試析超深基槽重力式碼頭結構選型和設計關鍵技術

張笑笑

摘 要：近年來，水運領域中重力式碼頭結構的應用率日益提高，港口建設企業對于超深基槽重力式碼頭結構的接受度也不斷上升，該碼頭結構逐漸受到人們的青睞。為更好地設計超深基槽重力式碼頭結構并開展施工建設，應結合碼頭類型與施工工藝來完善建設，使其優勢得以充分發揮。

關鍵詞：精確延期 深孔 爆破技術

1.前言

就目前而言，重力式碼頭屬于國內碼頭建設中常見的碼頭結構類型之一，其優點在于荷載承受力佳、抗冰性與抗凍性能良好，且結構牢固等，因此在各類港口建設中，能夠較好地結合裝卸工藝、地面集中荷載對于環境的要求與轉變狀況進行調節與適應。為更好地完善與設計超深基槽重力式碼頭在結構選型、施工階段所使用到的重要技術，應對建設過程中的各類影響因素進行綜合分析，從而確保重力式碼頭設計環節能有效貫徹落實。

2.超深基槽重力式碼頭設計重要技術

2.1基礎特力層設計

作為超深基槽重力式碼頭中的重大結構，基礎特力層對碼頭適應地形變化的能力、荷載承受力及對海水與地面作用力的承受水平等均有重大影響。設計師在對超深基槽重力式碼頭進行設計時，需要結合港口碼頭的使用荷載承受范圍、工程的地質狀況來落實與完善基礎特力層的設計。

2.2基槽開挖設計

基槽開挖環節中的斷面設計以及底部寬度設計工作兩項內容，構成了超深基槽重力式碼頭的基槽開挖設計內容。斷面設計需結合基槽應力擴散線的分布狀況、有關基槽參數設計以及施工成本來明確底部寬度的實際數值。此環節中，所設計的基槽底部寬度應超過基床厚度與2倍碼頭墻體寬度之和，并且需要結合基槽擴散線參數隨基床位移而發生的變化進行有關的調整與優化。值得注意的是，在基槽開挖時，通常應用直線結構（一字型）來對斷面進行設計，各土層間產生互相交錯的狀態，并且斷層高程一定的差異性，應結合抗力數值來明確基槽開挖邊坡角度的具體數值。

2.3基槽拋石的設計

通常而言，在設計超深基槽重力式碼頭的基槽拋石時，面對基槽拋石較厚的狀況，第一步就是要對基床底面之下的拋石體積和相應的地基體積實施交換施工作業，而在具體的設計內容方面，應適度進行調整，對基槽拋石進行劃分，分為兩層結構，即拋石換填層與拋石基床。該處理方式一方面能夠確保土體性質與基槽內部整體承載能力發生一定的轉變，另一方面有利于節約港口碼頭建設的成本，以獲得更好的經濟效益。重力式碼頭設計參數方面，設計潮位應用的是極端低水位、極端高水位、設計低水位以及設計高水位。設計波浪施工期通常為5至10年，重現期為50年。波高累積頻率，結構穩定與強度為H1%，基床護底護肩塊石穩定驗算為H5%。在離泊風速方面，港內為22m/s。應注重結合拖輪、船舶、碼頭等相關因素來明確緊急離泊波高，通常情況下為1.5至2米。此外應結合船舶泊位掩護狀況以及滿載的排水量來確定船舶的法向靠岸速度。結合地質資料，選擇地基物理學指標，針對回填材料與其他建筑材料涉及到的物理學指標，應借鑒我國港口工程的相關規范與標準來選擇，需要時可運用檢測的方式來明確。碼頭設計施工的幾大參數包括碼頭總體布局參數，如碼頭面高程、碼頭前設計底標高等，此外碼頭荷載與工藝布置尺度同樣也是關鍵參數。

3.超深基槽重力式碼頭案例分析

某碼頭作業區泊位工程屬于重點配套項目，此項目的深水泊位為5個，岸線長度為1646m。

（1）結構方案的比選。從高樁離岸式與重力連片式這兩種結構來進行技術與經濟比選。前者可分成前樁臺與后樁臺，樁基由11根鋼管樁組成，排架間距為10米，面板、軌道梁、縱梁、橫梁以及樁帽構成了上部結構。碼頭平臺由棧橋（95至150米）連接陸域，駁岸設置于陸域前方。

