陽江港海陵灣港區吉樹作業區#J1-#J2泊位碼頭水工結構設計分析

蔡宗杰 廣東省航運規劃設計院有限公司

1.工程概況

陽江港海陵灣港區吉樹作業區位于廣東省西部沿海，陽江市海陵灣東岸，九姜河口南側。#J1-#J2泊位為2個3千噸級多用途泊位，并兼顧靠泊5千噸級船舶，碼頭總長度254m，其中重力式沉箱結構段長210.9m，灌注樁墩臺結構段長43.1m；碼頭北端設置護岸長545m，護岸采用斜坡堤結構，南端與陽江港海事海監部門基地碼頭相接；圍堰總長度1205m，由北圍堰、南圍堰、分隔圍堰三部分組成。

2.設計條件

2.1 水文、氣象條件

極端高水位4.59 m；極端低水位-0.29m；設計高水位3.39m；設計低水位0.51m；施工水位2m；設計水流速度為1.5m/s。

區域全年風向以NE～NNE 為主，出現頻率為31.8%，最大風速為28m/s。

2.2 地質條件

擬建場區上覆土層為第四系全新統至晚更新統淤泥類土或砂性土、花崗巖風化殘積層、下伏燕山期全風化花崗巖、強風化花崗巖、中風化花崗巖和微風化花崗巖。

2.3 抗震設防

場地類型屬Ⅱ類，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組均為第一組，建筑的設計特征周期為0.35s。

2.4 工藝荷載

港口水工結構工藝荷載如表1所示。

表1 港口水工結構工藝荷載

3.碼頭結構方案

根據碼頭使用要求并結合港口地質條件，碼頭水工結構設置一段常規段和一段與鄰近碼頭相銜接的過渡段，常規段采用重力式沉箱結構，過渡段由2個樁基（灌注樁地連墻）墩臺結構段組成[1]。

3.1 常規段（重力式沉箱段）

碼頭前沿頂標高5.0 m，底標高-8.1m，沉箱底高程-12.0m，采用重力式沉箱結構，常規段長度210.9m，由9個沉箱和上部胸墻、連系梁、軌道梁組成。沉箱結構方案采用的標準沉箱平面尺寸為：底寬×長×高=13.98m×23.26m×13.27m，沉箱底板前趾的長度為1.0m。前壁厚0.38m，后壁及側壁厚0.35m，橫向隔板厚0.25m，縱向隔板厚0.3m/0.25m，底板厚0.65m，內設20×20cm加強角。沉箱內用縱橫隔墻隔成15個艙格，橫向3個艙，縱向5個艙。沉箱內回填中細砂，艙格頂部鋪設0.3m碎石墊層和澆筑0.1mC20砼墊層封艙，沉箱安裝縫為60mm，兩個沉箱之間設置倒慮空腔，空腔內回填20～100mm級配碎石、安放鋼筋混凝土插板和鋪設二層土工布作為倒濾設施。

沉箱結構持力層為粗礫砂層，基槽挖至標高-14.0m，開挖邊坡為1:3。基槽開挖完成后鋪設一層0.3m厚的二片石墊層，再用10～100kg塊石拋填形成安放沉箱的基床，基床厚1.7m。

沉箱的上部結構為現澆C40混凝土L型胸墻，胸墻直接坐落在沉箱頂部。胸墻頂寬3.5m，底寬5.0m，高為3.73m，胸墻內設置管溝，胸墻前沿設置高度0.25m的護輪坎。每個沉箱上設置一段砼胸墻，即胸墻的分段長度為23.3m，段間設置20mm寬的沉降縫，沉降縫采用瀝青木絲板等彈性材料填充，縫后與陸域軌道梁之間鋪設兩層土工布濾層，然后設置混合倒濾層結構。

橡膠護舷、系船柱和門機前軌設施等附屬設施設置在胸墻上。橡膠護舷采用SUC1150兩鼓一板標準反力型橡膠護舷，豎向設置于胸墻臨水面。考慮兼顧小船停靠，另橫向配置D500×2000L型橡膠護舷。胸墻頂面設1000kN系船柱。胸墻陸側頂面縱向通長埋設門機前軌，鋼軌采用QU100鋼軌。

