大連長興島30萬噸原油碼頭主體水工結構方案比選

李明 張勇

（大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

大連長興島30萬噸原油碼頭主體水工結構方案比選

李明 張勇

（大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

大連港長興島 30萬噸原油碼頭工程所處位置自然條件水深、浪大、流急、冰清嚴重、巖面埋深較淺， 本文就碼頭主體水工結構的方案設計進行比選，認為此工程條件下選用設破冰椎體的圓沉箱結構在技術上、經濟上是比較合適的。

原油碼頭；重力式；圓沉箱；水工結構；方案比選

一、工程概況

大連港長興島30萬噸原油碼頭位于大連長興島北部高腦子海域，在建北港區東防波堤西側水域。碼頭布置在東防波堤外側，與東防波堤平行布置，碼頭前沿距離防波堤352m，軸線為N62°～242°。碼頭采用“蝶”型布置，碼頭長度為436m，停泊水域寬120m，碼頭前沿底高程-25.0m，泊位頂高程+11.0m。碼頭共設一個工作平臺及6個系纜墩、4個靠船墩。內側靠船墩間距為82m，可兼顧到10萬噸級原油船舶的靠泊，外側靠船墩間距為130m，可滿足30萬噸級船舶靠泊要求。工作平臺長48 m，寬39m，頂高程+11.0m。系纜墩、靠船墩頂高程+8.0m。各墩及工作平臺之間采用鋼質人行橋連接，橋寬 3.2m。碼頭通過棧橋、引橋引道與東防波堤相連接，棧橋長為310.3m，共3跨，橋凈寬11.2m，全寬13.6m，頂標高+11.0m，引橋引道全長205.5m。

二、建設條件

1、建筑物主尺度

碼頭為外海開敞墩式碼頭，本工程水工建筑物結構主尺度見表1。

表1 水工建筑物的結構主尺度

2、工藝荷載

（1）棧橋荷載：

工藝管線荷載：9t/m

車輛荷載：10t單車荷載

人行荷載：3kPa

（2）工作平臺荷載：

輸油臂荷載：400KN/個

均布荷載：10kPa

3、水文、氣象條件

（1）水位（馬家咀理論最低潮面起算）

設計高水位 2.35m，設計低水位 0.23m，極端高水位 3.4m，極端低水位-1.4m。

（2）設計波要素

30萬級原油碼頭及棧橋50年一遇設計波浪要素詳見表2。

表2 設計波浪要素表

（3）氣 溫

多年平均氣溫10.0℃，最熱月為8月，平均23.9℃。

（4）降 水

年平均降水量 578.3mm，年最大降水量 877.9mm（1966年），日最大降水量142.2mm（1966年7月27日）。降水量主要集中在6～9月。該4個月的降水量約占全年的75%。

（5）風

常風向為NE，次常風向SW，強風向為NE及NNE向，最大風速35.4m/s。本海區受季風影響較大，冬季多偏北風，夏季多偏南風。

4、潮流

本區潮流為往復流，設計流速V=1.1m/s，流向234° 。

5、海冰

采用50年一遇冰況，平整冰設計厚度取為47.6cm，單軸抗壓強度標準值為2.35MPa，彎曲強度標準值為835KPa。

6、工程地質條件

根據本工程的地勘資料，本區基巖為頁巖，中風化頁巖的頂高程大約為-29m～31m，本工程以中風化頁巖作為碼頭結構的持力層，其承載力為700Kpa。

7、抗震設防標準

本工程結構抗震按7度設防。

三、結構方案選取

本工程處自然條件的顯著特點是水深、浪大、流急、冰清嚴重、巖面埋深較淺，可考慮方案有：大直徑鋼管樁方案、沉箱鋼管樁混合式方案和重力式圓沉箱結構方案。

1、鋼管樁方案

采用大直徑嵌巖樁方案，主體結構采用直徑1.8m 嵌巖樁，頂部現澆鋼筋混凝土墩臺，考慮本區域冰情嚴重，在水位變動區采用鋼筋混凝土錐體結構，并外包鋼板。

2、重力式圓沉箱結構方案

考慮到本區域冰情較重，在本工程的結構方案設計過程中，對靠船墩、系纜墩和棧橋墩分別采用常規圓沉箱和圓沉箱上設抗冰錐體兩個方案進行比較，工作平臺由于沉箱間距小，考慮波浪影響，宜采用開孔消浪沉箱，但由于冰的影響，沉箱上部應為實體結構，因此工作平臺墩兩方案均采用圓沉箱上設錐體，以減少受浪面積的結構，同時可起抗冰的作用。

3、沉箱鋼管樁混合式方案

由于本地波高大、周期長，重力式沉箱方案混凝土及塊石用量大，因此，考慮了將鋼管樁和方沉箱相結合，形成了混合式結構方案。

四、結構方案比選

鋼管樁方案的優點是樁基結構能有效減少結構所受波浪力，缺點是本區域深水、流急、浪大，大直徑嵌巖施工工藝難度較大，且本工程由于冰荷載較大，與波浪對重力結構作用接近。樁基方案總體費用較高，且相對而言，耐久性難以把握。因此本設計不考慮鋼管樁方案。

沉箱鋼管樁混合式結構透浪好、受力小、地基應力小，因此，混合式結構對本工程也是合適的，但由于本結構沒有施工經驗，且耐久性相對較差、鋼管樁需定期進行防腐處理等維護工程，且工程造價較圓沉箱方案高40%左右，因此，本設計不考慮沉箱鋼管樁混合式結構方案。

重力式圓沉箱結構方案考慮到本工程所在地基巖埋藏適中且承載力較高、大連地區具有豐富的重力式碼頭設計施工經驗，且長興島附近有沉箱預制場等條件，且重力式圓沉箱結構方案耐久性好、適應性強、抗凍和抗冰性能好、使用期間不需要大量維護、適應荷載和工藝變化能力強、設計和施工經驗比較成熟等諸多優點，在我國從南到北的海港中得到廣泛應用，因此，重力式圓沉箱結構方案對本工程是合適的。

在對結構方案的初步比選結果分析基礎上，針對抗冰設計，對常規重力式圓沉箱結構和圓沉箱上設抗冰錐體兩個方案做作了進一步的比選分析。

方案一：設破冰椎體的圓沉箱結構

本方案靠船墩、系纜墩、工作平臺和棧橋墩的基礎均為鋼筋混凝土圓沉箱，上部設實體抗冰錐體結構。

方案二 常規重力式圓沉箱結構

本方案靠船墩、系纜墩、工作平臺和棧橋墩的基礎均為鋼筋混凝土圓沉箱，上部安裝與圓沉箱直徑一致的圓形預制塊。

[1]《大連港長興島港區總體規劃》（大連市人民政府，2009年6月）

[2]《大連港長興島北港區控制性詳細規劃》（大連理工大學土木建筑設計研究院，2009年3月）

[3] 交通運輸部《港口工程初步設計文件編制規定》（JTS110-1-2008）；

[4]《開敞式碼頭設計與施工技術規程》（JTJ295-2-2000）

TU975

1674-3954（2011）03-0412-01