某板樁碼頭方案研究與設(shè)計(jì)

金 建，王二寶

(安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司，安徽 合肥 230011)

1 項(xiàng)目背景

淮南市大通區(qū)某水泥有限公司位于淮南市上窯工業(yè)園，公司散裝水泥、熟料、石膏等貨物進(jìn)出口量巨大，目前進(jìn)出口主要依靠陸路運(yùn)輸或淮南市其他區(qū)碼頭水路運(yùn)輸。為滿足企業(yè)運(yùn)輸?shù)男枨螅行Ы档拓浳镞\(yùn)輸成本，增加企業(yè)市場競爭力，充分發(fā)揮內(nèi)河水運(yùn)運(yùn)能大、能耗小、成本低的優(yōu)勢，同時(shí)考慮到承擔(dān)大通區(qū)腹地內(nèi)大型企業(yè)礦建材料進(jìn)口，公司決定在上窯工業(yè)園附近的窯河內(nèi)建設(shè)一座公用碼頭。根據(jù)淮南港規(guī)劃以及吞吐量需求，共建設(shè)6個(gè)1 000噸級通用泊位，設(shè)計(jì)船型尺寸為55 m×10.8 m×2.7 m。

2 航道條件

窯河航道現(xiàn)狀等級為Ⅵ級，自上窯節(jié)制閘至新城口淮河入河口全長7.91 km，該河段河道順直，彎曲半徑大于500 m，靠淮河回水可常年通航100噸級船舶。

根據(jù)《安徽省干線航道網(wǎng)規(guī)劃(2018-2030年)》，窯河航道規(guī)劃為Ⅲ級，自爐橋至入淮河口共計(jì)28 km，項(xiàng)目列為2018-2020年航道建設(shè)重點(diǎn)項(xiàng)目。

3 總平面布置

3.1 基本原則

(1) 總平面布置符合《淮南港總體規(guī)劃調(diào)整(2014-2025年)》。

(2) 充分利用港區(qū)水陸域資源，合理布置各建筑物，運(yùn)輸線路短，避免交叉和轉(zhuǎn)折，節(jié)省費(fèi)用，滿足使用要求。

(3) 盡可能減小水工建筑物對河勢、防洪、航道及通航安全的不利影響。

(4) 根據(jù)裝卸工藝方案、自然條件和設(shè)計(jì)代表船型選定經(jīng)濟(jì)適用的碼頭結(jié)構(gòu)形式。

3.2 前沿線布置分析

根據(jù)《安徽省航道管理辦法》，禁止“在三級航道中心線的兩側(cè)各70 m，設(shè)置攔河捕撈網(wǎng)具、有礙船舶航行的其他固定網(wǎng)具或種植水生作物”。

項(xiàng)目位置處規(guī)劃Ⅲ級航道中心線距離現(xiàn)有大堤堤腳約100 m。為滿足航道中心線距離要求，同時(shí)考慮碼頭前沿2倍船寬的停泊水域，碼頭前沿線布置在大堤堤腳處以滿足距離要求(100-21.6 m>70 m)。

3.3 碼頭結(jié)構(gòu)形式選擇

3.3.1 設(shè)計(jì)水位

設(shè)計(jì)高水位： 23.06 m。

設(shè)計(jì)低水位： 16.34 m。

設(shè)計(jì)河底高程： 13.14 m。

3.3.2 結(jié)構(gòu)形式研究

根據(jù)前沿線的布置，碼頭建設(shè)占用現(xiàn)有大堤，施工過程需對現(xiàn)有大堤堤身局部進(jìn)行開挖，經(jīng)過與水利部門的溝通，碼頭設(shè)計(jì)方案應(yīng)考慮以碼頭替代大堤，在具備防洪作用的同時(shí)盡量少破壞現(xiàn)有堤防，碼頭頂高程需與現(xiàn)在堤防高程一致，取26.5 m。

《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS 167-1-2018)中，碼頭結(jié)構(gòu)形式一般分為高樁碼頭、板樁碼頭、重力式碼頭，高樁碼頭為透空式結(jié)構(gòu)，不具備以碼頭代堤的作用，同時(shí)施工需大面積對堤身進(jìn)行開挖；重力式碼頭適合高差較小的碼頭，一般不超過10 m，本項(xiàng)目中碼頭頂面至設(shè)計(jì)河底高程高差為13.36 m，故不適宜采用重力式結(jié)構(gòu)。考慮在一定的支護(hù)條件下板樁碼頭開挖量較小，在選擇合適的基礎(chǔ)后能夠適應(yīng)較大高差，同時(shí)板樁碼頭結(jié)構(gòu)簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)以碼頭代堤。綜上所述，碼頭采用板樁結(jié)構(gòu)。

