青島港郵輪碼頭透空式上部結構設計與研究

鄒一波，郭春玲，付愛珍

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津300222）

青島港郵輪碼頭透空式上部結構設計與研究

鄒一波1，郭春玲2，付愛珍2

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津300222）

碼頭設計中采用透空式上部結構，可以減小波浪對碼頭的作用力，減少碼頭上水、降低碼頭面高度。以青島港郵輪碼頭工程為例，通過物理模型試驗研究，優化結構方案，確定結構開孔尺寸和碼頭面高程。結果表明，在上部結構采用透空形式進行消浪，對減小碼頭上水、降低碼頭面高程的效果明顯，可為類似工程設計提供參考。

郵輪碼頭；透空式上部結構；消浪；碼頭上水

0　引言

青島港郵輪碼頭工程建設位置地基巖面較淺，承載力高，經工程前期工作各方案的比較，最終采用重力式沉箱結構。同時由于郵輪碼頭處于無掩護水域，若采用常規不透空直立式岸壁結構，為解決碼頭上水，則碼頭面高程較高，與后方陸域高差較大，銜接較為困難。工程中常用的解決辦法是在沉箱上開孔，但本工程因某些原因不能采用，故將開孔高度提高，在胸墻上開孔，并通過物理模型試驗來觀察其作用效果。

1　工程概況

青島港郵輪碼頭工程[1]位于青島港大港池口門處，碼頭岸線與中港池西北防波堤平行，距防波堤95 m。該工程為1個15萬噸級郵輪泊位，碼頭岸線總長490 m，碼頭面高程6.2m。前沿設計底高程為-13.5 m，可停靠目前世界上最大的郵輪——海洋綠洲號。青島港郵輪碼頭工程平面布置見圖1。

郵輪碼頭處于無掩護水域，為開敞碼頭，其頂面高程除應滿足碼頭頂面不被波浪淹沒的要求外[2]，還要考慮與后方陸域的銜接。根據碼頭泊穩數學模型結論，在設計高水位重現期50 a一遇波浪作用下，郵輪碼頭前沿最大波峰面高程為7.28 m，碼頭為重力式沉箱岸壁結構，不考慮上部結構和富裕高度，碼頭頂面高程可取7.2 m。現有老港碼頭陸域頂面高程為5.5m，郵輪泊位碼頭頂面與后方陸域之間高差較大，若將陸域全部填高至7.2 m，造價過大，若采用過渡坡度，不方便陸域房建、機械及道路的布置。為解決這一難題，只能從降低碼頭面這個方面來考慮。

圖1　工程平面方案圖Fig.1 Proposed p lan layout ofwhar f

為降低碼頭面，碼頭結構采用透空結構，因某些原因沉箱上不能開孔，故將上部結構做成透空形式，以減小碼頭前的反射波高，降低碼頭頂面高程。因上部結構上有系船柱、護舷和軌道等設施，采用怎樣的開孔形式及大小，既能達到消減碼頭前波浪、降低碼頭頂面高程的目的，又能滿足結構要求。為此進行了專門的透空式上部結構的設計，并進行了相關模型試驗[3-4]。

2　設計條件

2.1設計水位（當地理論基準面）

設計高水位4.34m，極端高水位5.43m。

2.2設計波浪要素

設計波浪要素見表1。

表1　設計波浪要素Table1 Designwave parameters

3　結構設計與方案對比

碼頭結構為重力式沉箱結構，前沿底高程-13.5 m，沉箱頂高程+2.5 m。沉箱內回填5～50 kg塊石，沉箱頂面現澆上部結構，上部結構為透空消浪結構，見圖2。

開孔消能的主要原理是利用墻前波浪與進入消能室的波浪相位差和波浪進入消能室后產生的紊流消耗能量，來達到減小波浪力的作用。消能效果與開孔大小和消能室的寬度有關。根據國外資料和國內科研單位的試驗研究成果[5-7]，消能室寬度B與入射波長L的比值為B/L=0.2左右時消能效果最佳，一般B/L為1/4～1/8。

因本工程沉箱不能開孔，只能在上部胸墻上開孔，故開孔率較小。為保證上部透空結構的消浪作用，在滿足結構要求的前提下盡可能的加大消浪室。一般的沉箱結構，碼頭上部結構只是將沉箱前艙頂面現澆混凝土形成碼頭面。為達到消能效果，將沉箱頂面整個現澆混凝土透空結構，除底面、頂面和后面為實體外，其他全部為透空。為加大消浪室，將頂面和底面之間的隔墻取消，四角處采用棱柱支撐，消浪室的寬度為9.65 m，B/L約為0.2。

圖2　碼頭斷面結構圖Fig.2 Structural crosssection ofwharf

為驗證透空式上部結構的消浪效果，并確定結構上的波浪力，驗證結構的穩定性，分別按不同的頂面高程即+7.2 m、+6.7 m和+6.2 m，即不同的消浪室高度進行了3個方案的模型試驗。透空式上部結構具體尺寸見圖3。

圖3　胸墻結構圖（單位：mm）Fig.3 Structu re of breastwall(mm)

