陽(yáng)江港海陵灣港區(qū)吉樹(shù)作業(yè)區(qū)#J1-#J2泊位碼頭水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

蔡宗杰 廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

1.工程概況

陽(yáng)江港海陵灣港區(qū)吉樹(shù)作業(yè)區(qū)位于廣東省西部沿海，陽(yáng)江市海陵灣東岸，九姜河口南側(cè)。#J1-#J2泊位為2個(gè)3千噸級(jí)多用途泊位，并兼顧靠泊5千噸級(jí)船舶，碼頭總長(zhǎng)度254m，其中重力式沉箱結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)210.9m，灌注樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)43.1m；碼頭北端設(shè)置護(hù)岸長(zhǎng)545m，護(hù)岸采用斜坡堤結(jié)構(gòu)，南端與陽(yáng)江港海事海監(jiān)部門(mén)基地碼頭相接；圍堰總長(zhǎng)度1205m，由北圍堰、南圍堰、分隔圍堰三部分組成。

2.設(shè)計(jì)條件

2.1 水文、氣象條件

極端高水位4.59 m；極端低水位-0.29m；設(shè)計(jì)高水位3.39m；設(shè)計(jì)低水位0.51m；施工水位2m；設(shè)計(jì)水流速度為1.5m/s。

區(qū)域全年風(fēng)向以NE～NNE 為主，出現(xiàn)頻率為31.8%，最大風(fēng)速為28m/s。

2.2 地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)區(qū)上覆土層為第四系全新統(tǒng)至晚更新統(tǒng)淤泥類(lèi)土或砂性土、花崗巖風(fēng)化殘積層、下伏燕山期全風(fēng)化花崗巖、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、中風(fēng)化花崗巖和微風(fēng)化花崗巖。

2.3 抗震設(shè)防

場(chǎng)地類(lèi)型屬Ⅱ類(lèi)，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組均為第一組，建筑的設(shè)計(jì)特征周期為0.35s。

2.4 工藝荷載

港口水工結(jié)構(gòu)工藝荷載如表1所示。

表1 港口水工結(jié)構(gòu)工藝荷載

3.碼頭結(jié)構(gòu)方案

根據(jù)碼頭使用要求并結(jié)合港口地質(zhì)條件，碼頭水工結(jié)構(gòu)設(shè)置一段常規(guī)段和一段與鄰近碼頭相銜接的過(guò)渡段，常規(guī)段采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，過(guò)渡段由2個(gè)樁基（灌注樁地連墻）墩臺(tái)結(jié)構(gòu)段組成[1]。

3.1 常規(guī)段（重力式沉箱段）

碼頭前沿頂標(biāo)高5.0 m，底標(biāo)高-8.1m，沉箱底高程-12.0m，采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，常規(guī)段長(zhǎng)度210.9m，由9個(gè)沉箱和上部胸墻、連系梁、軌道梁組成。沉箱結(jié)構(gòu)方案采用的標(biāo)準(zhǔn)沉箱平面尺寸為：底寬×長(zhǎng)×高=13.98m×23.26m×13.27m，沉箱底板前趾的長(zhǎng)度為1.0m。前壁厚0.38m，后壁及側(cè)壁厚0.35m，橫向隔板厚0.25m，縱向隔板厚0.3m/0.25m，底板厚0.65m，內(nèi)設(shè)20×20cm加強(qiáng)角。沉箱內(nèi)用縱橫隔墻隔成15個(gè)艙格，橫向3個(gè)艙，縱向5個(gè)艙。沉箱內(nèi)回填中細(xì)砂，艙格頂部鋪設(shè)0.3m碎石墊層和澆筑0.1mC20砼墊層封艙，沉箱安裝縫為60mm，兩個(gè)沉箱之間設(shè)置倒慮空腔，空腔內(nèi)回填20～100mm級(jí)配碎石、安放鋼筋混凝土插板和鋪設(shè)二層土工布作為倒濾設(shè)施。

