茂名博賀新港某大型散貨碼頭結構選型

蔡東勝 高迎歆

摘 要：介紹茂名博賀新港某碼頭結構方案的比選和分析，對比確定碼頭結構方案影響因素，從地質、透水率、施工可行性、經濟等多方面比較，最終確定重力墩式結構為合理的結構型式。

關鍵詞：散貨碼頭;重力墩式;樁基式;地質;施工條件

中圖分類號：U612? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）06-0095-03

1 概述

茂名博賀新港區位于廣東省電白縣博賀、蓮頭嶺半島以東海域，轄屬濱海新區東組團，博賀港區西側與茂名港水東港區相鄰，東側與茂名港吉達港區相鄰。本工程位于博賀新港區中突堤散貨碼頭作業區見圖1。

工程擬建成1 個20 萬噸級、1 個10 萬噸級和1 個5 萬噸級散貨泊位，水工結構按25萬噸級、20萬噸和10萬噸級預留。本文通過分析影響碼頭結構型式選擇的多種因素，根據本碼頭的地質、水文等條件和施工條件等特點逐一分析、優化，最終選擇和確定較為合理且適合本碼頭的結構型式，為今后類似大型散貨碼頭的設計提供參考和經驗。

2 基礎資料

2.1 波浪、潮流

碼頭前沿，重現期50年（考慮東、西防波堤已建成），N向設計波浪要素見表1。

碼頭前沿，重現期50年，港內風成浪設計波浪要素見表2（考慮東、西防波堤已建成）。

碼頭港池漲潮最大流速0.17m/s，落潮最大流速0.14m/s;港內航道漲潮最大流速0.30m/s，港內航道落潮最大流速0.15m/s;口門外進港航道漲潮最大流速0.61m/s，口門外進港航道落潮最大流速0.45m/s。

2.2 地質條件

根據現有勘察資料，擬建場地土層分布為中砂、淤泥質粉質黏土、砂質黏性土、全風化花崗片麻巖、強風化花崗片麻巖、中風化花崗片麻巖及微風化花崗片麻巖，主要巖土層總體厚度、埋深變化相對較大，各巖土層在水平、垂直方向上性質變化不明顯，但風化巖層起伏變化明顯，總體各巖土層均勻性較差，為不均勻地基。

2.3 主要高程參數

本文中高程采用當地理論深度基準面。極端高水位+4.34m，設計高水位+3.20m，設計低水位+0.26m，極端低水位+0.44m。碼頭前沿設計底高程按滿足結構預留船型停泊設計，分別取為-22m（25萬噸級泊位）、-20m（20萬噸級泊位）和-16m（10萬噸級泊位），碼頭面高程+8.0m。

2.4 總平面布置

根據裝卸工藝及總平面布置的要求，碼頭結構總長960m，碼頭面寬度34m，其中25萬噸級結構長378m，20萬噸級結構長345m，10萬噸級泊位長237m。

3 碼頭結構方案

碼頭結構總長960m，碼頭面寬度36m，其中25萬噸級結構長378m，20萬噸級結構長345m，10萬噸級泊位長237m，碼頭面高程8.0m，前沿底高程分別為-22.0m，-20.0m，-16.0m。

25萬噸級結構共布置16個沉箱墩，沉箱墩高26m，沉箱墩凈距15.1m。沉箱墩之間采用預制縱梁和軌道梁連接，其中軌道梁斷面采用工字型斷面，梁高3m，總寬2.2m，中部寬1.4m，凈跨為14.6m;其中縱梁斷面采用工字型斷面，梁高3m，總寬1.8m，中部寬1.0m，凈跨為14.6m。沉箱墩頂部現澆胸墻及縱向梁系，斷面形狀同預制梁，通過與預制梁的鋼筋連接，形成連續梁結構。面板采用疊合板型式，預制板厚度400mm，現澆板厚度150mm。

20萬噸級結構除沉箱高度（24m）及沉箱數量（14個）與25萬噸級結構不同外，其余結構均相同。

10萬噸級結構共布置10個沉箱墩，沉箱墩高20.5m，沉箱墩凈距14.1m。沉箱墩之間采用預制縱梁和軌道梁連接，其中軌道梁斷面采用工字型斷面，梁高2.5m，總寬1.8m，中部寬1.0m，凈跨為13.6m;其中縱梁斷面采用工字型斷面，梁高2.5m，總寬1.3m，中部寬0.7m，凈跨為13.6m。沉箱墩頂部現澆胸墻及縱向梁系，斷面形狀同預制梁，通過與預制梁的鋼筋連接，形成連續梁結構。面板采用疊合板型式，預制板厚度250mm，現澆板厚度150mm。

4 碼頭結構選型

本工程水工建筑物結構型式的選擇，應遵循以下原則：①必須滿足項目的使用要求，服從總體布置和工藝作業要求;②應盡量減少碼頭結構對海洋水域環境的影響，采用透空式結構，保證海洋水體的流動和交換;③根據工程區域的地質、水文等自然條件和施工條件選擇合理的結構型式，力求做到工程投資最省，施工簡便快捷。

4.1結構選型

考慮到工程所在地波浪較大（H1%=4.5m），為降低波浪反射對水工結構及港內泊穩條件的影響，同時滿足透空率的要求，本項目可采用的結構形式有重力墩式結構和樁基結構。