門機軌距10.5m，海測與陸側軌道梁相距10.5m，陸側軌道梁設在沉箱后壁上，采用反L型截面，高度取與胸墻一致，為3.73m，軌道梁頂寬1.0m，底寬2.2m，其分段長度取與胸墻（海測軌道梁）一致，為23.3m。陸域軌道梁通過連系梁與碼頭前沿胸墻相連，連系梁設在沉箱橫向隔板頂部，為矩形截面，尺度為0.8m×1.2m（寬×高），長度6.8m，與胸墻及陸側軌道梁銜接處設置0.4m×0.4m加強角，重力式碼頭南北端頭處連系梁兼顧封頭擋墻作用，高度取與胸墻一致，為3.73m。陸域軌道梁段間設置20mm寬的沉降縫，沉降縫采用瀝青木絲板等彈性材料填充（與胸墻分縫處一致），縫后鋪設兩層土工布濾層，碼頭后方回填中粗砂。

在碼頭南端，為了避免重力式結構基槽的開挖影響鄰近陽江海事監管基地碼頭的北護岸的穩定性，在陽江海事監管基地北護岸前沿一定范圍設置臨時支護結構，采用鋼板樁的雙排樁支護結構，雙排樁支護段長 97m，樁頂高程 4.0m，樁底高程—16.0/—12.0m，靠近碼頭基床段（約 11.5m），在鋼管樁后方軟土層采用高壓旋噴樁整體加固，后方一定范圍內采用φ600@1500 高壓旋噴樁進行加固，高亞旋噴樁加固段長度約 36.55m，臨時支護段僅作為施工過程的防護措施。

3.2 過渡段（樁基墩臺段）

碼頭前沿頂標高5.0 m，底標高-8.1m，墩臺段由GZ墩臺1和DT墩臺2兩個結構段組成。GZ墩臺1段長19.5m，寬15.0m，采用φ1.2m灌注樁樁基墩式結構，沿墩臺長度方向樁距5.5m，設置4排樁基，沿墩臺寬度方向設置4根φ1.2m灌注樁，樁距3.8m，墩臺寬度方向最后一排灌注樁采用φ1200@1400密排樁結構（地連墻），樁間縫隙采用φ600@1400高壓旋噴樁封堵，灌注樁樁底標高—23.0m，以中風化為持力層，頂標高為2.6m，嵌入上部墩臺100mm。高壓旋噴樁底高程—14.8m，樁頂高程與灌注樁一樣，為2.6m，墩臺采用現澆鋼筋混凝土結構，墩臺底高程2.5m，頂高程5.0m（碼頭面高程），在墩臺上設置供水栓井、門機軌道、系船柱、橡膠護舷、靠船構件等附屬設施。

DT 墩臺2段墩臺平面呈梯形，結構段長23.6m，寬15.0m，和GZ墩臺1結構段一樣，采用φ1.2m灌注樁樁基墩式結構，沿墩臺長度方向樁距4.8/4.5m，設置4排樁基，沿墩臺寬度方向設置4根φ1.2m灌注樁，樁距3.8m，與GZ墩臺1結構段不同的是本結構段在海測和北側灌注樁均采用φ1200@1400密排樁結構（地連墻），樁間縫隙均采用φ600@1400高壓旋噴樁封堵，本結構段所有灌注樁樁底樁頂高程均和GZ墩臺1結構段的一樣，高樁旋噴樁樁底高程—14.8m，樁頂高程—1.0m，墩臺采用現澆鋼筋混凝土結構，墩臺底高程2.5m，頂高程5.0m（碼頭面高程），在墩臺上設置門機軌道、系船柱、橡膠護舷、靠船構件等附屬設施。