沉箱結(jié)構(gòu)持力層為粗礫砂層，基槽挖至標(biāo)高-14.0m，開(kāi)挖邊坡為1:3?；坶_(kāi)挖完成后鋪設(shè)一層0.3m厚的二片石墊層，再用10～100kg塊石拋填形成安放沉箱的基床，基床厚1.7m。

沉箱的上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆C40混凝土L型胸墻，胸墻直接坐落在沉箱頂部。胸墻頂寬3.5m，底寬5.0m，高為3.73m，胸墻內(nèi)設(shè)置管溝，胸墻前沿設(shè)置高度0.25m的護(hù)輪坎。每個(gè)沉箱上設(shè)置一段砼胸墻，即胸墻的分段長(zhǎng)度為23.3m，段間設(shè)置20mm寬的沉降縫，沉降縫采用瀝青木絲板等彈性材料填充，縫后與陸域軌道梁之間鋪設(shè)兩層土工布濾層，然后設(shè)置混合倒濾層結(jié)構(gòu)。

橡膠護(hù)舷、系船柱和門(mén)機(jī)前軌設(shè)施等附屬設(shè)施設(shè)置在胸墻上。橡膠護(hù)舷采用SUC1150兩鼓一板標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷，豎向設(shè)置于胸墻臨水面?？紤]兼顧小船停靠，另橫向配置D500×2000L型橡膠護(hù)舷。胸墻頂面設(shè)1000kN系船柱。胸墻陸側(cè)頂面縱向通長(zhǎng)埋設(shè)門(mén)機(jī)前軌，鋼軌采用QU100鋼軌。

門(mén)機(jī)軌距10.5m，海測(cè)與陸側(cè)軌道梁相距10.5m，陸側(cè)軌道梁設(shè)在沉箱后壁上，采用反L型截面，高度取與胸墻一致，為3.73m，軌道梁頂寬1.0m，底寬2.2m，其分段長(zhǎng)度取與胸墻（海測(cè)軌道梁）一致，為23.3m。陸域軌道梁通過(guò)連系梁與碼頭前沿胸墻相連，連系梁設(shè)在沉箱橫向隔板頂部，為矩形截面，尺度為0.8m×1.2m（寬×高），長(zhǎng)度6.8m，與胸墻及陸側(cè)軌道梁銜接處設(shè)置0.4m×0.4m加強(qiáng)角，重力式碼頭南北端頭處連系梁兼顧封頭擋墻作用，高度取與胸墻一致，為3.73m。陸域軌道梁段間設(shè)置20mm寬的沉降縫，沉降縫采用瀝青木絲板等彈性材料填充（與胸墻分縫處一致），縫后鋪設(shè)兩層土工布濾層，碼頭后方回填中粗砂。

在碼頭南端，為了避免重力式結(jié)構(gòu)基槽的開(kāi)挖影響鄰近陽(yáng)江海事監(jiān)管基地碼頭的北護(hù)岸的穩(wěn)定性，在陽(yáng)江海事監(jiān)管基地北護(hù)岸前沿一定范圍設(shè)置臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)，采用鋼板樁的雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，雙排樁支護(hù)段長(zhǎng) 97m，樁頂高程 4.0m，樁底高程—16.0/—12.0m，靠近碼頭基床段（約 11.5m），在鋼管樁后方軟土層采用高壓旋噴樁整體加固，后方一定范圍內(nèi)采用φ600@1500 高壓旋噴樁進(jìn)行加固，高亞旋噴樁加固段長(zhǎng)度約 36.55m，臨時(shí)支護(hù)段僅作為施工過(guò)程的防護(hù)措施。

