一種新型襯砌混合式內河碼頭結構設計

吳新田，韓朋，江浪

（1.安徽港口運營集團有限公司，安徽 蕪湖 241000；2,3.安徽省交通科學研究院，安徽 合肥 230000）

近年來，我國對內河水運日益重視，內河水運事業發展已上升為國家發展戰略。內河港口作為內河水陸交通樞紐，是區域經濟社會發展的重要基礎、城鎮建設的重要保障、沿河產業發展的重要依托，促進了內河航道航運功能、沿河文旅產業融合發展、生態環境改善和航道沿線整體發展水平的提高[1]。

碼頭作為供船舶停靠、裝卸貨物和上下旅客的水工建筑物，要求結構選型安全可靠、經久耐用、經濟合理[2]。在結構設計過程中，綜合考慮自然條件、施工條件和使用要求等因素，確定碼頭結構型式。同時盡量利用當地的材料、施工條件和成熟的施工經驗[3]。

本文通過分析水文、地質、施工等條件，經結構方案比選，擬采用一種新型襯砌混合式碼頭結構。基于MIDAS GTS NX 計算軟件，建立碼頭結構有限元模型，對結構穩定性進行了驗算，并提出了若干建議，可為類似工程設計提供參考。

1 工程概況

擬建碼頭工程水工結構安全等級為二級，泊位等級為500t 級，水工結構兼顧1000t 級。碼頭長度為300m，前沿作業平臺寬15m。碼頭頂面高程為11.5m，設計港池底高程為1.8m。

根據施工圖設計階段詳細地質勘探資料，港區自上而下主要分布有：①雜填土，成分多為粉質粘土夾碎石、塊石等尾礦雜物，高壓縮性。厚0.8m～5.4m，全場地分布；②粉質粘土，局部夾雜薄層狀粉土，干強度中等，中等韌性，搖震反應慢，無光澤，中等壓縮性。厚0.6m～1.4m，局部分布；③中風化巖，巖質堅硬、巖體完整性較好，平均控制厚度為14.14m，層頂最低標高為6.05m，全場地分布。

2 結構選型

內河碼頭主要有重力式、高樁、板樁、浮碼頭等結構形式。而在平原地區航道中，重力式碼頭是應用較為廣泛的一種結構形式。其工作特點是依靠結構本身及其上面填料的重力保持結構自身的滑移穩定和傾覆穩定，由于自身重力大、地基承受的壓力大，故重力式碼頭適用于較好的地基，它也是具有高耐久性和對超載、工藝變化適應能力最強的一種結構[4]。

本工程碼頭主體建基面均位于中風化巖體內，具有很好的地基基礎，故而選用重力式擋墻結構形式。傳統重力式擋墻結構形式具有基槽開挖面大的特點，針對本工程需爆破、鑿除大量的巖體，施工難度大，工程造價高[5]。故本工程碼頭結構擬采用新穎的襯砌式擋墻結構，即上部為重力式，下部為襯砌式[6]。該結構具有基槽開挖面小、施工快、自重輕、造價低等優點。結構斷面圖見圖1。

上部重力式擋墻墻高5.5m，底寬5.5m，墻后回填山皮石；下部襯砌墻墻高5.2m，底寬1.0m。完建期工況墻后水位7.5m，墻前水位1.8m，由于墻前后水位差較大，墻后回填土較高，為保證下部襯砌墻與巖基牢固連接及結構整體抗傾覆穩定性，在襯砌墻布置Ф28 的錨筋@2.0m×1.5m。

3 混合式結構有限元計算分析

3.1 主要材料設計指標

本工程采用MIDAS GTS NX 有限元軟件對混合式結構整體建模分析，模型中各種材料設計指標取值見表1。

表1 主要材料設計指標

3.2 設計荷載

3.2.1 碼頭荷載

（1）恒載：水工建筑物自重、土壓力。

（2）碼頭面均布荷載：20kPa。

（3）流動機械荷載：30t 牽引平板車。

（4）工藝荷載：弧形擺動式裝船機：基礎正壓力為500kN，水平力為50kN，傾覆力矩為180kN·m。弧形軌道半徑12m，最大輪壓200kN。

3.2.2 船舶荷載

系纜力：172kN；

撞擊力：412kN。

3.3 結構計算

采用MIDAS GTS NX 有限元軟件建立碼頭實體模型，見圖2。

圖3、圖4 分別為碼頭結構最大剪應變云圖和襯砌混合式擋土墻位移云圖。

計算結果顯示，邊坡整體穩定性安全系數為1.95，滿足規范要求。

4 總結

4.1 結論

（1）本文通過綜合考慮自然條件、施工條件、經濟合理、安全可靠等因素，碼頭結構選型采用襯砌混合式擋土墻結構。通過有限元計算分析，碼頭結構及邊坡穩定均滿足安全要求。

（2）合理的結構設計不僅可以保證安全、便于施工，還可以有效減少工程投資。

4.2 建議

碼頭施工期中應做好變位及變形觀測，使用期嚴格按設計限制荷載及使用要求運營。