楊旭東，崔 磊

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032）

通州灣一、二港池碼頭結(jié)構(gòu)選型分析

楊旭東，崔 磊

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032）

通過分析通州灣一、二港池工程建設(shè)邊界條件、地區(qū)建港經(jīng)驗(yàn)、自然條件、工程造價(jià)、運(yùn)營和使用安全等條件，對碼頭和接岸結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行論證比選。認(rèn)為：港池內(nèi)2萬噸級以上碼頭不宜采用重力式結(jié)構(gòu)；卸荷式或遮簾式等新型板樁碼頭結(jié)構(gòu)的工程建設(shè)和維護(hù)成本也相對較高。推薦采用高樁梁板結(jié)構(gòu)，施工便捷，建設(shè)成本低，前沿泊穩(wěn)條件好，維護(hù)水深方便，是最適宜一、二港池的碼頭結(jié)構(gòu)形式。

高樁碼頭；板樁碼頭；結(jié)構(gòu)選型

1 工程概況

南通港通州灣港區(qū)是南通市計(jì)劃近期重點(diǎn)開發(fā)建設(shè)的沿海港區(qū)。根據(jù)港區(qū)總體規(guī)劃[1]，港區(qū)分為南北兩部分，其中南部港區(qū)一、二港池主要建設(shè)2萬~5萬噸級泊位。

2 自然條件

2.1 水文條件

1）潮汐性質(zhì)及潮型

工程區(qū)潮汐性質(zhì)屬正規(guī)半日潮，工程區(qū)設(shè)計(jì)水位如下：

設(shè)計(jì)高水位5.86 m（高潮累積頻率10%）；設(shè)計(jì)低水位0.47 m（低潮累積頻率90%）；極端高水位8.13 m（50 a一遇高水位）；極端低水位-0.53 m（50 a一遇低水位）。

2）波浪

本海區(qū)冬季以偏北方向波浪為主，夏季以偏東南向浪為主。港池不同位置高水位的代表設(shè)計(jì)波要素見表1。

表1 港池SE向設(shè)計(jì)波要素Table 1 Design wave factors from SE in the basin

3）潮流

小廟洪尾水道中各測點(diǎn)水流均以往復(fù)流為主。小廟洪水道大潮漲潮測點(diǎn)最大流速139 cm/s，流向292毅；落潮測點(diǎn)最大流速129 cm/s，流向118毅[2]。

2.2 地形地質(zhì)

擬建工程區(qū)水下地形較平坦，泥面標(biāo)高一般為+1.2耀+4.2 m，呈現(xiàn)西高東低、北低南高的趨勢[3]。勘察[4]揭露的土層主要為第四紀(jì)全新世和晚更新世的松散堆積層。擬建區(qū)域地基土劃分為5個(gè)大地質(zhì)層，表部廣泛分布有域3灰黃耀灰色粉細(xì)砂層，厚度為5.0耀15 m，該層與后期吹填土經(jīng)適當(dāng)?shù)牡鼗幚砗竽芙M成工程性質(zhì)良好的復(fù)合地基土層。其下部普遍發(fā)育的 芋1灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土夾粉砂層，呈流塑狀，厚度一般為4.0耀12 m，屬高含水量、高壓縮性土層，工程地質(zhì)性質(zhì)差，為擬建圍墾區(qū)的主要壓縮土層。而芋2灰色粉細(xì)砂層，工程性質(zhì)相對較好。下臥V1灰色粉質(zhì)黏土夾粉砂。由于芋層（包括芋1與芋2層）分布的不穩(wěn)定性易對擬建構(gòu)筑物造成不均勻沉降，為滿足后期擬建構(gòu)筑物對地基土強(qiáng)度及變形要求，應(yīng)采取必要的地基處理措施。

3 主要設(shè)計(jì)條件及各類碼頭結(jié)構(gòu)適應(yīng)性分析

3.1 相關(guān)主要設(shè)計(jì)條件

根據(jù)通州灣港區(qū)起步工程的總體建設(shè)進(jìn)度安排[5]和投資回報(bào)的合理性分析，圍墾工程（包括邊界圍堤）先于碼頭實(shí)施：1）鑒于工程區(qū)域獨(dú)特的灘地潮流條件，必須先建圍堤固沙保灘。2）自然灘面較高，圍堤造價(jià)較低；當(dāng)圍堤建好、部分區(qū)域成陸后、航道和港池也具備了一定的施工條件，在后方道路堆場及配套建設(shè)的同時(shí)進(jìn)行碼頭建設(shè)，可以基本做到同步完工、及時(shí)投產(chǎn)、發(fā)揮最佳整體經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

