龐 亮，李 武

(1. 河海大學(xué)港口海岸及近海工程學(xué)院，江蘇南京 210098； 2. 連云港港口集團(tuán)有限公司，江蘇連云港 222042； 3. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇南京 210029； 4. 中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032)

圖1 港區(qū)平面圖Fig.1 Port layout

徐圩港區(qū)是連云港規(guī)劃發(fā)展的重點(diǎn)，以干散貨、液體散貨和件雜貨運(yùn)輸為主，逐步發(fā)展集裝箱運(yùn)輸。港區(qū)規(guī)劃采用環(huán)抱式防波堤掩護(hù)，通過(guò)回填疏浚土填海形成陸域面積近50 km2、碼頭岸線33.5 km[1]，港區(qū)平面布置見(jiàn)圖1。徐圩港區(qū)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一是確定港區(qū)駁岸的結(jié)構(gòu)型式。對(duì)該港區(qū)而言，港區(qū)駁岸的結(jié)構(gòu)型式與地質(zhì)條件、材料來(lái)源、陸域形成方式、工程投資、工程進(jìn)度、施工工藝等因素有關(guān)，且直接影響碼頭布置形式、結(jié)構(gòu)方案、陸域面積、水域面積和工程投資等。因此，如何統(tǒng)籌考慮駁岸結(jié)構(gòu)型式與后方陸域形成、碼頭結(jié)構(gòu)，以及陸域面積和水域面積的關(guān)系等[2-4]，將決定著工程投資能否實(shí)現(xiàn)綜合效益最大化。為科學(xué)合理地推進(jìn)工程建設(shè)，統(tǒng)籌考慮駁岸結(jié)構(gòu)型式與前方碼頭結(jié)構(gòu)和后方陸域形成的關(guān)系，降低工程投資，本文擬對(duì)徐圩港區(qū)駁岸結(jié)構(gòu)選型進(jìn)行研究，探討淤泥質(zhì)海岸挖入式港區(qū)駁岸結(jié)構(gòu)的最優(yōu)型式，為港區(qū)規(guī)劃和建設(shè)提供參考。

1 碼頭及駁岸結(jié)構(gòu)選型原則與影響因素

碼頭及駁岸結(jié)構(gòu)的選型應(yīng)充分體現(xiàn)“安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、施工方便、經(jīng)濟(jì)適用”的總體原則，符合“有利于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)、有利于施工、有利于陸域形成”的技術(shù)思路；主要影響因素有地質(zhì)條件和陸域形成要求等。

在本區(qū)域勘察所揭露的孔深60.4 m深度范圍內(nèi)，各層土均為第四系沖洪積物。淺部土層自上而下主要分為淤泥、黏性土、砂性土層。其中，淤泥層厚度約10.0 m，底面標(biāo)高為-17.3～-13.0 m；黏性土層與砂性土層交替出現(xiàn)，鉆孔范圍內(nèi)未見(jiàn)基巖；黏性土層與砂性層的工程性質(zhì)中等，黏性土層標(biāo)貫擊數(shù)12，砂性土層標(biāo)貫擊數(shù)23。駁岸所在位置屬典型淤泥質(zhì)海岸，淺部淤泥土層物理力學(xué)指標(biāo)較差，至黏土層、粉砂層物理力學(xué)指標(biāo)相對(duì)較好。駁岸結(jié)構(gòu)選型應(yīng)重點(diǎn)考慮表層淤泥土層的處理問(wèn)題。

港區(qū)后方主要通過(guò)回填疏浚土成陸。在軟土地基上吹填成陸，會(huì)使軟土地基產(chǎn)生較大的水平力，水平力大小與軟土層的厚度近似成正比，對(duì)圍堰或駁岸的穩(wěn)定性有較高要求。為滿足整體穩(wěn)定要求，應(yīng)對(duì)軟弱土層進(jìn)行地基加固處理，同時(shí)，駁岸選型和建設(shè)還應(yīng)滿足陸域形成和后方地基處理的技術(shù)要求。

2 駁岸結(jié)構(gòu)選型研究

徐圩港區(qū)駁岸結(jié)構(gòu)可選擇以下型式：爆破擠淤堤、全清淤拋石堤、塑料排水板+袋裝砂堤芯堤、直立堤，見(jiàn)圖2。但是徐圩港區(qū)駁岸結(jié)構(gòu)型式的選擇除應(yīng)考慮上述幾種因素外，還必須考慮與之匹配的碼頭結(jié)構(gòu)的型式、造價(jià)及其所形成的陸域面積和水域面積的利用情況，以保證綜合投資成本最低。為便于對(duì)比分析，駁岸結(jié)構(gòu)的天然泥面高程取-4.0 m，陸域形成高程取8.0 m。下面從方案特點(diǎn)、適用條件和主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)對(duì)比各類結(jié)構(gòu)型式。