3.2 過(guò)渡段（樁基墩臺(tái)段）

碼頭前沿頂標(biāo)高5.0 m，底標(biāo)高-8.1m，墩臺(tái)段由GZ墩臺(tái)1和DT墩臺(tái)2兩個(gè)結(jié)構(gòu)段組成。GZ墩臺(tái)1段長(zhǎng)19.5m，寬15.0m，采用φ1.2m灌注樁樁基墩式結(jié)構(gòu)，沿墩臺(tái)長(zhǎng)度方向樁距5.5m，設(shè)置4排樁基，沿墩臺(tái)寬度方向設(shè)置4根φ1.2m灌注樁，樁距3.8m，墩臺(tái)寬度方向最后一排灌注樁采用φ1200@1400密排樁結(jié)構(gòu)（地連墻），樁間縫隙采用φ600@1400高壓旋噴樁封堵，灌注樁樁底標(biāo)高—23.0m，以中風(fēng)化為持力層，頂標(biāo)高為2.6m，嵌入上部墩臺(tái)100mm。高壓旋噴樁底高程—14.8m，樁頂高程與灌注樁一樣，為2.6m，墩臺(tái)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩臺(tái)底高程2.5m，頂高程5.0m（碼頭面高程），在墩臺(tái)上設(shè)置供水栓井、門(mén)機(jī)軌道、系船柱、橡膠護(hù)舷、靠船構(gòu)件等附屬設(shè)施。

DT 墩臺(tái)2段墩臺(tái)平面呈梯形，結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)23.6m，寬15.0m，和GZ墩臺(tái)1結(jié)構(gòu)段一樣，采用φ1.2m灌注樁樁基墩式結(jié)構(gòu)，沿墩臺(tái)長(zhǎng)度方向樁距4.8/4.5m，設(shè)置4排樁基，沿墩臺(tái)寬度方向設(shè)置4根φ1.2m灌注樁，樁距3.8m，與GZ墩臺(tái)1結(jié)構(gòu)段不同的是本結(jié)構(gòu)段在海測(cè)和北側(cè)灌注樁均采用φ1200@1400密排樁結(jié)構(gòu)（地連墻），樁間縫隙均采用φ600@1400高壓旋噴樁封堵，本結(jié)構(gòu)段所有灌注樁樁底樁頂高程均和GZ墩臺(tái)1結(jié)構(gòu)段的一樣，高樁旋噴樁樁底高程—14.8m，樁頂高程—1.0m，墩臺(tái)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，墩臺(tái)底高程2.5m，頂高程5.0m（碼頭面高程），在墩臺(tái)上設(shè)置門(mén)機(jī)軌道、系船柱、橡膠護(hù)舷、靠船構(gòu)件等附屬設(shè)施。

過(guò)渡段的2.5m厚墩臺(tái)分兩次澆筑，第一次澆筑厚度0.8m，形成墩臺(tái)底模施工平臺(tái)，然后安裝前沿預(yù)制靠船構(gòu)件，并進(jìn)行墩臺(tái)第二次澆筑形成過(guò)渡段的碼頭平臺(tái)結(jié)構(gòu)。

過(guò)渡段形成設(shè)計(jì)斷面及達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，地連墻可以作為施工期基槽開(kāi)挖的擋土結(jié)構(gòu)，以防止基槽開(kāi)挖對(duì)鄰近陽(yáng)江海事監(jiān)管基地的碼頭及其北護(hù)岸的影響?？紤]相鄰陽(yáng)江海事監(jiān)管基地碼頭的船舶噸位較小，停泊水域水深較淺，設(shè)計(jì)底標(biāo)高為—3.70m，而本項(xiàng)目停泊水域設(shè)計(jì)底標(biāo)高—8.1m，停泊水域開(kāi)挖至—8.1m的標(biāo)高，對(duì)于鄰近陽(yáng)江海事監(jiān)管基地的高樁梁板碼頭和岸坡穩(wěn)定造成影響，因此需要鄰近陽(yáng)江海事監(jiān)管基地的高樁梁板碼頭前沿設(shè)置一排φ1500mm間距1700mm灌注樁地連墻，樁基頂面標(biāo)高為—4.0m，底標(biāo)高為—18.0m，以強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為持力層，樁間縫隙均采用φ600@1700高壓旋噴樁封堵，旋噴樁頂面標(biāo)高為—4.0m，底標(biāo)高為—10.0m，地連墻總長(zhǎng)度28.6m。同時(shí)考慮在本碼頭停泊水域?qū)挾确秶O(shè)置拋石護(hù)坡段，護(hù)坡段長(zhǎng)49.2m，護(hù)坡結(jié)構(gòu)采用200～300kg塊石拋填，本港側(cè)坡度按1:1.5，海事監(jiān)管基地的碼頭港池側(cè)按1:1自然邊坡，護(hù)坡頂高程5.0m，底高程—12.0m，護(hù)坡段基礎(chǔ)開(kāi)挖與港池疏浚同期實(shí)施，疏浚前先開(kāi)挖護(hù)坡基礎(chǔ)，拋填護(hù)坡塊石再進(jìn)行港池浚深。