3.4 總平面布置

工程共建設(shè)6個(gè)1 000噸級通用泊位，切灘后退形成港池，自上游向下游連續(xù)布置。根據(jù)本處自然條件、航道條件和規(guī)劃，碼頭前沿線距規(guī)劃航道中心線為93～106 m，停泊水域不占用主航道。根據(jù)土地性質(zhì)、裝卸工藝，結(jié)合水利部門防洪要求，總平面布置如圖1所示。

圖1 總平面布置圖

碼頭前沿線布置在水側(cè)大堤堤身處，采用板樁碼頭方案與原有堤防連接，以碼頭代堤。碼頭平臺(tái)頂高程26.5 m，與現(xiàn)有大堤封閉連接，碼頭總長400 m，前方作業(yè)帶寬62 m，供車輛卸貨、裝車和調(diào)頭作業(yè)，前沿上游端入口處設(shè)置一座22 m×8 m的配電房和2個(gè)水泥中轉(zhuǎn)罐，通過架空管道與廠區(qū)水泥庫連接；作業(yè)帶后沿設(shè)置12 m寬的港內(nèi)道路，上游端與190 m長的進(jìn)港道路連接，入口兩側(cè)各設(shè)置1座地磅和1處洗車池，下游端設(shè)置一處裝船機(jī)配套的地坑。

碼頭后方對應(yīng)設(shè)置縱深135 m的物流用地，占地約80畝(1畝≈666.7 m2)。后方布置4×3 800 m2的倉庫、6 400 m2的生產(chǎn)輔助區(qū)(含綜合辦公樓、沉淀池、消防池等)、7 400 m2的流動(dòng)機(jī)械停車坪(含工具間、機(jī)修車間停車場地)等設(shè)施。園區(qū)內(nèi)設(shè)置9 m寬的港內(nèi)道路，周邊設(shè)置5 m寬的綠化帶及圍墻。

4 水工建筑物

4.1 設(shè)計(jì)荷載

4.1.1 堆貨荷載

前沿：20 kPa；后沿：40 kPa。

4.1.2 汽車荷載

55t汽車：前軸壓30 kN，中軸壓2×120 kN，后軸壓2×140 kN。

4.1.3 工藝荷載

10t-20 m固定吊：自重約55t,傾覆力矩約 240 t·m。

4.1.4 船舶荷載計(jì)算

系纜力 194 kN。

撞擊力 412 kN。

4.2 工程地質(zhì)

見表1。

表1 打入樁巖土設(shè)計(jì)參數(shù)表

4.3 碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

碼頭采用前板樁+后樁結(jié)構(gòu)形式，主要由胸墻、前板樁、鋼板樁、后樁、碼頭面層、吊機(jī)墩臺(tái)和基樁等組成。前板樁采用密排φ80 cm TSC樁板樁墻，樁長約20 m，樁間距1 m，墻后設(shè)7 m高CRP-U-880擋土鋼板樁；后樁采用φ80 cm PHC樁，樁長約20 m，樁間距5 m。樁頂設(shè)扶壁式鋼筋混凝土胸墻，胸墻底部承臺(tái)寬6.6 m，厚度1.5，上部寬1.5 m，高6.0 m，上部間距5 m布置一道20 cm寬肋板，胸墻間隔20 m設(shè)置2 cm伸縮縫。胸墻前設(shè)SA-300橡膠護(hù)舷，胸墻頂部間隔20 m布置250 kN系船柱，考慮水位差較大，在高層23.0 m和20.0 m處布置系船鉤。吊機(jī)墩處設(shè)置6.6 m×6.6墩臺(tái)，墩臺(tái)基礎(chǔ)采用4根φ80 cm的PHC樁。

碼頭前沿設(shè)62 m寬作業(yè)帶，結(jié)構(gòu)自上而下依次為30 cm C35混凝土、25 cm水泥穩(wěn)定碎石、20 cm級配碎石。

圖2 碼頭斷面圖

4.4 碼頭結(jié)構(gòu)計(jì)算

采用上海易工工程技術(shù)服務(wù)有限公司的《港口工程設(shè)計(jì)系列軟件》對碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果滿足要求。主要結(jié)果見表2。

表2 主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表

4.5 設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

碼頭結(jié)構(gòu)采用前板樁+后樁結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)整體性好，受力明確；樁基均采用預(yù)制樁，施工周期短，污染小；樁長20 m，可采用陸上打樁，施工難度小；上部采用混凝土胸墻結(jié)構(gòu)，耐久性較好。

5 結(jié)束語

本工程受航道寬度較窄以及堤防開挖的影響，在碼頭前沿線位置確定后碼頭結(jié)構(gòu)形式選擇受限。綜合考慮各方面影響因素后，研究確定采用本文中的板樁結(jié)構(gòu)，既保證了與航道中心線的安全距離，又能避免了堤身的大面積開挖，同時(shí)前方碼頭作業(yè)帶與后方陸域連成一片，前沿與后方聯(lián)系方便，提升了裝卸的效率，能夠?yàn)轭愃茥l件下碼頭設(shè)計(jì)提供一定的參考經(jīng)驗(yàn)。