重力式扶壁結構在某泊位工程中的應用

■鄭佳晶

（福建省港航勘察設計院有限公司，福州 350002）

1 工程概況

1.1 建設地點

某泊位工程位于福建省泉州市石獅市東部錦尚灣，地處臺灣海峽西岸經濟繁榮帶的中心位置，具有發展海運的優良條件。 項目與已建的1# 及2#泊位前沿線成90°夾角，為順岸滿堂式布置，岸線長度為180 m。

1.2 建設規模

該泊位建設規模為5000 t 級泊位1 個，碼頭岸線總長度180 m。 碼頭年設計吞吐量40 萬t。

1.3 設計船型

設計船型采用5000 t 級散貨船：總長L×型寬B×型深H×滿載吃水T=115×18.8×9.0×7.0 m

2 自然條件

2.1 水文

2.1.1 設計水位（基準面為黃零）

設計高水位：3.07 m（高潮累積頻率10%）；設計低水位：－2.64 m（低潮累積頻率90%）；極端高水位：4.28 m（五十年一遇）；極端低水位：－3.55 m（五十年一遇）

2.1.2 波浪

本工程位于錦尚灣，面向外海，掩護條件較差，但1#、2# 泊位建成后，對該泊位形成一定的掩護作用，根據廈門科泓海洋工程技術服務有限公司提供的《石獅市錦尚灣華錦通用泊位工程設計波浪計算專題報告》，該泊位波浪要素如表1 所示。

表1 50 年一遇設計波要素

2.1.3 潮流

本海區潮流性質屬正規半日潮流，呈往復流特征，落潮最大流速為95 cm/s，漲潮最大流速為58 cm/s。

2.2 地形、地貌與工程泥沙

2.2.1 地形、地貌特征

場區主要為淺海灣地貌單元，地勢低洼不平。退潮時則局部礁盤直接露出海面，基巖為粗、細粒花崗巖；岸邊多為砂質岸灘；淺海灣區分布有多個礁石群，區內分布有大片的礁盤、暗礁。

2.2.2 工程泥沙

本碼頭區附近沉積物為中粗砂為主，泥沙主要來源于沿岸低丘基巖、水下礁石侵蝕物質。 岸坡平緩，岸線基本穩定。 本碼頭區形成后，對外圍波浪起到了掩護作用，阻斷了泥沙來源。 含沙水體從口門帶入港池的泥沙較少，全年回淤率較低，淤強較小，陸源沉積物來源少，從宏觀沖淤機理分析，本碼頭區形成后全年的泥沙回淤較少。

2.3 地質

根據鉆探揭露， 場地內巖土層主要由淤泥、礫砂、殘積粘性土及全風化、散體狀強風化、碎塊狀強風化和中微風化花崗巖等組成。

2.4 地震

本工程抗震設防烈度：8 級。

3 結構方案

3.1 結構選型原則

結構選型原則如下：（1）滿足使用和設計荷載的要求；（2）結構方案具有技術先進、經濟合理，適應所在地的施工條件；（3）結構能較好地適應工程地質條件，滿足碼頭整體穩定要求；（4）碼頭主體結構的使用年限為50 年。

3.2 結構選型

碼頭結構型式的選擇應充分考慮工程建設條件，其中地質條件的影響占重要比重。 根據地質報告揭示，擬建工程處的覆蓋土層主要以淤泥、殘積粘性土和砂為主，其下為風化巖層，其埋深較淺，通過少量的基槽開挖，即可達到風化巖層，是理想的重力式碼頭建設條件，因此水工建筑物采用重力式碼頭結構是合適的。 而且本工程附近已建、在建的碼頭多為重力式結構，這為本工程的實施提供了豐富的建設經驗。 另一種常見的碼頭結構型式——高樁梁板式結構在本工程應用有明顯的劣勢，需大量采用嵌巖樁技術，施工難度大、費用高，結構耐久性差，碼頭接岸結構代價大，因此，本工程采用高樁結構是不合適的。

常見的重力式結構型式有方形沉箱、 圓形沉箱、方塊及扶壁結構。 方形沉箱主要用于岸壁式碼頭，目前得到最廣泛應用；圓形沉箱結構主要用于透空式無掩護碼頭；方塊主要用于小碼頭；扶壁一般用在內河或掩護條件較好的地區，主要應用于中小型碼頭。 圓形沉箱結構主要用于透空式無掩護大型深水碼頭，施工難度大、費用高，本工程不宜選用。 綜合考慮，該工程擬定3 個設計方案進行比選，即：沉箱、方塊、扶壁結構。

3.3 結構設計

3.3.1 方案一：沉箱結構

碼頭主體采用不帶卸荷板的重力式沉箱結構，基礎為5～50 kg 拋石基床，地基持力層為中微風化花崗巖，拋石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放鋼筋混凝土沉箱，本方案只有1 種沉箱：沉箱長×寬×高=3.95 m×6.1 m×9.5 m，前后趾均長1.2 m，單個沉箱重約198 t，共需沉箱45 個；沉箱內先填中粗砂，然后鋪設0.5 m 厚的級配碎石墊層和0.3 m 厚的C25 砼墊層，沉箱上現澆C40 砼胸墻，胸墻嵌入沉箱0.4 m；沉箱后側拋填10～100 kg 拋石棱體，拋石棱體后設倒濾層后回填海砂。碼頭面層均采用現澆C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石穩定層厚350 mm、級配碎石墊層厚150 mm。 碼頭附屬設施包括DA400 橡膠護舷、450KN 系船柱、DA-A300H 橡膠舷梯等。碼頭結構斷面圖如圖2 所示。