(a) 爆破擠淤堤 (b) 全清淤拋石堤

(c) 塑料排水板+袋裝砂堤芯堤 (d) 桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)堤圖2 幾種駁岸結(jié)構(gòu)型式Fig.2 Different bulkhead structures

2.1 爆破擠淤堤

爆破擠淤法無(wú)需大型施工機(jī)械和復(fù)雜的施工技術(shù)，施工速度快、投資省、見(jiàn)效快。但該方案施工期受石料供應(yīng)和施工方法的影響，工期不可控。

由于爆破所需石料量較大，且需由陸上推進(jìn)施工，根據(jù)徐圩港區(qū)規(guī)劃平面布置圖，爆破拋石斜坡堤方案適用于一、二港池的駁岸。通過(guò)陸上拋石爆破推進(jìn)形成駁岸，爆破速度快，與在建的東、西防波堤(包括隔堤)一起形成一、二港池后方圍區(qū)，有利于盡快形成港池及航道疏浚土的吹填條件。

參考徐圩港區(qū)現(xiàn)有的石料供應(yīng)情況和施工條件，即東西防波堤建設(shè)長(zhǎng)度超過(guò)一、二港池，為爆破擠淤堤提供施工通道條件下的造價(jià)估算，本方案每延米造價(jià)為14.3萬(wàn)元。

2.2 全清淤拋石堤

本方案特點(diǎn)是清淤換填在水上進(jìn)行，比只能由陸上單點(diǎn)推進(jìn)的爆破法靈活，可水上多點(diǎn)鋪開(kāi)施工。該方案施工期受石料供應(yīng)的影響，工期不可控。

根據(jù)清淤換填法筑堤的特點(diǎn)分析，若徐圩港區(qū)一至六港池采用滿膛式結(jié)構(gòu)碼頭，則后方圍堤和駁岸均具備采用清淤換填筑堤的條件，相對(duì)而言，對(duì)于水深較深、滿足施工開(kāi)挖作業(yè)條件、淤泥厚度適中的區(qū)域，更利于采用清淤換填工藝。因此，如前所述，若一、二港池采用拋石爆破斜坡堤接岸結(jié)構(gòu)，則在三至六港池的斜坡堤駁岸中，適宜采用清淤換填斜坡堤結(jié)構(gòu)方案。

參考徐圩港區(qū)現(xiàn)有石料供應(yīng)情況和施工條件，即全清淤堤一部分采用水拋石施工，另一部分在東西防波堤建設(shè)進(jìn)度滿足為全清淤堤提供陸上拋部分施工通道條件下進(jìn)行的綜合造價(jià)估算，本方案每延米造價(jià)為16.60萬(wàn)元。

2.3 塑料排水板+砂被拋石斜坡堤

本方案思路是將土體中的孔隙水排出，逐漸固結(jié)，使地基發(fā)生沉降，同時(shí)土體強(qiáng)度逐步提高，主要解決沉降和穩(wěn)定問(wèn)題。該方案施工期受地基處理方式的影響，工期不可控。

根據(jù)徐圩港區(qū)規(guī)劃平面布置圖，由于排水板+砂被拋石斜坡堤方案不受接岸推進(jìn)施工的影響，具備水上多點(diǎn)作業(yè)的條件，因此，該方案在一至六港池的棧橋式碼頭駁岸中均適用。根據(jù)一至六港池軟土分布的特征，參照國(guó)內(nèi)類似工程的經(jīng)驗(yàn)，軟土厚約15.0 m，爆破拋石的置換量越大，本方案的價(jià)格優(yōu)勢(shì)就越明顯。徐圩港區(qū)軟土最厚的區(qū)域集中于中部地區(qū)，三、四港池的天然淤泥厚度達(dá)12～18 m，且中部港區(qū)與陸地脫離，因此，本方案最適宜在三、四港池的棧橋式碼頭駁岸中采用。

參考徐圩港區(qū)現(xiàn)有砂料供應(yīng)情況和施工條件，即塑料排水板+砂被拋石斜坡堤一部分采用水上施工，另一部分在東西防波堤建設(shè)進(jìn)度滿足該堤提供陸上拋部分施工通道條件下進(jìn)行綜合造價(jià)估算，本方案每延米造價(jià)為13.8萬(wàn)元。

2.4 桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)堤

該結(jié)構(gòu)方案主要采用鋼筋混凝土材料，可采用工廠化生產(chǎn)，投資造價(jià)可控。該結(jié)構(gòu)本身不會(huì)產(chǎn)生大的沉降，且該結(jié)構(gòu)還采用負(fù)壓下沉工法，對(duì)地基起到真空預(yù)壓的效果，進(jìn)一步減小工后沉降[5-14]。該結(jié)構(gòu)方案的試驗(yàn)工程已經(jīng)在徐圩港區(qū)取得了成功，驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)方案和施工方案的合理性。

桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)駁岸根據(jù)自身特點(diǎn)，適用條件受水深和淤泥層厚度限制，通過(guò)經(jīng)濟(jì)性分析，認(rèn)為該方案在淤泥層厚度5～15 m，水深超過(guò)7 m的淤泥質(zhì)海岸使用時(shí)，造價(jià)比較理想。在徐圩港區(qū)三至六港池區(qū)，淤泥層厚度為8～12 m，水深7～11 m，符合桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的使用條件，在該區(qū)采用本方案可以節(jié)省投資和工期。

參考徐圩港區(qū)防波堤工程，進(jìn)行綜合造價(jià)估算，本方案每延米造價(jià)為12.1萬(wàn)元。

2.5 駁岸結(jié)構(gòu)方案比較

從建設(shè)時(shí)序、建設(shè)工期、建設(shè)條件及投資造價(jià)等方面對(duì)比以上4種方案后認(rèn)為：直立堤每延米造價(jià)最低，投資可控性最優(yōu)，工期有保證；在施工通道順暢和石料供應(yīng)充足的條件下，爆破擠於堤優(yōu)于塑料排水板+袋裝砂堤芯堤；在施工通道順暢和砂料供應(yīng)充足的條件下，塑料排水板+砂被拋石斜坡堤可以替代爆破擠於堤；全清淤堤造價(jià)最高，石料用量最多，投資可控性最差，要謹(jǐn)慎使用。針對(duì)徐圩港區(qū)駁岸結(jié)構(gòu)，考慮港區(qū)建設(shè)時(shí)序、建設(shè)工期和材料供應(yīng)，建議首選方案為桶式基礎(chǔ)直立堤，其次為爆破堤，再次為塑料排水板+砂被拋石斜坡堤，不推薦全清淤堤。

3 碼頭結(jié)構(gòu)選型

對(duì)于連云港徐圩港區(qū)工程建設(shè)來(lái)說(shuō)，駁岸結(jié)構(gòu)先于碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)，因此，為實(shí)現(xiàn)工程綜合投資成本最低、效益最大化的目標(biāo)，駁岸結(jié)構(gòu)的選擇還應(yīng)充分考慮今后碼頭布置和結(jié)構(gòu)選型這一重要因素。基于上述可行的駁岸結(jié)構(gòu)，通過(guò)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，分析徐圩港區(qū)碼頭結(jié)構(gòu)型式的最優(yōu)組合。

3.1 碼頭使用條件

按照規(guī)劃安排，本港區(qū)將建設(shè)大型通用碼頭、液體散貨碼頭、干散貨碼頭、集裝箱碼頭。為利于對(duì)比分析，碼頭使用條件按軌距30 m考慮，碼頭面高程為7.0 m，前沿水深按-16 m考慮，天然泥面高程取-4 m，陸域形成標(biāo)高8.0 m。

3.2 與斜坡堤對(duì)應(yīng)的碼頭結(jié)構(gòu)型式

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在軟土地基上建造碼頭，一般采用高樁梁板結(jié)構(gòu)最為經(jīng)濟(jì)，所以本次研究采用高樁梁板碼頭結(jié)構(gòu)。碼頭考慮寬36 m，碼頭面標(biāo)高7.0 m，裝卸船機(jī)采用30 m軌距。引橋結(jié)構(gòu)考慮碼頭每300 m長(zhǎng)設(shè)一座引橋，引橋?qū)?0 m，橋面設(shè)計(jì)標(biāo)高7.0～8.0 m，采用簡(jiǎn)支板連接駁岸，結(jié)構(gòu)斷面見(jiàn)圖3。

該方案中，碼頭結(jié)構(gòu)離駁岸結(jié)構(gòu)較遠(yuǎn)，基槽開(kāi)挖對(duì)駁岸結(jié)構(gòu)使用功能沒(méi)有影響。但是引橋增加了港池?zé)o效水域面積，減少了港區(qū)陸域面積，每延米浪費(fèi)了80 m2以上面積，影響投資效益。

圖3 爆破堤+引橋+高樁梁板碼頭結(jié)構(gòu)斷面Fig.3 Blasting compaction breakwater + bridge approach + high pile beam slab wharf

參考連云港地區(qū)已建高樁梁板碼頭的造價(jià)，給出徐圩港區(qū)碼頭結(jié)構(gòu)和引橋結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)(未計(jì)碼頭前沿挖泥費(fèi)用)，本方案每延米造價(jià)為37.5萬(wàn)元。

