衡重式碼頭在安徽內河港口中的應用

張海民, 王志勇, 毛 成

(安徽省交通勘察設計院有限公司，安徽 合肥 230011)

1 工程概況

本工程位于蕪湖市無為縣石澗鎮柴林村,裕溪河右岸,上游距在建的磊達二期工程約11 m,下游距鑫海碼頭約30m。

本工程擬采用挖入式港池形式,口門與港池連續布置,口門段總長78 m,寬為35 m,港池段長150 m,寬35～80 m,沿港池北側布置2個連續的綜合泊位,泊位總長145 m。

碼頭陸域布置在港池北側,沿碼頭方向長84 m,縱深77 m。碼頭作業區按使用功能劃分為停車場、前方作業區、附屬設施。停車場尺寸為65 m×45 m;前方作業帶根據陸域長度布置,長180 m,寬20 m/40 m;附屬設施主要有值班室和地磅,值班室布置在進港道路入口處;港內道路均按9 m寬設計[1]。碼頭陸域平面布置如圖1所示。

圖1 無為鴻洋碼頭平面布置圖

2 工程地質

工程區域地質剖面如圖2所示，分層情況如下：

圖2 地質剖面圖

第①層:素填土(Q4ml),灰、灰黃色,松散,含少量植物根莖、碎石、片石,局部鉆孔含量較大,為近期回填,欠自重固結,層厚0.50～3.80 m,層底標高6.60～10.50 m。

第⑦ 層:泥質砂巖(S),強風化,灰黃色,原巖結構破壞,呈砂土狀、碎塊狀。較密實,實測重型動探擊數平均值N63.5=23擊。

表1 樁基巖土設計參數

3 設計條件

3.1 設計高程

設計高水位:11.94 m(10%頻率)。

設計低水位:6.19 m(95%保證率)。

碼頭面高程:13.5 m。

設計河底高程:2.69 m。

3.2 設計荷載[2]

堆貨荷載:0～10 m，20 kPa;10～20 m，40 kPa。

汽車荷載:30 t。

基本風壓:0.35 kPa。

水流力:2 m/s。

10 t-18 m固定吊:自重68 t,傾覆力矩300 t·m。

4 結構方案

受限于規劃岸線長度,本工程采用挖入式港池,在滿足規范水域要求下,可利用的陸域面積較為有限,縱深最小處只有40 m。根據地質條件可知:本工程淤泥層厚度超過10 m,邊坡坡度需小于1∶5才能穩定,如采用高樁結構和斜坡結構等將無可利用的陸域。根據以上情況可考慮的方案有重力式結構和板樁結構。

目前內河重力式碼頭主要是階梯形結構,這種結構斷面和底寬均較大,基坑開挖范圍較大,而衡重式結構底寬稍小,基坑開挖較小。結合本工程的陸域條件宜采用衡重式結構。

4.1 方案一

擋墻采用衡重式結構,由鉆孔樁基礎、混凝土底板、片石混凝土墻身和壓頂混凝土組成。樁基礎布置2排φ1 200 mm的鉆孔灌注樁,順碼頭向間距3.0 m,垂直碼頭方向間距2.9 m,平均樁長16.5 m;通長布置的混凝土底板與鉆孔樁采用剛結方式連接,底板寬4.7 m,厚0.8 m,前沿設置1.5 m長0.4 m寬的預制混凝土板,入土深度0.5 m;片石混凝土墻身總高9.1 m,下墻墻高5.1 m,上墻墻高4.0 m,衡重臺臺寬3.0 m。墻后分層回填山皮石土,要求綜合內摩擦角≥28°,前方作業帶采用硬化路面,從下往上依次為20 cm級配碎石墊層、25 cm水泥穩定碎石和30 cm C35混凝土面層。

圖3 碼頭斷面圖

4.2 方案二

水工結構采用板樁結構方案。板樁碼頭由前墻、胸墻、拉桿和錨碇結構組成,前墻采用0.7 m厚的地下連續墻結構,墻頂標高6.0 m;胸墻結構采用矩形截面,墻高6.6 m,厚1.0 m,在標高8.5 m處設置導梁與拉桿結構連接;拉桿采用Q345鋼拉桿,直徑70 mm,順碼頭方向間距1.5 m;錨碇墻結構采用T形結構,底板寬1.0 m,墻高2.5 m,墻厚0.5 m,墻前拋填塊石。

根據《碼頭結構設計規范》[3]和《水運工程混凝土結構設計規范》[4]進行計算，計算結果見表2、表3:

表2 主要構件計算結果表(方案一)

表3 主要構件計算結果表(方案二)

對比分析表2、表3的計算結果，可以發現兩種方案各有優缺點，具體見表4。

表4 兩種水工結構方案優缺點比較

綜合考慮,推薦方案一。

5 結束語

重力式碼頭是碼頭建筑物中使用較多的一種。其工作特點是依靠結構本身及填料的重力來保持結構滑移穩定和傾覆穩定。自重力大,對地基承載力要求高[5，6]。重力式碼頭按墻身結構分為方塊結構、沉箱結構、扶壁結構、空心方塊等。方塊碼頭砌筑時采用水平分層砌筑,斷面形式有階梯式、衡重式和帶卸荷板式[7]。階梯式結構是比較早期使用的形式,它的斷面和底寬均較大,地基應力不均勻,但由于它重心較低,其抗震性較好;衡重式結構是在階梯式基礎上演變而來,其主要特點是:重心后移,穩定性得到提高;墻后土壓力減少;基地應力分布均勻,但重心上移使得抗震性能降低,且在施工中容易產生塊體后傾穩定性問題。

目前,安徽省內的重力式碼頭主要是階梯式結構,這種結構高度一般不宜超過10 m,在水位差較大的情況下(除地基條件較好)難以使用。本工程淤泥層較厚,地質條件較差,采用重力式結構需設置樁基才能滿足承載的要求。針對上述兩種結構的特點,結合陸域的使用條件,本工程采用衡重式結構減小了基坑開挖,最大化地利用了陸域空間,滿足了工程使用的要求,為類似條件的工程提供了借鑒和指導作用。