3.3.2 方案二：方塊結構

碼頭主體采用重力式方塊結構， 基礎為5～50 kg拋石基床，地基持力層為中微風化花崗巖，拋石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放3 層實心方塊，最大方塊尺寸為長×寬×高=7.0 m×4.0 m×2.8 m，單塊實心方塊與卸荷板的重量均控制在200 t 以內；實心方塊頂安放C40 卸荷板，卸荷板尺寸為長×寬×高=10.0 m×4.0 m×2.0 m；共需實心方塊與卸荷板198 塊。卸荷板上現澆C40 砼胸墻，方塊后側拋填10～100 kg 拋石棱體，拋石棱體后設倒濾層后回填海砂。 碼頭面層采用現澆C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石穩定層厚350 mm、級配碎石墊層厚150 mm；碼頭附屬設施包括DA400 橡膠護舷、450KN系船柱、DA-A300H 橡膠舷梯等。 碼頭結構斷面圖如圖3 所示。

圖3 方塊斷面圖

3.3.3 方案三：扶壁結構

碼頭主體采用重力式雙肋板扶壁結構，基礎為5～50 kg 拋石基床，地基持力層為中微風化花崗巖，拋石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放鋼筋混凝土扶壁，扶壁長×寬×高=4.95 m×8 m×12 m，趾板長1.0 m、厚0.4 m，尾板長2 m、厚0.45 m，內底板厚0.45 m，立板厚0.35 m，單個扶壁重約193 t，共需扶壁40 塊。扶壁后側拋填10～100 kg 拋石棱體，拋石棱體后設倒濾層后回填海砂，扶壁頂鋪設0.5 m 厚的級配碎石墊層和0.3 m 厚的C25 砼墊層，然后現澆C40 砼胸墻，胸墻嵌入扶壁0.1 m；碼頭面層均采用現澆C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石穩定層厚350 mm、級配碎石墊層厚150 mm。 碼頭附屬設施包括DA400 橡膠護舷、450KN 系船柱、DA-A300H 橡膠舷梯等。碼頭結構斷面圖如圖4 所示。 預制扶壁結構立體示意圖如圖5 所示。

圖4 扶壁斷面圖

圖5 預制扶壁結構立體示意圖

3.4 結構計算

3.4.1 結構計算依據

結構計算依據如下：（1）碼頭結構按照《重力式碼頭設計與施工規范》（JTS167-2-2009）[1]中的規定進行計算；（2）荷載按照《港口工程荷載規范》（JTS144-1-2010）[2]中的規定進行計算；（3）波浪力的標準值按照《海港水文規范》（JTJ213-98）[3]中的規定進行計算；（4）地震作用效應按照《水運工程抗震設計規范》（JTJ225-98）[4]中的規定進行計算。

3.4.2 計算內容

按照規范中的規定，對碼頭主體結構的抗傾、抗滑、基床應力、地基承載力及整體穩定性進行驗算。

3.4.3 計算方法

本工程碼頭主體結構根據《重力式碼頭設計與施工規范》（JTS167-2-2009）有關規定進行計算，采用經過交通運輸部審查通過的豐海技術咨詢服務（上海）有限公司開發的豐海港口工程ZMJS 重力式計算系統軟件進行核算。

3.4.4 計算結果

結構方案一、二、三計算結果如表2～4 所示。 經計算，碼頭水工結構3 個方案均滿足規范要求。

3.5 方案比選

3 種方案從結構安全上來說均可行，主要優缺點如表5 所示。 方塊碼頭從技術角度看可以成立，但由于預制件數量較大，砼用量大，造價較高，不能滿足快速形成碼頭的需要，不能一次出水，本工程不宜選用。 扶壁結構具有預制數量最少，胸墻底標高較高，工程造價最低，且由于1#、2# 泊位的掩護，工程處波浪較小，能滿足施工期穩定，故該工程最終選用了扶壁結構。

表5 結構方案技術經濟優缺點比較

4 扶壁施工主要注意事項

扶壁施工主要注意事項如下：（1）扶壁預制可以采用立制和臥制， 臥制時混凝土澆筑容易保證質量，但運輸安裝時需要空中翻身，會給施工帶來很大困難，故本工程扶壁預制建議采用立制方式；（2）扶壁采用陸上預制，砼強度達到100%設計強度后，方可吊運；（3）扶壁形狀不規則，穩定性差，吊運過程要遵守對稱均勻的原則， 確保調運過程中的安全；（4）扶壁應選在波高小于1 m 以內的天氣安放，安放時不得在扶壁底部局部加墊調整誤差；（5）扶壁安放后應立即回填塊石，回填過程中應避免破壞扶壁結構，保證扶壁不產生位移和傾斜；（6）扶壁安放后應及時澆筑上部胸墻，以增強整體穩定性。

5 扶壁結構運用效果

本工程施工過程中， 施工單位嚴把質量關，扶壁預制質量較好，運輸安裝過程中未發生扶壁傾覆等現象，整體施工質量較好。 本工程已投產運營多年，碼頭主體結構位移、沉降均小，目前使用情況良好，經濟效益顯著。

6 結論

本文根據工程處地質、水文等條件，最終確定本工程碼頭主體結構采用重力式方案較為合適。 通過沉箱、方塊、扶壁3 個結構方案的比選，綜合施工、造價、掩護條件等多種因素，最終選用了扶壁結構，不但降低了工程造價，而且縮短了施工工期。 扶壁結構在本工程的運用，可為今后類似項目提供一定的借鑒。