（2）結構選型及方案可行性分析（如表1）。其一，高樁式結構的造價比重力式結構低。通過比較分析，發現由于下部工程量較大（基槽開挖與拋石等），在競標報價中，相對于鋼筋混凝土工程，土石方工程的報價下浮空間大。在總投資方面，重力式結構土石方所占比重更高，其在施工投標期間下浮空間更大，故實際工程投資差距較小。其二，重力式結構的特點是超厚拋石與超深基槽，基槽開挖底的高程為-35至-51.5米，按照3.7米的平均潮位計算，基槽拋石厚度為23.5至40.0米，基槽開挖施工水深范圍為38.6至55.1米。其三，重力式碼頭結構方案基槽開挖量為1229萬平方米，基槽拋石與爆夯量為366萬平方米，海沙回填量為380萬平方米，基槽開挖與砂石用量較大，基槽挖方能夠使用到陸域吹填造陸方面，可見選擇重力式結構擁有較佳的砂石地材供應條件。

（3）設計涉及的關鍵技術。一是基礎持力層設計。結合實際情況，該工程在選擇土基持力層方面，將如下兩項計算指標作為基礎。其一是施工圖設計選擇的基礎持力層為Ⅲ2粉質黏土與Ⅲ4中粗砂混粘性土層；其二是地基承載力抗力分項系數γR≥3.0，按照計算要求，Ⅲ粉質黏土層按保留厚度小于6米予以控制，對于厚度大的區域實施部分利用與部分開挖的方案。二是基槽開挖設計。基槽開挖底寬設計，此次工程基槽開挖底寬前邊線依據拋石換填層1比1與拋石基床層1比1.5予以控制，后邊線則依照1比0.5進行控制，每斷面的開挖寬度能夠減少14米左右，此外設計過程中還應計算并復核沉降量、地基承載能力、抗滑穩定性等指標。基槽開挖斷面設計方面，由于持力層并非均勻分布，高程起伏大，土層間互相交錯，基槽開挖底邊線主要為高程控制，通常為一字型直線設計，基槽開挖所應用的是陡邊坡設計，Ⅰ層為混合層，包含砂、淤泥質土與淤泥質土層，開挖坡度為1比3，Ⅱ～Ⅲ層則是砂與黏土、粉細砂的混合層，開挖坡度為1比2。因處在施工期臨時開挖，故可適度放寬抗力分項系數γR的取值，基槽開挖設計平均超寬為2米，超深為1米。通過施工階段的觀測，證實技術水平與施工設施均符合精度要求。三是基槽拋石分層設計。按照規定，對于較厚的基槽拋石，位于基床底面之下的拋石體能夠實施地基換填措施，將基槽拋石進行分類，分成拋石基床與拋石換填兩層。此項工程共332萬立方米的拋石換填量，由此表明基槽拋石設計具有一定的價值，同時對于節省投資成本具有積極的意義。拋石基床厚度設計，按照重力式的有關規定，結合地基承載能力與應力擴散等因素進行綜合分析，計算得出基床拋石厚度為6米。基槽拋石夯實設計方面，基槽拋石的夯實應用分層爆夯法，依據小于或等于8米對爆夯分層厚度進行控制，對基床頂層進行爆夯之后，實施兩遍重錘夯。根據設計的相應要求，施工控制按照平均夯沉量的15%開展。同時加大對后期沉降幾率較大的地段的爆夯次數。就實際施工成果而言，平均夯沉量大于14.5%，并能夠實現預期目標。

4.結語

在水運行業不斷進步的今天，碼頭選址與施工環節中，超深基槽重力式碼頭結構的應用日益廣泛，因具備結構形式豐富多變、地面荷載承受力大、結構耐久性良好等優勢，其得到了更多的建設及施工單位的歡迎，實現更好的經濟效益。

參考文獻：

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