DT墩臺(tái)2段與相鄰海事監(jiān)管基地的碼頭現(xiàn)有護(hù)岸銜接處的小三角區(qū)采用拋填塊石+現(xiàn)澆C30砼擋土墻結(jié)構(gòu)，頂標(biāo)高5.0m，使整個(gè)碼頭后方形成封閉的回填區(qū)。

在進(jìn)行重力式結(jié)構(gòu)段的基槽開(kāi)挖時(shí)，必須確認(rèn)海事監(jiān)管基地北護(hù)岸前沿臨時(shí)支護(hù)段、樁基墩臺(tái)段的施工完成，并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才能進(jìn)行，基槽開(kāi)挖后及時(shí)回填基床塊石，可減少支護(hù)結(jié)構(gòu)的支護(hù)壓力。

4.結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 荷載組合

碼頭作用包括結(jié)構(gòu)自重、碼頭面均載、船舶作用力、流動(dòng)機(jī)械荷載、波浪力、地震等[2]。各作用效應(yīng)按《港口工程荷載規(guī)范》（JTS 144-1-2010）[3]的規(guī)定，對(duì)實(shí)際可能在碼頭結(jié)構(gòu)上同時(shí)出現(xiàn)的作用，按不同水位情況下相應(yīng)的持久狀況，短暫狀況及地震作用予以考慮組合。

4.2 計(jì)算結(jié)果

4.2.1 重力式沉箱段結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

（1）結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗(yàn)算。采用廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)的重力式碼頭計(jì)算程序（程序鑒定號(hào)為：粵交科鑒字〔2001〕10號(hào)）對(duì)碼頭穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。最不利狀況下有關(guān)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 碼頭計(jì)算結(jié)果

（2）整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。按圓弧滑動(dòng)法[4]，采用 TPWD 土坡穩(wěn)定計(jì)算系統(tǒng)（豐海技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)（上海）有限公司，前交通部審定證書(shū)編號(hào)：18－2003）對(duì)重力式沉箱段碼頭整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算[5]，得：5000 噸級(jí)碼頭結(jié)構(gòu)的最小抗力分項(xiàng)系數(shù)γR=1.34，均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.2.2 樁基墩臺(tái)段結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

（1）基樁內(nèi)力計(jì)算。樁基內(nèi)力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 樁基內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

（2）樁基單樁承載力驗(yàn)算。樁基單樁承載力驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 單樁承載力計(jì)算結(jié)果

（3）樁基段碼頭整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。按圓弧滑動(dòng)法，采用 TPWD 土坡穩(wěn)定計(jì)算系統(tǒng)（豐海技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)（上海）有限公司，前交通部審定證書(shū)編號(hào)：18－2003）對(duì)樁基段碼頭整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，得：本結(jié)構(gòu)段碼頭整體穩(wěn)定的最小抗力分項(xiàng)系數(shù)γR=1.65，均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5.結(jié)論

通過(guò)對(duì)陽(yáng)江港海陵灣港區(qū)吉樹(shù)作業(yè)區(qū)#J1-#J2泊位水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對(duì)方案的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)均滿(mǎn)足規(guī)范要求，證明設(shè)計(jì)方案合理，可為同類(lèi)型港口工程提供借鑒。