碼頭與引橋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)置問題

毛呈群

摘 要：在碼頭的設(shè)計中，碼頭和引橋連接結(jié)構(gòu)的設(shè)置是重點問題，因此有必要分析連接部位的情況，并采取必要的防控措施。

關(guān)鍵詞：碼頭；引橋；結(jié)構(gòu)設(shè)置；設(shè)計分析

中圖分類號：TU433 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）05-0119-01

高樁碼頭是常用碼頭的結(jié)構(gòu)形式，廣泛分用于河口區(qū)域沖積軟土區(qū)域的施工建設(shè)，由于這類區(qū)域的坡面較平緩。高樁碼頭的平面布置方式通常有滿堂式和引橋式兩種，碼頭的建造形式如果為連岸式，施工中存在大量的土方開挖和回填?？紤]到在碼頭吐吞貨物的便利性，碼頭的布置方式可以設(shè)計為離岸引橋式。采用這種設(shè)計方式可以有效降低工程造價，因此在河口區(qū)域的碼頭建設(shè)中廣泛采用這種方式。但在實際的工程建設(shè)中，采用引橋式的布置方式也存在缺陷。如果河口區(qū)域靠岸的船舶吃水等級比較大，并且受到河口區(qū)域水流的作用，碼頭會受到船舶產(chǎn)生的水平作用力，因此影響到碼頭的結(jié)構(gòu)。因此在引橋式碼頭的設(shè)計中要注重碼頭與引橋的設(shè)置問題。

1 引橋式碼頭的結(jié)構(gòu)型式

引橋式碼頭主要有重力式和高樁式兩種型式。重力式引橋碼頭主要建于地質(zhì)條件較好的海岸，為滿足大型泊位的水深條件，多采取這種結(jié)構(gòu)形式。碼頭部分一般采用沉箱墩式結(jié)構(gòu)，碼頭中部為工作平臺，兩端設(shè)置靠船墩和系船墩。引橋部分基礎(chǔ)也采用沉箱墩式結(jié)構(gòu)，橋面采用預(yù)應(yīng)力梁板結(jié)構(gòu)或鋼桁架結(jié)構(gòu)。高樁式引橋碼頭主要建于沿海有沉積地層的河口區(qū)域，由于沖積區(qū)域地勢平坦，為滿足水深條件，往往布置成引橋型式。碼頭部分一般采用高樁梁板結(jié)構(gòu)或結(jié)合高樁墩臺的結(jié)構(gòu)型式，引橋部分大多采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，視引橋的長短決定是否設(shè)置斜樁。引橋的平面布置主要有單引橋和多引橋兩種型式。對于散雜貨碼頭、集裝箱碼頭等多布置成雙引橋型式，往往是多個泊位共用引橋，有利于裝卸作業(yè)時的交通管理。

2 常用的結(jié)構(gòu)

引橋式碼頭除有諸多優(yōu)點之外，也存在一些缺點：碼頭主體遠(yuǎn)離岸邊，缺少來自岸壁的支撐，勢必會減小碼頭抵抗船舶力、波浪力等水平力的能力。這種情況對于高樁碼頭尤其明顯，大潮差區(qū)域的高樁碼頭樁的自由段相對較長，導(dǎo)致碼頭上部結(jié)構(gòu)的剛度較小，不能承受大的水平力。對于重力引橋式碼頭，碼頭的墩體高度相對較高，這樣對于結(jié)構(gòu)抗震有不利影響；碼頭主體與引橋的連接部位受力復(fù)雜，結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生受力破損。引橋與碼頭存在一定的夾角，這樣會使來自不同方向的力（如船舶擠靠力、沿流方向的系纜力、溫度應(yīng)力等）疊加作用于連接部位，由于這種力的組合比較復(fù)雜，難于從設(shè)計上設(shè)防，所以結(jié)構(gòu)破損的概率大大提高。這些結(jié)構(gòu)破損問題多發(fā)于高樁式引橋碼頭，重力式引橋碼頭本沒有發(fā)生。

3 工程案例

安慶水道上起皖河口，下至錢江嘴，全長21.5km，總體上屬彎曲分汊型河段。水道由上下兩段組成，上段為單一微彎段，下段為彎曲分汊段，河道變化主要位于下段分汊段。在安慶綜合碼頭的建設(shè)中，采用了引橋式的設(shè)計。依據(jù)功能定位，本工程建設(shè)航道綜合碼頭1座，1000噸級工作船泊位1個。根據(jù)工程處堤頂?shù)缆返淖钚伦兓?，?yōu)化調(diào)整碼頭引橋與后方陸域的連接道路設(shè)計。本工程工可階段，安慶地方政府規(guī)劃沿長江大堤建設(shè)沿江路，引橋與后方陸域通過沿江路連接；但是目前由于種種原因，取消了沿江路，引橋需通過現(xiàn)有堤頂?shù)缆芳靶陆ㄏ碌搪放c后方陸域連接。根據(jù)碼頭前沿設(shè)計水深、水域的地形條件、水流的流向、泊位停泊水域及河底高程，并綜合考慮航標(biāo)工作船發(fā)展的要求，碼頭前沿線布置在-1m等高線附近，基本與水流方向平行，可?？亢綐?biāo)工作船，及供挖泥船的臨時?？?。工程陸域與碼頭引橋之間的交通連接設(shè)置一條7.0m寬的下堤路與陸域大門直接連接，下堤路、下堤路與大堤及引橋的銜接根據(jù)水利部門要求，進(jìn)行了防洪影響專項設(shè)計。碼頭由碼頭平臺和引橋組成，平面呈“L”形布置，碼頭平臺尺度為80×18m。