建筑場地類別為IV類，屬于軟土地基，工程周邊區(qū)域以高樁梁板式碼頭結(jié)構(gòu)為主，但工程區(qū)表層普遍分布有一定厚度的粉細(xì)砂、地基條件較周邊地區(qū)相對較好，為本工程新型板樁結(jié)構(gòu)形式的選擇提供了可能。若經(jīng)論證能成功采用板樁或重力式結(jié)構(gòu)等滿堂式碼頭布置形式，將有利于碼頭前沿區(qū)域的高效使用、有利于港池U形布置邊界限定下的水陸域平面布局優(yōu)化。

3.2 結(jié)構(gòu)初步篩選

3.2.1 高樁梁板結(jié)構(gòu)

高樁梁板結(jié)構(gòu)對軟弱地基適應(yīng)性強(qiáng)、自重較輕，對高水位差條件下的總平面布局、設(shè)計(jì)船型、裝卸工藝等使用要求適應(yīng)性強(qiáng)；施工組織方便。本文僅考慮采用引橋接岸的布置形式進(jìn)行重點(diǎn)對比分析研究（根據(jù)相鄰地區(qū)的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，采用滿堂式布置的高樁梁板碼頭，每延米碼頭造價(jià)一般都不小于60萬元）。

3.2.2 板樁碼頭結(jié)構(gòu)

由于本工程現(xiàn)有天然泥面較高、表層土質(zhì)較好、主要軟弱土層主要分布為上部夾層，有條件在前期通過一定地基加固措施改善板樁墻后軟弱土體、減少墻后土壓力，板樁碼頭結(jié)構(gòu)在本地區(qū)也存在一定的技術(shù)可行性。經(jīng)計(jì)算，多錨板樁等其他傳統(tǒng)板樁結(jié)構(gòu)在2萬噸級以上碼頭應(yīng)用的可行性較低，本文重點(diǎn)考慮卸荷式和遮簾式兩種新型板樁碼頭結(jié)構(gòu)的對比研究。

3.2.3 重力式碼頭結(jié)構(gòu)

本工程場地淺表部發(fā)育一定厚度的軟弱土夾層，工程地質(zhì)性質(zhì)較差。重力式結(jié)構(gòu)自重、門機(jī)等豎向荷載較大，持力層較難滿足要求。若進(jìn)行深層地基加固，或采用高基床，工程造價(jià)又將大幅提高。2萬噸級以上的重力式碼頭結(jié)構(gòu)在本工程區(qū)域應(yīng)用的可行性較低。

3.3 結(jié)構(gòu)初篩結(jié)論

本文不考慮在工程典型區(qū)段采用重力式碼頭等結(jié)構(gòu)形式，僅以5萬噸級碼頭為例，重點(diǎn)對高樁結(jié)構(gòu)和板樁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析對比論證。

4 碼頭結(jié)構(gòu)方案

4.1 方案論述

4.1.1 高樁梁板方案

碼頭面頂標(biāo)高8.63 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高-13.5 m。碼頭寬度28 m，排架間距8 m，樁基采用7根準(zhǔn)1 000 mm PHC樁。上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆橫梁、預(yù)制縱梁和疊合面板連成整體。

擬每120 m的岸線布置1座引橋連接碼頭與駁岸。引橋?qū)?2 m，長102 m，為高樁板梁結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)排架間距為18.5 m。樁基采用3根準(zhǔn)1 000 mm PHC樁。斷面圖見圖1。

4.1.2 卸荷式板樁方案

碼頭面頂標(biāo)高8.63 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高-13.5 m。前墻為1.3 m厚地連墻，墻底標(biāo)高為-32 m，墻頂標(biāo)高2.73 m，其上為鋼筋混凝土胸墻。前墻后設(shè)置樁基卸荷承臺，承擔(dān)其上的土重、軌道荷載和碼頭面均載，并對前墻起到卸荷作用，減小作用在前墻上的土壓力。承臺布置3排準(zhǔn)1 200 mm灌注樁。距前墻約60 m處布置錨碇墻，錨碇墻為1 m厚地連墻。胸墻和錨碇墻通過準(zhǔn)90高強(qiáng)度鋼拉桿連接，拉桿間距為2 m。

圖1 高樁碼頭斷面Fig.1 Section of the high-pile wharf

前墻至錨錠墻前范圍的軟弱土夾層采用塑料排水板+真空預(yù)壓的方式進(jìn)行加固處理，加固深度約為20 m，加固寬度約為70 m。為防止墻后填土受波浪淘蝕，前墻分縫間的空隙處加注旋噴樁。斷面圖見圖2。