3.3 與直立堤對(duì)應(yīng)的碼頭結(jié)構(gòu)型式

與直立堤對(duì)應(yīng)的碼頭結(jié)構(gòu)型式，在港區(qū)建設(shè)中常采用的是引橋碼頭和滿堂碼頭。分析徐圩港區(qū)的自然條件和功能要求，兩種型式都可以使用。

3.3.1引橋碼頭 碼頭結(jié)構(gòu)及引橋結(jié)構(gòu)同3.2節(jié)。結(jié)構(gòu)斷面見(jiàn)圖4。

圖4 桶式基礎(chǔ)駁岸+引橋+高樁梁板碼頭結(jié)構(gòu)斷面Fig.4 Bucket-based structure breakwater + bridge approach + high pile beam slab wharf

碼頭結(jié)構(gòu)通過(guò)短引橋離開(kāi)直立式駁岸結(jié)構(gòu)，消除了碼頭的基槽開(kāi)挖對(duì)駁岸結(jié)構(gòu)使用功能的影響。同樣浪費(fèi)了港池的空間，每延米浪費(fèi)20 m2以上的面積，但相對(duì)于長(zhǎng)引橋方案而言，其對(duì)投資效益的影響較小。

參考連云港地區(qū)已建高樁梁板碼頭的造價(jià)，給出徐圩港區(qū)碼頭結(jié)構(gòu)和引橋結(jié)構(gòu)的綜合造價(jià)(未計(jì)碼頭前沿挖泥費(fèi)用)，本方案每延米造價(jià)為36.1萬(wàn)元。

3.3.2滿堂碼頭 碼頭結(jié)構(gòu)同長(zhǎng)引橋碼頭結(jié)構(gòu)，只是在樁基打設(shè)完成后，二次拋填一個(gè)小棱體，彌補(bǔ)駁岸前挖除的土體。碼頭結(jié)構(gòu)與直立式駁岸結(jié)構(gòu)通過(guò)簡(jiǎn)支板連接。結(jié)構(gòu)斷面見(jiàn)圖5。

圖5 桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)+高樁梁板結(jié)構(gòu)斷面Fig.5 Bucket-based structure breakwater + high pile beam slab wharf

碼頭與后方場(chǎng)地連成一片，具有操作使用方便、交通組織流暢、陸域面積大、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使圍海造陸投資效益最大化。

參考連云港地區(qū)已建高樁梁板碼頭的造價(jià)，給出徐圩港區(qū)碼頭結(jié)構(gòu)、碼頭前沿挖泥費(fèi)用和駁岸前二次拋填費(fèi)用的綜合造價(jià)，本方案每延米造價(jià)為37.0萬(wàn)元。

3.4 綜合比選分析

綜合考慮工程造價(jià)和投資效益，對(duì)比以上3種方案，斜坡堤的引橋方案工程投資效益損失過(guò)大，從長(zhǎng)期投資考慮，滿堂碼頭桶式基礎(chǔ)方案投資效益最優(yōu)。而桶式基礎(chǔ)+引橋+高樁梁板碼頭方案的長(zhǎng)期投資效益略低于滿堂方案。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)在大規(guī)模陸域形成之初，徐圩港區(qū)駁岸結(jié)構(gòu)的選型和建設(shè)應(yīng)該統(tǒng)籌考慮其與后續(xù)碼頭結(jié)構(gòu)選型的關(guān)系，處理好這個(gè)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)港區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)綜合效益最大化。

(2)根據(jù)港區(qū)地質(zhì)條件、施工工藝、工程造價(jià)初步分析，適合于徐圩港區(qū)的駁岸結(jié)構(gòu)有爆破擠淤堤、全清淤拋石堤、塑料排水板+袋裝砂堤芯堤、直立堤等。根據(jù)初步擬定的駁岸斷面綜合分析認(rèn)為：直立堤最優(yōu)，其次為爆破擠淤堤，再次為塑料排水板+砂被拋石斜坡堤，最差為全清淤拋石堤。

(3)為實(shí)現(xiàn)工程綜合投資成本最低、效益最大化的目標(biāo)，應(yīng)根據(jù)駁岸結(jié)構(gòu)型式和碼頭使用要求配備相應(yīng)的碼頭結(jié)構(gòu)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)+高樁梁板結(jié)構(gòu)方案較優(yōu)，其次為桶式基礎(chǔ)駁岸+引橋+高樁梁板碼頭結(jié)構(gòu)方案。

參 考 文 獻(xiàn)：

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[14]高志偉， 陳甦， 李武， 等. 桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)土壓力分布規(guī)律[J]. 中國(guó)港灣建設(shè)， 2013(1)： 18-21. (GAO Zhi-wei， CHEN Su， LI Wu， et al. Pattern of distribution of soil pressure on bucket foundation[J]. China Harbour Engineering， 2013(1)： 18-21. (in Chinese))