煤灰渣出運碼頭柔性靠船樁簇設計

胡雄飛，張帆，崔高領

（南海工程設計院，廣東 湛江 524001）

柔性靠船樁是一種基本的靠船水工建筑物，其功能是在碼頭前沿直接承受船舶的撞擊荷載。利用柔性靠船樁的變形和護舷的變形來吸收船舶的撞擊能量。根據結構形式的不同，柔性靠船樁可以分為單樁、雙樁與多樁：①單樁柔性靠船樁，在受撞擊過程中變形較大；②由多根樁組成的柔性靠船樁簇，在受撞擊的過程中，變形較小。用于裝卸碼頭前沿靠泊水工建筑物，更宜采用柔性靠船樁簇，其變形小，泊穩條件優良，且可為船只在碼頭前沿提供一個小型工作平臺。本文通過對某煤灰渣出運碼頭工程采用的結構進行分析和論述，為中小型柔性靠船樁碼頭結構設計和施工應用提供參考。

1 工程概況

1.1 工程規模

某煤灰渣出運碼頭位于湛江市港灣內，為引橋輸送帶式碼頭，碼頭設一個3000t級干散貨船泊位，停泊水域總長99.8m，寬度為24.0m，碼頭前沿頂高程為6.50m，前沿底高程為-4.00m。

1.2 設計水位

本工程高程系采用當地理論最低潮面起算。

極端高水位：6.43m 設計高水位：4.10m

設計低水位：0.43m 極端低水位：-0.56m

1.3 工程地質

根據《工程勘察報告》，場地地基巖、土層的分布及其物理力學性質自上而下共有六種土層，依次為：

1.3.1 新近人工填土層（Q4ml）——

素填土：為老填土，均勻性較差。以淺灰色為主，濕～飽和，松散。主要由煤灰組成，層厚6.00～7.50m。

1.3.2 第四系全新統海積層（Q4m）——

淤泥：黑、灰黑色，飽和，流塑。具微臭味，局部含較多砂粒及少量腐殖質。該層各孔段均有分布，層厚0.90～6.70m，層頂埋深0.00～7.50m。

1.3.3 第四系下更新統湛江組海陸交互相沉積層（Q1zmc）——

粉質黏土：灰黃、淺黃色，濕，可塑。主要由粉黏粒組成，黏性總體較好，局部夾薄層狀中砂。該層各孔段均有分布，層厚0.60～5.40m，層頂埋深0.90～13.00m。

粉質黏土：淺灰白、淺灰黃、淺紅等色，濕～稍濕，可塑硬塑。主要由粉黏粒組成，黏性總體較強，局部含較多砂粒。層厚3.40～5.60m，層頂埋深3.50～5.90m。

中砂：黃紅、褐黃、黃等色，飽和，稍密～中密。顆粒級配總體較好，局部過渡為粗砂或夾薄層狀粉質黏土。該層各孔段均有分布，層厚1.30～10.40m，層頂埋深4.00～16.20m。

粉質黏土：淺灰白色為主，局部雜淺紅、淺灰黃等色，稍濕，硬塑。主要由粉黏粒組成，局部含較多砂粒。該層各孔均有分布且均未揭穿，揭露厚度1.20～14.90m，層頂埋深10.10～19.00m。

2 平面布置

平面布置應保證船舶在碼頭前沿靠泊、裝卸時具有安全平穩的條件，除此之外還需控制造價、方便施工以及后期使用及維護。

本工程布置方案如下：

共設置2座墩臺，2座系船塊體，以輸送帶為中心線呈對稱式布置。兩靠船墩間距為20.7m，布置于碼頭前沿一線，兩系船塊體間距190.0m，布置于輸送帶棧橋后方護岸上，距碼頭前沿約80m（如圖1、圖2、圖3）。

圖1 總平面布置圖

圖2 碼頭平面圖

圖3 碼頭立面圖

3 靠船墩的結構設計方案

本工程共設計了2個靠船墩結構方案進行比選，具體的方案如下：

方案一：PHC管樁高樁混凝土墩臺。混凝土墩臺頂標高6.00m，長為5.00m，寬為4.00m，靠船構件底標高為3.00m，墩臺采用C35混凝土澆筑。共使用4根PHC管樁，樁徑為700mm，橫向間距1.8m，縱向間距2.7m，管樁頂標高5.00m，底標高-25.4m，長度為30.4m。護舷橫向采用D200×200×1500L橡膠護舷，縱向采用D500×500×1500L橡膠護舷，系船柱采用250KN系船柱。（圖4）

