)堅固耐久的特點。所以，碼頭結(jié)構(gòu)型式擬采用重力式結(jié)構(gòu)。

目前，錦州港已建成的碼頭結(jié)構(gòu)基本上都是沉箱重力式碼頭，結(jié)合本工程所在區(qū)域的地質(zhì)條件和工藝布置方案，對本工程提出傳統(tǒng)的沉箱結(jié)構(gòu)斷面：碼頭面頂高程5.0 m，碼頭前沿底高程-15.7 m；沉箱頂高程為1.9 m，沉箱倉格為3×4個倉格，沉箱長18.05 m，腰寬14.2 m，底寬15.2 m（前趾長1.0 m），高17.6 m。單個沉箱重約2 403 t；沉箱倉格內(nèi)高程-3.0 m以下回填石碴，其上回填二片石墊層，二片石墊層以上回填10～50kg塊石。沉箱上現(xiàn)澆鋼筋混凝土胸墻、蓋板；沉箱之間設(shè)結(jié)合腔，自碼頭前沿向后的結(jié)合腔內(nèi)依次填充10～30kg塊石、二片石、混合倒濾層，以形成倒濾層結(jié)構(gòu)，沉箱后回填石碴，沉箱基床厚度約為0.8～6.2 m。

裝船機(jī)前軌設(shè)置在胸墻上，后軌采用鋼筋混凝土軌道梁，其基礎(chǔ)采用Φ1 200灌注樁，灌注樁間距約為4.50 m，樁底高程約為-24.2～29.9 m。碼頭斷面詳見圖 1，由于后軌軌道梁靠灌注樁支撐，為提高灌注樁承載能力，灌注樁須進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖以下。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖初始方案

圖1為散貨碼頭典型沉箱結(jié)構(gòu)斷面，斷面方向一般為3個倉格，倉格尺寸4～6 m，具體尺寸根據(jù)抗傾抗滑穩(wěn)定計算確定，根據(jù)工藝布置要求，裝船機(jī)前軌軌道梁一般在沉箱上，和胸墻整體現(xiàn)澆，后軌軌道梁單獨設(shè)置基礎(chǔ)，一般為鉆孔灌注樁，由于鉆孔灌注樁穿過沉箱后回填石料并進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化巖約8 m，使得灌注樁成孔困難，容易塌孔，工期增大，增加造價，另外，裝船機(jī)大機(jī)設(shè)備四個支腿分別在重力式基礎(chǔ)和樁基基礎(chǔ)上，使用期兩個基礎(chǔ)的不均勻沉降給碼頭正常生產(chǎn)埋下了隱患。

2.3 沉箱結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化

通過以上分析，如果把傳統(tǒng)沉箱3×4倉格變成4×3倉格，也就是把沉箱轉(zhuǎn)個九十度就能把斷面變寬，再調(diào)整倉格尺寸保證裝船機(jī)的前、后軌均布置在沉箱上，這樣，雖然碼頭斷面加寬了，增加了預(yù)制沉箱的混凝土量和鋼筋量，但節(jié)省了后軌灌注樁179根，并且由于原方案施工灌注樁需要穿強(qiáng)風(fēng)化巖8～11 m，意味著不止節(jié)省了灌注樁的混凝土量和鋼筋量，還節(jié)省了一整套施工鉆孔灌注樁及鋼護(hù)筒打樁的施工工藝，使得整個碼頭施工環(huán)節(jié)大大簡化，從了極大的縮短了工期，節(jié)約了成本。

按照以上設(shè)想，對傳統(tǒng)沉箱碼頭結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化設(shè)計為：碼頭面頂高程5.0 m，碼頭結(jié)構(gòu)按10萬t級散貨泊位設(shè)計，其前沿底高程-15.7 m；沉箱頂高程為1.9 m，底高程為-15.7 m，長16.2 m，腰寬及底寬20.35 m，高17.6 m，沉箱由4×3個倉格組成，單個沉箱重約2 692 t；沉箱倉格內(nèi)高程-3.0 m以下回填石碴，其上回填二片石墊層。前后二個倉格內(nèi)在二片石墊層以上回填10～50kg塊石。沉箱中間二個倉格上設(shè)置預(yù)制蓋板，后倉格為現(xiàn)澆蓋板，前倉格上為現(xiàn)澆胸墻。裝船機(jī)前軌位于胸墻上，后軌位于后倉格現(xiàn)澆蓋板及軌道梁上。沉箱之間設(shè)結(jié)合腔，自碼頭前沿向后的結(jié)合腔內(nèi)依次填充10～30kg塊石、二片石、混合倒濾層，以形成倒濾層結(jié)構(gòu)，沉箱后回填石碴，沉箱基床厚度約為 0.8～6.2 m。優(yōu)化后的碼頭斷面詳見圖2。

圖2 優(yōu)化后的碼頭斷面

對沉箱碼頭斷面進(jìn)行優(yōu)化后，從工程造價看，優(yōu)化后方案總造價為31.2萬元/m，原方案總造價為30.8萬元/m，工程造價相當(dāng)。從施工特點看，原方案后軌灌注樁在沉箱后回填石料及強(qiáng)風(fēng)化巖中成槽困難、工期長，且施工質(zhì)量不易控制，優(yōu)化后方案裝船機(jī)前、后軌道梁直接在沉箱上現(xiàn)澆，施工簡單、工期短，容易控制施工質(zhì)量。

3 結(jié) 語

錦州港煤炭碼頭一期碼頭主體結(jié)構(gòu)部分已于2013年完成施工，碼頭結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化結(jié)果說明，采用寬沉箱能降低施工難度、縮短工期。當(dāng)工藝裝卸大機(jī)前后軌軌距在20 m以內(nèi)時，寬沉箱可以把前后軌均布置在沉箱上，而傳統(tǒng)窄沉箱受斷面寬度約束只能設(shè)置灌注樁，如沉箱后回填拋石棱體會增加施工難度和費用，寬沉箱方案的優(yōu)勢會更加顯著，今后可供類似工程參考與借鑒，并能產(chǎn)生可觀的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

［1］趙輝.沉箱碼頭后方棱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計及主要施工工藝［J］.港工技術(shù)，2011，（2）：34-36.

［2］嚴(yán)惠蘭，王懷.某港重力式碼頭結(jié)構(gòu)型式比選與造價分析［J］.港工技術(shù)，2011，（4）：43-44.

［3］賈曉荷，陳志樂，路萍，等.基礎(chǔ)持力層埋深較深的重力式沉箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計［J］.中國水運(yùn)，2015，（8）.

［4］楊文.重力式碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計比選分析［J］.珠江水運(yùn)，2013，（13）.

Optimum Design of Structural Cross-section in Jinzhou Port Coal Terminal
Phase-1 Project

Chen Yu，Zhou Qingwen
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Gravity caisson structure is commonly used in Jinzhou port.Wide caisson structure has been used as an optimum design in CPI Jinzhou port coal terminal phase-1 project.The application of new structure decreases the construction difficulty，shortens the construction period and reduces the project cost to a large extent.The project experiences may provide a reference for similar projects.

caisson structure； CPI Jinzhou port coal terminal phase-1 project； wide caisson

U656.1+11

A

1004-9592（2016）05-0038-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160510

2016-03-18

陳羽（1984-），男，工程師，主要從事港口工程水工結(jié)構(gòu)設(shè)計。