重力式混凝土方塊碼頭設計的初探

趙國

摘 要：結合實際，探討了重力式混凝土方塊碼頭設計方案。

關鍵詞：重力式；凝土方塊碼頭；設計

重力式混凝土方塊碼頭在北方港口被廣泛地采用，某港有13個泊位，現有6個泊位是混凝土方塊碼頭，部分正在大規模建設中的新港，也都選用重力式結構，而大多數也是混凝土方塊碼頭。從方塊碼頭的技術管理和長期使用中。經常發現碼頭的技術性能與使用功能有一定的矛盾，從而約束了港口的裝卸生產，嚴重影響港口的經濟效益和社會效益。本文試探通過設計的改革來解決這一問題。

1 混凝土方塊碼頭現行的設計方法與步驟

1.1 提供設計的有關主要技術資料

（1）地質、地形資料；（2）水文、氣象資料；（3）碼頭規模與用途等。

前兩項為自然資料，是客觀存在的數據，不隨設計者的意愿而改變。而第三項是依據設計任務書的要求、規范的規定和碼頭的用途，由設計者來選擇碼頭的設計水深、碼頭頂標高，以及堆貨荷載等教據。堆貨荷載是主要的設計荷載，在混凝土方塊碼頭設計中，堆貨荷載將轉化為土壓力，而成為碼頭的主要破壞力。因此，選擇堆貨荷載是一項十分重要的工作。

1.2 混凝土方塊碼頭斷面設計及計算步驟

設計者首先草擬碼頭斷面，根據設計高水位、設計低水位及校核水位，分別進行各項穩定核算，其步驟是：

第一步，碼頭混凝土方塊各層的傾覆與滑動穩定計算。

第二步，碼頭的基礎穩定計算，校核地基與基礎的承載能力以及地基的不均勻沉降計算。

第三步，碼頭整體穩定校核。

當以上三個步驟的計算結果和安全系數，都符合規范要求時，即完成了碼頭斷面的設計計算工作。也就是可以正式確定碼頭的標準設計斷面。

當前設計者在設計碼頭斷面時，既考慮結構的安全度，更重視節約混凝土的用量，因此盡量壓縮安全系數，使其值略大于或等于規范允許值為最佳。為此，產生一種觀點，即要求碼頭的底寬與全高之比值愈小愈好，并以此作為考核碼頭設計質量的標準。

1.3 碼頭使用效能分析

碼頭的使用效能是用泊位通過能力衡量的，泊位通過能力主要由碼頭、庫場，裝卸機械、疏運情況等四項綜合能力平衡后，來確定泊位的通過能力。

當港口為連續碼頭時，庫場往往嚴重不足，某些港口每延長米碼頭只有60～70平方米庫場面積，而全國每延長米碼頭平均擁有150平方米庫場面積。因此，港口的庫場通過能力，也就是碼頭泊位的綜合通過能力。

某港4號泊位庫場通過能力，通過核算可以提高一倍多，從某種意義上講，也就是一個泊位可以發揮原來兩個泊位的效能。該泊位為什么能夠提高使用效能，關鍵的原因是碼頭斷面有足夠的安全系數，從而可以增大庫場的堆存能力。

當碼頭改變用途后，如果碼頭斷面就沒有足夠的安全度，從而限制了碼頭使用的通用性。如果設計時，碼頭斷面略為加大，這樣碼頭的安全度、耐久性以及使用的通用性都會得到很大改善。其它配套設施都圍繞碼頭、配合碼頭進行裝卸生產，如果碼頭能更大地發揮效能，配套設施才能更好地發揮效能，反之，如果碼頭中止生產，其它配套設施，例如港口鐵路、公路，庫場，裝卸機城，輔助設施等，本身性能也不能發揮作用。因此碼頭的效能，在港口建設和設計時，應給予特別的注意。