圖4 結構方案一（PHC管樁高樁混凝土墩臺）

方案二：柔性靠船樁墩臺。靠船墩尺寸4.31×2.51m，墩頂標高6.00m。基樁采用5根外徑710mm、壁厚16mm的鋼管直樁。樁長26m，樁頂標高6.00m，樁底標高-20.00m。樁位布置：靠近碼頭第一排樁共2根，沿碼頭前沿線方向間距為1.8m；第二排樁共3根，垂直碼頭前沿線方向距離前一排樁為1.8m，沿碼頭前沿線方向間距為1.8m。總體5根樁呈五環布置。鋼管樁樁與樁之間采用型號[18槽鋼進行連接，連接方式除焊接外，關鍵部位采用塞焊技術進行加固。頂部鋼板與下部基礎連接采用焊接方式，關鍵部位采用塞焊技術進行加固。靠船墩臺上方布置一組直徑200mm鋼管式雙系船柱。橡膠護舷采用SA（DA-A）400H×1000L橡膠護舷（低反力型）。（圖5、圖6）

圖5 結構方案二（柔性靠船樁墩臺立面圖）

圖6 結構方案二（柔性靠船樁鋼管樁連接平面圖）

對2個結構方案進行比選，優缺點見表1。

表1 靠船墩的結構設計方案比選

本工程面臨主要問題：要求在臺風來臨之前完成，時間緊，工程投資有限，施工機械進場不便。

綜上所述，以上兩個方案均可行，從兩個方案的對比可以看出，柔性靠船樁墩臺結構工程造價低、施工工期短、施工工藝成熟便捷、墩臺自重小、更能適應地基變形對結構產生的不利影響，經綜合比較，推薦采用柔性靠船樁墩臺結構。

4 柔性靠船樁設計經驗

鋼材強度高，具有良好的可加工性。對于水運工程，鋼結構的成熟設計，以及普及運用將越來越普遍化。下面就柔性靠船樁設計談三點設計經驗：

（1）柔性靠船樁整體性：靠船樁簇由五根鋼管樁組成，呈五環布置。樁頂設置一塊鋼板平臺，樁與樁之間使用了4組槽鋼組合進行連接，連接方式為焊接。相鄰每三樁之間形成等邊三角形，使得靠船樁簇前兩根樁所受荷載，較均勻傳遞給后方的鋼管樁；靠船樁簇在使用時，受到船的撞擊，會產生扭矩，一般工程中解決方案是安裝抗扭臂，用以抵抗扭矩，以及提高局部剛度。本工程為了節約投資以及工期，采用焊接技術中的塞焊技術用來加強結構的整體連接性以及局部剛度。塞焊是焊接技術中成熟的技術工藝，板與板之間，板與槽鋼之間，除了普通焊接外，再施以塞焊，可以達到類似在鋼材間加螺栓的效果，且不影響局部鋼材整體性。

（2）柔性靠船樁局部剛度：考慮到樁體在泥面附近內力較大，在沉樁前，在樁體泥面附近加設了1.5m長度的鋼套筒，套筒采用螺栓連接，以此措施，增加靠船樁的局部剛度。

（3）橡膠護舷與樁身的連接：本工程靠泊的船舶噸位較小，且設計高低水位變化較大，不宜采用常見的鼓型橡膠護舷。同時考慮到靠船時撞擊力較大，為提高整體性，本工程于靠船樁簇前兩樁前加設一塊鋼板（圖4），鋼板通過普通焊接與塞焊與樁身以及槽鋼連接，再在其上安裝豎向SA（DA-A）型橡膠護舷，從而達到柔性靠船樁簇受力更為合理的效果，提高安全耐久性。

5 結語

本工程已完工三年，（圖7為工程實物圖片）目前試運行效果良好。柔性靠船樁結構具有結構受力明確，結構可靠，構造簡單，造價低，施工速度快等優點。本煤灰渣出運碼頭在工期緊、資金有限的情況下，其成功建設為本項目可回收資源的開發，以及環境保護起到了非常關鍵的作用。除此之外，對于其他類似工程建設具有借鑒意義。

圖7 工程竣工圖