過渡段的2.5m厚墩臺分兩次澆筑，第一次澆筑厚度0.8m，形成墩臺底模施工平臺，然后安裝前沿預制靠船構件，并進行墩臺第二次澆筑形成過渡段的碼頭平臺結構。

過渡段形成設計斷面及達到設計強度后，地連墻可以作為施工期基槽開挖的擋土結構，以防止基槽開挖對鄰近陽江海事監管基地的碼頭及其北護岸的影響。考慮相鄰陽江海事監管基地碼頭的船舶噸位較小，停泊水域水深較淺，設計底標高為—3.70m，而本項目停泊水域設計底標高—8.1m，停泊水域開挖至—8.1m的標高，對于鄰近陽江海事監管基地的高樁梁板碼頭和岸坡穩定造成影響，因此需要鄰近陽江海事監管基地的高樁梁板碼頭前沿設置一排φ1500mm間距1700mm灌注樁地連墻，樁基頂面標高為—4.0m，底標高為—18.0m，以強風化花崗巖為持力層，樁間縫隙均采用φ600@1700高壓旋噴樁封堵，旋噴樁頂面標高為—4.0m，底標高為—10.0m，地連墻總長度28.6m。同時考慮在本碼頭停泊水域寬度范圍設置拋石護坡段，護坡段長49.2m，護坡結構采用200～300kg塊石拋填，本港側坡度按1:1.5，海事監管基地的碼頭港池側按1:1自然邊坡，護坡頂高程5.0m，底高程—12.0m，護坡段基礎開挖與港池疏浚同期實施，疏浚前先開挖護坡基礎，拋填護坡塊石再進行港池浚深。

DT墩臺2段與相鄰海事監管基地的碼頭現有護岸銜接處的小三角區采用拋填塊石+現澆C30砼擋土墻結構，頂標高5.0m，使整個碼頭后方形成封閉的回填區。

在進行重力式結構段的基槽開挖時，必須確認海事監管基地北護岸前沿臨時支護段、樁基墩臺段的施工完成，并達到設計強度后才能進行，基槽開挖后及時回填基床塊石，可減少支護結構的支護壓力。

4.結構計算

4.1 荷載組合

碼頭作用包括結構自重、碼頭面均載、船舶作用力、流動機械荷載、波浪力、地震等[2]。各作用效應按《港口工程荷載規范》（JTS 144-1-2010）[3]的規定，對實際可能在碼頭結構上同時出現的作用，按不同水位情況下相應的持久狀況，短暫狀況及地震作用予以考慮組合。

4.2 計算結果

4.2.1 重力式沉箱段結構計算結果

（1）結構穩定性驗算。采用廣東省航運規劃設計院開發的重力式碼頭計算程序（程序鑒定號為：粵交科鑒字〔2001〕10號）對碼頭穩定性進行驗算。最不利狀況下有關計算結果見表2。

表2 碼頭計算結果

（2）整體穩定性驗算。按圓弧滑動法[4]，采用 TPWD 土坡穩定計算系統（豐海技術咨詢服務（上海）有限公司，前交通部審定證書編號：18－2003）對重力式沉箱段碼頭整體穩定性進行驗算[5]，得：5000 噸級碼頭結構的最小抗力分項系數γR=1.34，均滿足規范要求。

4.2.2 樁基墩臺段結構計算結果

（1）基樁內力計算。樁基內力計算結果見表3。

表3 樁基內力計算結果

（2）樁基單樁承載力驗算。樁基單樁承載力驗算結果見表4。

表4 單樁承載力計算結果

（3）樁基段碼頭整體穩定性驗算。按圓弧滑動法，采用 TPWD 土坡穩定計算系統（豐海技術咨詢服務（上海）有限公司，前交通部審定證書編號：18－2003）對樁基段碼頭整體穩定性進行驗算，得：本結構段碼頭整體穩定的最小抗力分項系數γR=1.65，均滿足規范要求。

5.結論

通過對陽江港海陵灣港區吉樹作業區#J1-#J2泊位水工結構設計方案進行詳細介紹，并對方案的結構穩定性進行驗算，驗算結構均滿足規范要求，證明設計方案合理，可為同類型港口工程提供借鑒。