在混凝土方塊碼頭建設中，方塊與基礎棱體、回填土、護樁等相比，決定碼頭的功能，混凝土方塊的大小是占第一位的，因為決定碼頭的承載能力，除了天然地基之外，方塊穩定的安全系數是決定的因素。

碼頭斷面設計，即混凝土方塊大小的決定是碼頭能否擴大生產，能否提高使用年限，以及減少碼頭的維護費用，提高碼頭使用效率的關鍵。因此，適量加大碼頭斷面，將符合港口的長遠利益。因為在港口裝卸實踐中，它能發揮更大的經濟效率和社會效益，而加大斷面的投資，在總投資中所占比例并不大，增加的費用，如果與總效益相比，它是微不足道的。

2 方塊碼頭設計改革的探索

為了碼頭的安全生產，曾對某港各碼頭的整體穩定性進行了分析，分析得知，該港口各碼頭其基礎都坐落在亞粘土或粗砂之上，整體穩定性比較好。當堆貨荷載為80～120kPa時，整體穩定也是安全的。如果再加堆貨荷載，碼頭的整穩定性就得不到保證。而整體穩定性，主要是由地質的物理性能來決定，它是客觀存在的，應說是一種資源，就象水深一樣，我們應該充分利用它。

因此設想，以整體穩定能承受的最大荷載來作為碼頭斷面的設計荷載。如果地基是巖石，它的承載能力超過120kPa，那么設計者在充分考慮遠景發展的情況下，根據實際情況來確定合理的設計荷載。

當然，特殊專業化碼頭、也應該按實際情況來決定設計荷載。

混凝土方塊碼頭斷面設計其步驟可歸納為：

第一步，假定碼頭斷面，通過電算探求地基能承受的最大堆貨荷載，然后根據實際情況確定前沿荷載和前方堆場荷載。以該方法確定的荷載來進行碼頭斷面的核算，而不是象目前以碼頭的用途，再根據荷載規范來選擇設計荷載進行斷面設計。

第二步，碼頭設計荷載確定后，進行碼頭結構的傾覆與滑動穩定核算。

第三步，進行碼頭基礎的穩定計算，以及地基沉降計算。

當以上計算結果均符合規范要求之后，即已完成碼頭的斷面計算工作，從而正式確定碼頭的標準斷面。這樣設計的碼頭斷面，從長遠觀點而言，將是最經濟的選擇。

結束語

（1）隨著海洋航運事業的發展，要求裝卸效率愈快愈好，因此，裝卸機械也愈來愈大，其自重也不斷增加。隨著貨物不斷地成組化，托盤化、集裝箱化，裝卸機械的大型化發展的趨勢是不可避免的。貨物堆存高度愈來愈高，堆場荷載愈來愈大也是不可避免的。因此，要求提高碼頭的承載能力，乃是明智的選擇。

（2）當前碼頭設計，均依據設計任務書的要求，按計劃的使用性質，選擇設計荷載，進行結構設計。實際上，碼頭使用性能，特別是裝卸工藝，經常隨著客觀條件而變化。一個碼頭要使用數十年，甚至一百多多年，我們的計劃不可能預測如此長久。因此，不按碼頭用途來選定設計荷載是可行的、是求實的。

（3）碼頭設計時，充分使用地基的承載能力，也就是充分利用地質資原。我們要求大幅度提高前方堆場荷載，而前方堆場一般都在碼頭破裂線之外，該荷載對土壓力影響是不大的。因此，要增加的碼頭斷面也不會太大。何況，碼頭在港口設計中，占總投資一般不到30%，而碼頭混凝土斷面在碼頭中投資僅占20%，因此，要增加的碼頭斷面在港口建設總造價中，所占比例就微不足道。但是，它的經濟效益卻相當之大。

（4）混凝土方塊碼頭的安全，主要是方塊的穩定，加大混凝土方塊斷面，實際上就是增加了安全度，從而為港口建筑設備管理提供良好的條件，也將增加碼頭使用的耐久性。■