冰凍地區碼頭結構型式及防冰措施

孟繁崢

摘 要：通過冰凍地區碼頭選址、結構型式調研、冰荷載計算公式與冰試驗對比分析，提出了冰凍地區碼頭結構型式及具體防冰措施。

關鍵詞：冰凍 碼頭結構型式 冰荷載 防冰措施

我國北方冰凍地區受冰凌影響，在碼頭選址、碼頭結構及使用條件等與南方水系有較大不同，在港址選擇時就應避開流冰頂沖點等冰凌危害嚴重的河段，碼頭結構也應充分考慮冰荷載的影響。

冰凍地區碼頭選址及結構型式分析

內河冰凍港口在我國主要集中在黑龍江、吉林兩省，本次研究共調研11個碼頭，分別是位于黑龍江省內的哈爾濱港、佳木斯港、同江港、黑河港、嘉蔭港、撫遠港和吉林省內的大安港、延邊港、豐滿港、葦沙河港、五棵樹港。

1、冰凍地區港口選址分析

表1為本次研究調研港口位置及所處河段類型統計表，所調研8個港口港前水域寬闊，河床及河岸較為穩定，從表中可以看出，其中5個港址位于彎曲河段凹岸，僅嘉蔭港位于凸岸彎頂上游。由此可以看出，冰凍地區建港港址也易選擇在彎曲河段凹岸彎頂下段或順直河段穩定深槽下段。

2、碼頭結構型式及冰破壞分析

冰凍地區碼頭所受荷載除了土壓力、堆貨荷載、自重以及機械荷載、船舶等荷載之外，還存在著重要的冰荷載問題，表2為本次調研碼頭型式匯總，在所調研的81個泊位中，63個采用重力式結構型式，占總數的78%，不難看出，重力式碼頭結構在冰凍地區使用的普遍性和適應性。

本次調研所涉及的重力式碼頭結構型式包括了實心方塊結構、空心方塊結構、鋼沉筒結構及漿砌塊石結構等。實地調研發現：鋼沉筒碼頭基礎受水流的沖刷、船舶撞擊，特別是流冰撞擊后，鋼板變形嚴重，碼頭基礎造成安全隱患；空心方塊碼頭受冰排撞擊，出現了不同程度的損壞，有面層被破壞而鋼筋裸露的現象；漿砌石塊石碼頭也出現了不同程度損壞現象；實心方塊碼頭使用效果普遍較好，抗冰排撞擊表現不俗。

3、小結

通過對我國北方冰凍地區主要內河港選址、港區地質條件、碼頭結構類型以及冰對港口水工建筑物的破壞等方面調研可以看出：①冰凍地區建港港址也易選擇在彎曲河段凹岸彎頂下段或順直河段穩定深槽下段；②碼頭平面布置型式以順岸式為主，在地基承載力允許情況下，重力式碼頭結構在冰凍地區具有普遍性和適應性；③根據對不同重力式碼頭結構型式受冰凌破壞的對比分析，實心方塊碼頭使用效果較好，抗冰排撞擊表現不俗；④鋼板樁碼頭結構施工速度快，可以適應不同水位的施工要求，但工程造價及維護成本過高，且碼頭的使用壽命較重力式碼頭低很多。

防冰措施研究

冰與結構物相互作用的機理是復雜的，但就冰排受力破壞的兩種典型形式即擠壓破壞和彎曲破壞而言，擠壓破壞時的冰力一般是彎曲破壞時冰力的數倍，因此通常采用擠壓破壞作為結構設計的控制荷載。

1、冰荷載的計算

1.1 冰荷載計算公式的選取

1.2 不同碼頭迎冰面冰荷載計算

本次研究采用蘇冰公式計算了冰厚度0.68m時對碼頭迎冰面的冰荷載（表5），從表中可以看出，矩形直立面結構每延米承受水平冰荷載約1705 KN，45°斜面每延米承受水平冰荷載為91KN，60°斜面每延米承受水平冰荷載為158KN。45°斜面所承受冰荷載不足直立面的1/10，而當抗冰結構斜面的傾角超過60°時，冰排的破碎有擠壓成分，此時，冰的破壞為混和式破壞，水平冰力較單純的彎曲破壞時大。

2、防冰措施

根據冰凍地區港口防冰情況調查及不同結構型式冰荷載計算結果，總結冰凍地區碼頭主要防冰措施如下：①碼頭選址時進行流冰期現場觀測，以避開流冰頂沖點及流冰堆積嚴重區域；②碼頭設計時，應充分考慮作用在建筑物上的極限冰壓力，用極限冰壓力對建筑物進行結構設計；③在不影響碼頭正常使用的情況下，對迎冰的水工結構物設計時應考慮避免冰的純擠壓破壞形式，采用斜面型式，斜面傾角不超過60°，并且盡量縮小受冰作用的迎冰面寬度；④由于冰荷載對建筑物的磨損比較大，故在冰荷載作用范圍內（流冰期設計高水位以上0.5m到設計低水位以下1.0m）提高構件的耐磨性能，通常采用提高構件的混凝土標號和抗凍標號，在構件表面鑲嵌花崗巖或外包鋼板等措施；⑤碼頭施工過程中，如果能現場澆注混凝土則盡量選擇現場澆注；如果采取預制塊體，則在安裝就位能力允許的前提下，盡量增大塊體的體積，加強整體性，提高混凝土構件的抗冰能力。

參考文獻：

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（作者單位：吉林省航道管理局）endprint