根據地勘報告顯示，工程區基巖為全風化或強風化花崗片麻巖，全風化混合巖及強風化混合巖有遇水軟化、崩解的特點。全風化、強風化層常呈土狀或土夾巖塊狀產出，力學性質接近堅硬土層，具有暴露時間長失水時易開裂、松散和吸水時易軟化從而降低地基承載力、水泡時易膨脹而使地基變形等特殊性能。強風化混合巖風化不均勻，其中部分孔巖芯以半巖半土狀為主，其余巖芯以堅硬土柱狀為主。中風化混合巖風化較強，風化裂隙發育，巖芯呈碎塊狀及短柱狀，且巖面埋深較淺，覆蓋層較薄。

若采用樁基結構，則①必須嵌巖樁，工序復雜，穩樁困難，工期和成本不易控制，施工海域環境影響相對明顯;②港池開挖存在高、陡的巖性邊坡，邊坡施工與樁基施工工序安排上，無論誰先誰后，均存在安全和質量風險;③炸礁清礁的必然存在，進一步加重了上述兩大方面的風險。

鑒于擬建碼頭區域的地質條件和碼頭結構透空性的要求，本方案碼頭的結構型式采用重力式沉箱墩式結構。

重力墩式結構可選用矩形沉箱墩式結構和圓筒型重力墩式結構。由于大直徑圓筒基礎會使上部結構產生較大懸臂，難以滿足結構透空率的要求，綜合以上因素，本工程宜采用矩形沉箱墩式結構。重力墩式結構維修費用少，對較大荷載的適應性較強，施工簡單，耐久性較好。

本工程碼頭面軌道荷載較大，鑒于預應力構件施工工藝、施工設備較為復雜，安裝成本較高，且預應力反拱度較難控制，可能因混凝土徐變而加大，使鋼軌產生過大高差，影響運營期裝卸船設備的正常使用，因此，本工程碼頭上部結構采用質量更易控制的非預應力裝配式結構：沉箱墩之間采用預制縱梁和軌道梁連接，沉箱墩頂部現澆胸墻及縱向梁系，與預制梁的鋼筋連接，形成連續梁結構，增強結構的整體性，相比于簡支結構，更易滿足受力要求。面板采用疊合板型式，可有效提高施工效率，同時也可減少模板使用量，從而達到減少施工工期、降低施工成本的目的。

本工程棧橋結構荷載較小，重力式結構與高樁結構均能滿足使用要求。考慮到重力式結構開挖量和基床回填量均較大，同時為了節約施工工期，簡化施工工序，棧橋結構采用灌注樁基礎，經濟性更佳，且透浪性更好，利于港內泊穩。

4.2施工便利性

在茂名博賀港區地區擁有已建成沉箱預制場 ，可滿足本工程的沉箱預制及出運安裝工作，且預制場距離項目建設地距離10海里，利于項目的實施。

本工程碼頭結構采用常規的重力墩式結構，施工工藝成熟;棧橋結構選用灌注樁基礎結構。兩種結構型式的結合可使碼頭施工與棧橋施工同步進行，有效縮短施工工期。

本工程上部結構采用預制非預應力梁結構，相比預應力梁結構，無需張拉鋼絞線，對預制場地的要求較低，施工設備簡單，安裝成本較低。由于預制非預應力梁結構高度寬度較小，受波浪浮托力的影響更小，利于結構安全。面板采用疊合板型式，可有效提高施工效率，也可減少模板使用量，減少施工工期、降低施工成本。

4.3波浪適應性

本項目碼頭結構采用重力墩式結構，棧橋結構采用灌注樁基礎結構，碼頭及引橋均為透空式結構，其中碼頭結構透空率為60%，引橋結構透空率為90%;護岸采用斜坡式結構，相比直立式護岸，可有效降低港內波浪反射的影響，有利于港內泊穩條件，可滿足1萬噸級315天，2萬噸級320天，5～12萬噸級323天，15～20萬噸級325天的作業天數要求。

碼頭及棧橋上部結構采用預制非預應力梁結構，結構高度寬度較小，相比預應力結構，受波浪浮托力的影響更小，利于結構安全。

4.4經濟指標

樁基結構方案和重力墩式方案經濟指標（相對造價），見表3。

5 結語

（1）樁基結構雖在經濟造價方面具有較突出的優勢，但由于本工程起伏不平的基巖及巖面較淺，對本項目的地質適應性較差，施工難度大、風險高，施工期間可能會存在較明顯的不可預見安全因素。

（2）重力式結構整體性較好，耐久性強，施工風險低，對本項目的地質條件適應性好，盡管投資略高，但是增加費用比例較有限，且碼頭結構為本工程的核心功能性水工建筑物，其性能直接決定整個項目的今后運營的質量，故從使用性、耐久性、施工條件等因素多個角度分析，推薦重力墩式結構。

參考文獻：

[1] JTS 167—2018，碼頭結構設計規范[S]

[2] JTS 145—2015，港口與航道水文規范[S].

[3] JTS153-2015，水運工程結構耐久性設計標準[S].

[4]茂名港博賀新港區利豐散貨碼頭巖土工程勘察報告[R] 廣東明源勘測設計有限公司，2016.