4.1.3 遮簾式板樁方案

碼頭面頂標(biāo)高8.63 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)泥面標(biāo)高-13.5 m。前墻采用1.3 m厚地連墻，墻底標(biāo)高約-29.3 m，墻頂標(biāo)高約2.7 m，其上為鋼筋混凝土胸墻。前墻后方設(shè)置“遮簾樁”，使其承擔(dān)大部分因土體自重、軌道荷載和碼頭面均載等荷載產(chǎn)生的土壓力，起到對前墻的“遮擋”作用。遮簾樁采用矩形截面，截面尺寸為2 000 mm伊1 000 mm，樁距為2 m。在距前墻約55 m處布置錨碇墻，錨碇墻為1 m厚地連墻。胸墻和錨碇墻之間通過準(zhǔn)90高強(qiáng)度鋼拉桿連接，拉桿間距為2 m。斷面圖見圖3。

前墻后至錨錠墻前范圍的軟弱土夾層采用塑料排水板+真空預(yù)壓的方式進(jìn)行加固處理，加固深度約為20 m，加固寬度約為65 m。為防止墻后填土受波浪淘蝕，前墻分縫間空隙處加注旋噴樁。

4.2 主要計(jì)算分析方法及成果

4.2.1 計(jì)算方法

1）高樁碼頭橫向排架假定為平面問題分析，計(jì)算圖式為樁上端與橫梁固接，下端與地基土固接。板樁碼頭均按照J(rèn)TS 167-3—2009《板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》[6]規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，遮簾式板樁碼頭采用有限元方法進(jìn)行計(jì)算。

2）岸坡穩(wěn)定驗(yàn)算：采用圓弧滑動簡單條分法計(jì)算。粉砂

圖2 卸荷式板樁碼頭斷面Fig.2 Section of unloading sheet-pile wharf

圖3 遮簾式板樁碼頭斷面Fig.3 Section of covered sheet-pile wharf

4.2.2 設(shè)計(jì)荷載

本次研究考慮的主要設(shè)計(jì)荷載有建筑物自重、均布荷載、25 t門機(jī)荷載、水平運(yùn)輸機(jī)械荷載、船舶荷載、波浪水流力、地震荷載等。

4.2.3 計(jì)算成果

1）岸坡穩(wěn)定計(jì)算成果

選取鉆孔B23計(jì)算斷面，高樁梁板結(jié)構(gòu)及板樁結(jié)構(gòu)岸坡穩(wěn)定最小抗力分項(xiàng)系數(shù)均大于1.2，滿足岸坡整體穩(wěn)定要求。

2）主要結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

3種結(jié)構(gòu)形式主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見表2~表4。

表2 高樁碼頭及引橋主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表Table 2 Calculation results of the main component forces of the high-pile wharf and approach bridge

表3 卸荷式板樁碼頭主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表Table 3 Calculation results of the main component of unloading sheet-pile wharf

表4 遮簾式板樁結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表Table 4 Calculation results of the main component of covered sheet-pile structure

4.3 造價(jià)對比分析

經(jīng)對比，應(yīng)用新型板樁碼頭結(jié)構(gòu)的工程造價(jià)比高樁碼頭高。主要原因是：1）工程區(qū)地基條件與北方應(yīng)用新型板樁結(jié)構(gòu)的地區(qū)相比較差，分布不均的軟土夾層使擋土結(jié)構(gòu)承受土壓力較大，致使地連墻較厚、樁基較粗，板樁碼頭造價(jià)大幅提高。2）工程區(qū)潮差大，擋土高度大（本地區(qū)5萬噸級碼頭的擋土高度超過22 m，大于北方地區(qū)10萬~15萬噸級碼頭的擋土高度）；為了適應(yīng)潮差變化的使用要求，上部結(jié)構(gòu)高度和造價(jià)均大幅增加。

5 結(jié)構(gòu)方案綜合比選

不同結(jié)構(gòu)方案的主要優(yōu)缺點(diǎn)見表5。

表5 不同類型碼頭結(jié)構(gòu)方案（5萬噸級）比較表Table 5 Comparison of different wharf structure types of 50 000 tons

6 結(jié)語

1）港池內(nèi)2萬噸級以上碼頭不宜采用重力式結(jié)構(gòu)；

2）卸荷式或遮簾式等板樁碼頭結(jié)構(gòu)的工程建設(shè)和維護(hù)成本較高，耐久性較差；

3）推薦采用的高樁梁板結(jié)構(gòu)，其施工便捷、建設(shè)成本低，前沿泊穩(wěn)條件好、維護(hù)水深方便，是最適宜一、二港池的碼頭結(jié)構(gòu)形式。

[1] 交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院.南通港通州灣港區(qū)總體規(guī)劃方案[R].北京：交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，2014.