碼頭平臺由1座引橋與陸域相接。引橋長124.5m，寬8.0m，橋面高程為16.75～19.18m，引橋與碼頭平臺連接處設(shè)喇叭口。引橋采用高樁排架結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)排架間距16m，每榀排架設(shè)2根樁，樁基處泥面在施工水位以下采用φ1000mm組合樁，在施工水位以上采用φ1000mm鉆孔灌注樁。上部結(jié)構(gòu)由現(xiàn)澆橫梁、預(yù)制空心板及現(xiàn)澆面層組成。引橋接岸部分采用實體結(jié)構(gòu)。另外，為滿足安全要求，沿引橋兩側(cè)護(hù)輪坎設(shè)置鋼管欄桿。引橋與碼頭連接部位的碼頭結(jié)構(gòu)如果發(fā)生了嚴(yán)重的破損，主要體現(xiàn)在連接部位的橫梁出現(xiàn)嚴(yán)重的端部劈裂。另外連接區(qū)域的面板同橫梁搭接出現(xiàn)了明顯的錯動?？v橫梁節(jié)點下方樁帽出現(xiàn)斜向劈裂，連接部位的邊板出現(xiàn)斷裂。這些破損呈現(xiàn)明顯的水平力和扭轉(zhuǎn)掰裂的特征。經(jīng)過分析認(rèn)為，這些力主要包括來自引橋方向的水平推力、沿碼頭前沿線方向的船舶系纜力、溫度應(yīng)力、垂直于碼頭前沿線方向的船舶擠靠力及撞擊力等。由于棧橋的約束作用，橫向變形較小，雖然這對提高碼頭的水平剛度是有利的，但這個約束作用也給結(jié)構(gòu)造成很大并且復(fù)雜的內(nèi)力從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞通常設(shè)計碼頭結(jié)構(gòu)時，并沒有特別考慮構(gòu)件的抗扭性能，所以容易導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)開裂?？梢悦黠@看出碼頭和引橋間存在著力傳遞，對碼頭結(jié)構(gòu)造成不利的影響。

4 原因分析

針對上述引橋與碼頭連接部位的結(jié)構(gòu)問題，我們簡要分析了容易發(fā)生破壞的原因主要為：開裂主要是由水平力引起的。從結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)不難判斷，力的作用是引起破壞的根本原因。力的來源是多方面的，包括船舶力、溫度應(yīng)力等。船舶等級的提高勢必會加大對碼頭的作用力，有時甚至出現(xiàn)了船舶擱淺斜靠的情況，十分危險。引橋與碼頭呈斜交或垂直布置，因為引橋的尺度較長，熱脹冷縮時會對碼頭產(chǎn)生很大的橫向水平力。另外岸坡土體的變形也會造成引橋及碼頭間的水平位移差，從而使得兩者之間產(chǎn)生水平方向的擠壓力；在河口地區(qū)水流速大，船舶擠靠力和系纜力會很大，加之碼頭結(jié)構(gòu)整體剛度相對較小，故會產(chǎn)生相對較大的變形，容易在整體結(jié)構(gòu)的斷面變化、剛度變化及連接部位產(chǎn)生應(yīng)力集中的效應(yīng)，從而造成結(jié)構(gòu)破壞；引橋與碼頭連接結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理。上述碼頭與引橋均沒有設(shè)置分縫，未將碼頭和引橋完全分開，只是通過簡支板簡單搭接過渡，這樣會對結(jié)構(gòu)的變形產(chǎn)生一定的約束，從而造成局部應(yīng)力過大而破壞。案例三中碼頭引橋和前承臺間由后承臺隔開，前承臺承受了水平力，不會傳遞到引橋，這樣結(jié)構(gòu)受力清晰，避免了引橋結(jié)構(gòu)的破壞；裂縫產(chǎn)生后，環(huán)境介質(zhì)因素會加劇裂縫的發(fā)展。比如北方寒冷季節(jié)時裂縫內(nèi)毛細(xì)水的結(jié)冰膨脹作用和南方炎熱地區(qū)海水中氯離子的侵蝕作用，都會促進(jìn)裂縫的發(fā)展進(jìn)而破壞結(jié)構(gòu)的性能。

5 結(jié)語

通過以上工程實例可以看出，引橋式高樁碼頭的引橋與碼頭連接部位是容易發(fā)生結(jié)構(gòu)性破壞的部位，在碼頭設(shè)計時應(yīng)重點考慮。首先建議將與引橋連接的碼頭區(qū)域設(shè)置成獨立的結(jié)構(gòu)段，增加該結(jié)構(gòu)段的斜樁數(shù)量，加大碼頭及引橋結(jié)構(gòu)的水平剛度。另外，應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫將碼頭結(jié)構(gòu)和引橋結(jié)構(gòu)分開，避免力的傳遞。如果設(shè)置渡板，建議用鋼結(jié)構(gòu)渡板，并設(shè)置滾動支座，盡量避免應(yīng)力集中。也可通過設(shè)置后承臺的方式，隔開來自前承臺的水平力，從而避免連接部位結(jié)構(gòu)破壞。

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