4　結果分析

各水位重現期不規則波作用下3個方案的模型試驗結果[3]詳見表2、表3。

表2　碼頭前沿波高值Table2 W aveheightsat frontofwharf

從表中可以看出：

1）碼頭面高程+6.2 m，消浪室高度1.8 m，極端高水位50 a重現期不規則波作用時越浪量最大，為0.082 9m3/（m·s），最大水舌厚度為1.95m。設計高水位時的上部結構開孔消能作用發揮較好，重現期10 a無越浪；

2）碼頭面高程+6.7 m，消浪室高度增大到2.3m，消能效果增強，極端高水位50 a重現期不規則波作用時越浪量為0.023 3m3/（m·s），最大水舌厚度1.65m，設計高水位10 a重現期無越浪；

3）碼頭面高程+7.2 m，消浪室高度增大到2.8m，消能效果最好，極端高水位重現期50 a不規則波作用下的越浪量為0.003 6m3/（m·s），最大水舌厚度為1.05m，設計高水位10 a重現期無越浪。

物模試驗結果表明，在消浪室寬度一定的情況下，消浪室的高度越大，碼頭前的比波高值越小，消能效果越好，但碼頭面頂高程也越高，這樣不但碼頭的工程造價高，且與后方陸域的高差較大，銜接困難。

從試驗結果可知，碼頭頂面高程6.2 m、消浪室高度1.8 m時，設計高水位時重現期10 a無越浪，極端高水位50 a重現期的越浪量為0.082 9 m3/（m·s），基本上可以滿足碼頭的使用要求，故碼頭頂面高程確定為6.2m，為減小越浪量，改善極端高水位下碼頭上浪情況，在碼頭前沿設置封閉的護輪坎，護輪坎高度為0.5m，此時越浪量減小至0.078 8 m3/（m·s），滿足設計和使用要求。

表3　碼頭面上浪試驗結果Table 3 Test resultsof overtopp ing on whar f deck

5　結語

在青島港郵輪碼頭的設計中，通過物理模型試驗結果的研究表明，只在上部結構采用透空形式進行消浪，在減小碼頭上水、降低碼頭面高程方面效果顯著。而且采用透空式上部結構，在降低碼頭頂面高程的同時可降低碼頭前沿的比波高值，改善碼頭前沿的泊穩條件。這對郵輪碼頭這種客運碼頭來說，提高了船舶停靠時的舒適性。本工程的設計思路及試驗數據可為類似工程設計提供參考。

[1]中交第一航務工程勘察設計院有限公司.青島港老港區郵輪碼頭工程可行性研究報告[R].2012. CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Engineering feasibility study reportofcruisewharf in Qingdao Port[R].2012.

[2]JTS 167-2—2009，重力式碼頭設計與施工規范[S]. JTS 167-2—2009,Design and construction code for gravity quay [S].

[3]交通運輸部天津水運工程科學研究所.青島港老港區郵輪碼頭工程斷面波浪物理模型試驗研究報告[R].2012. Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,M.O.T. Physicalmodel reportofwave condition of cruise wharf in Qingdao Port[R].2012.

[4]交通運輸部天津水運工程科學研究所.青島港老港區郵輪碼頭工程碼頭泊穩數學模型研究報告[R].2012. Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,M.O.T. Mathematicalmodel report of anchor stability condition of cruise wharf in Qingdao Port[R].2012.

[5]邱駒.港工建筑物[M].天津：天津大學出版社，2002. QIU Ju.Harbour engineering building[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

[6]習和忠.開孔沉箱防波堤消浪作用的理論研究及應用[J].港口工程，1994（6）：11-16. XI He-zhong.Theoretical study and application on perforated caisson breakwaterwave dissipation[J].Port Engineering,1994(6): 11-16.

[7]施曉迪，琚烈紅.開孔沉箱消浪性能試驗研究[J].水運工程，2011（3）：16-20. SHIXiao-di,JU Lie-hong.Experimental research onwaveattenuation effectiveness ofperforated caisson[J].Port&Waterway Engineering,2011(3):16-20.

Design and study on permeable superstructure of cruise wharf in Qingdao Port

ZOUYi-bo1,GUOChun-ling2,FUAi-zhen2
（1.CCCCTianjin PortEngineering InstituteCo.,Ltd.,Tianjin 300222,China; 2.CCCCFirstHarborConsultantsCo.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

A permeable superstructure in wharf design can reduce wave forces acted on the wharf and reduce overtopping，thus lowering down theelevation of thewharf deck.Taking the cruisewharf in Qingdao Portasan example,thewharf structure is optimized through physical model tests to determine the dimensions of hollows in the breast wall and the wharf surface elevation.The analysis results show that,with the permeable superstructure to dissipatewaves,themethod doeswell to reduce overtopping and wharf elevation.Itmay provide a reference to similar projectdesign.

cruise terminal;permeable superstructure;wave dissipation;overtopping

U656.111

A

2095-7874（2016）06-0025-04

10.7640/zggw js201606006

2016-03-21

鄒一波（1983—），男，遼寧沈陽市人，工程師，港口航道與海岸工程專業。E-mail：zouyibo@163.com