某港重力式碼頭沉箱縱向尺度優化對工程造價的影響分析

◎ 王遠峰 中鐵二院（廣東）港航勘察設計有限責任公司

王遠宏 中海（廣州）工程勘察設計有限公司

隨著港口行業的高質量發展，市場競爭日趨激烈，業主對設計方案的經濟性提出更高的要求，通過不同碼頭結構形式的比選得出合理結構方案后，如何使造價最省、施工科學可行成為研究重點。本文就某港7000 DWT重力式碼頭沉箱在橫斷面尺寸一致，進行縱向尺度的優化設計對工程造價的影響分析，進一步探討該優化措施對降低工程造價的有效性，為以后類似項目的建設提供參考。

1.本碼頭工程的結構方案

1.1 工程區域自然條件

本碼頭工程所在海域的極端高水位2.67m，設計高水位1.76m，設計低水位0.22m，極端低水位-0.14m，以上水位均按當地理論最低潮面起算。港內波浪掩護條件良好。該碼頭所處區域的地質自上而下大致分為：細沙層（分布底高程約-2～-3.63m）、淤泥質粉質粘土層（分布底高程約-3.84～-7.5m）、粉質粘土層（分布底高程約-9.23～-11.12m）、強風化石英巖層（分布頂高程約-6.32～-11.60m）。地勘顯示該區域持力層埋藏較淺，且起伏變化較大，結合碼頭使用要求，本碼頭結構形式選擇重力式沉箱結構，碼頭面均載30kN/m2。

碼頭岸線后方場地滿足沉箱預制需求，水域能滿足吊裝設備近岸作業，當地建筑材料來源豐富，建設用電、用水、道路、通信等配套設施條件良好。

1.2 碼頭結構方案

（1）碼頭為順岸式布置，總長360m，頂高程為3.2m，碼頭前沿設計底高程為-8.4m。碼頭結構持力層為強風化石英巖層，基床采用10～100kg塊石拋填，利用打夯船進行水上打夯、整平后安裝沉箱。沉箱內回填砂（φ≥28°，含泥量不大于10%），墻后設置10～100kg拋石棱體，二片石墊層、混合倒濾層和無紡土工布2層；沉箱上現澆“L”形鋼筋混凝土胸墻；碼頭系纜設施采用450kN系船柱。

（2）經過對碼頭結構的整體穩定性驗算、地基承載力驗算、沉箱配筋驗算及施工水位因素，確認沉箱斷面底寬為6.5m（包含前趾寬0.8m，高0.5m），高9.4 m，壁厚0.30m，隔板厚0.20m，可滿足受力及使用要求。碼頭結構斷面圖見圖1。

2.沉箱縱向尺度優化比選

2.1 沉箱結構尺度

根據《碼頭結構設計規范》（JTS 167-2018）第7.6.3條，沉箱的縱向尺度應根據施工能力、施工要求和碼頭變形縫間距確定。結合本工程的施工環境，考慮4種縱向尺寸的沉箱進行比選，沉箱編號為：A、B、C、D，4種沉箱的具體尺寸見表1，沉箱結構平面圖見圖2。

2.2 主要工程量及造價對比

本工程設計考慮滿足受力及使用要求的情況下，將4種不同縱向尺度的沉箱進行比選。由于4 種沉箱橫斷面尺寸一致，沉箱下方基礎、箱內回填料及墻后回填等斷面工程量相同；因此，這里將沉箱預制混凝土、預制件數、預制堆放費、運輸安裝費進行重點對比，采用綜合單價計費分析。主要工程量及造價對比見表2。

圖1 碼頭結構斷面圖

圖2 沉箱結構平面圖

2.3 比選結果分析

從表1和表2可以看出沉箱在橫斷面尺寸一致的情況下，隨著沉箱縱向尺寸的加長，單件沉箱預制混凝土量及預制堆放單價增加較為明顯。但工程總價上卻是隨著沉箱縱向尺寸的加長，總價在下降，經過分析主要有以下幾個原因：

（1）同等工程規模情況下，雖然A型沉箱在單體工程量上優勢明顯，但總預制混凝土量及預制堆放總價最高。其中D型沉箱比A型沉箱總預制混凝土量少14.3%，預制堆放總價低約15.0%。

（2）根據沿海港口水工建筑工程定額，A型沉箱單件重量最輕，運輸安裝單價最低，其余3種沉箱由于重量差別不大，運輸安裝單價取值相同。但A型沉箱運輸安裝件數最多，運輸安裝費用較D型沉箱高約50.0%。

3.結語

（1）重力式沉箱碼頭在沉箱橫斷面尺寸確定的情況下，進行沉箱縱向尺寸的優化比選工作是有必要的。

表1 沉箱具體尺寸

表2 主要工程量及造價對比

（2）在橫斷面邊界同等條件及施工環境允許的情況下，沉箱縱向尺度在一定范圍內的加長有利于節省工程造價，如果結合其它優化措施，將更大程度的節約工程造價。

本工程案例列舉的4 種沉箱重量均低于550t，且施工場地允許船舶近岸作業，如果對更大的沉箱進行類似的優化比選工作，建議結合沉箱預制場地、運輸安裝方式等進行具體分析，才有助于提高項目經濟性。