Transport Planning and Research Institute,Ministry of Transport, China.General planning scheme of Tongzhou Bay harbor district of Nantong Port[R].Beijing:TransportPlanning and Research Institute,Ministry of Transport,China,2014.

[2]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司水動力研究中心.通州灣港區(qū)起步工程平面方案潮流數(shù)值模擬研究[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司水動力研究中心，2015.

Hydrodynamic Research Center of CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Tidal current numerical simulation research on the plan原ning program of the initial project in Tongzhou Bay port area[R]. Shanghai:Hydrodynamic Research Center of CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,2015.

[3]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.南通港通州灣港區(qū)起步階段臨時(shí)建材碼頭地形測量[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2014.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Topographic survey for the material wharf of the initial stage in Tongzhou Bay port area, Nantong[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd., 2014.

[4]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.通州灣港區(qū)二期吹填造地工程巖土工程勘察報(bào)告[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2014.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Engineering geological investigation report on the second stage project of reclamation by pumping filling of Tongzhou Bay port area[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,2014.

[5]中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司.通州灣腰沙圍墾一期工程工程可行性研究報(bào)告[R].上海：中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2014.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study report on the first stage project of Yaosha reclamation of Tongzhou Bay port area[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd., 2014.

[6]JTS 167-3—2009，板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 167-3—2009,Code for design and construction for quay wall of sheet pile[S].

如何編寫題名

題名編寫要點(diǎn):

題名是一篇論文的總題目，是能反映論文中特定內(nèi)容的恰當(dāng)、簡明的詞語的邏輯組合。題名應(yīng)能準(zhǔn)確無誤地表達(dá)論文的中心內(nèi)容和重要論點(diǎn)，使讀者能從題名中了解到該文所要研究的核心內(nèi)容和主要觀點(diǎn)。當(dāng)確有必要補(bǔ)充說明題名的特定內(nèi)容時(shí)，可使用副題名作進(jìn)一步的具體說明。

題名編寫注意事項(xiàng)：

1）應(yīng)高度概括論文中的重要內(nèi)容，避免使用含義籠統(tǒng)及一般化的詞語。

2）使用適當(dāng)?shù)脑~語進(jìn)行恰如其分地表述，避免使用不得體的華麗辭藻，或過高過低的程度用語。

3）用詞要簡潔明朗，避免使用繁瑣冗長的形容詞和不必要的虛詞。

4）用語用詞要規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)，不得使用非公知公用、同行不熟悉的外來語、縮寫詞、符號、代號和商品名稱，不出現(xiàn)數(shù)學(xué)式和化學(xué)式。

5）題名中盡可能不用或少用點(diǎn)號。

6）中文題名一般不宜超過20個(gè)漢字，英文題名應(yīng)與中文題名含義一致，一般以不超過10個(gè)實(shí)詞為宜。

示例：

《大體積混凝土施工技術(shù)》。此題名明顯過于泛指和籠統(tǒng)，從文章內(nèi)容可知，該文實(shí)際上是討論大體積混凝土施工過程中產(chǎn)生裂縫的原因和控制裂縫的措施及方法，因此，應(yīng)將題名改為《大體積混凝土裂縫控制施工工藝》。

Analysis on wharf structure type selection of the first and second basin in Tongzhou Bay

YANG Xu-dong,CUI Lei
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

By analyzing the boundary construction conditions,area construction experiences,natural conditions,project costs, operations management and use safety of the first and second basin in Tongzhou Bay,we compared and selected the types of wharf and shore-connecting structure.This paper concludes that gravity quay type cannot be used when berthing grade is over 20 000 tons,The construction and maintenance cost of the new type of sheet-pile wharf structure,such as unloading or covered type,are relatively high.It is recommended that the high-pile beam-slab structure has the advantages of convenient construction,low construction cost,good berthing conditions and convenient maintenance of water depth.It is the most suitable for the wharf structure type of the first and second basin.

high-pile wharf;sheet-pile wharf;structure form selection

U656.11

A

2095-7874（2017）04-0044-06

10.7640/zggwjs201704011

2017-02-27

2017-03-18

楊旭東（1975— ），男，湖南邵東人，高級工程師，港口與航道工程專業(yè)。E-mail：ysyangxd@theidi.com