淮安市內河航道碼頭結構選型的研究與實踐

洪 偉 顧正南 陳潔茹 朱瀟瀟

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司 淮安 223005）

淮安市內河航道碼頭結構選型的研究與實踐

洪 偉 顧正南 陳潔茹 朱瀟瀟

（淮安市水利勘測設計研究院有限公司 淮安 223005）

本文闡述了淮安市內河航道的特點，分析了碼頭結構選型的各種外部影響因素，研究了邊界條件對碼頭結構選型的具體影響，通過碼頭結構選型的實例建立了外部條件與結構選型的關系(包括單一條件與結構選型的關系及多條件與結構選型的關系)，對與復雜邊界條件下相適應的復合結構進行了探討。

內河碼頭 影響因素 結構選型 限制條件

1 淮安市內河航道特點

淮安市內河眾多，水運資源十分豐富，京杭大運河縱貫南北，淮河出海航道橫貫東西，鹽河航道、洪澤湖航道、金寶航道以及淮沭河、張福河、溪河等航道縱橫交錯。航道等級從Ⅱ～Ⅶ級，船舶噸位從50t～2000t不等，這些通航河道基本為渠化河道，河道寬度在30～120m左右，河道斷面相對比較規整，型式主要有梯型斷面、矩式斷面（人工結構防護斷面）及復式斷面等，河道正常水深在1.5～4m左右，兩側堤防寬度在3～6m左右。

淮安市內河航道同時具有下列特點和要求：通航河道也是行洪河道，河道寬度相比航道寬度富裕度不大；堤防是確保河道行洪安全的重要屏障，堤頂道路是防汛的重要通道，在確保防洪安全的前提下，提高河道的航運效率。

2 碼頭結構型式

適應淮安內河航道特點的碼頭結構類型主要有：重力式碼頭、扶壁式碼頭、空箱式（含空箱扶壁式）碼頭、懸臂式（地連墻、排樁及預制板樁）碼頭、拉錨式（地連墻、排樁及預制板樁）碼頭、格構式（地下連續墻、排樁）碼頭、高樁碼頭、復合碼頭（雙排不等距灌注樁結合扶壁式矮承臺碼頭結構）等。

3 碼頭結構選型的影響因素

3.1地質條件

主要是從土的類別、承載力、彈性模量等參數來考慮和評價對碼頭結構選型的影響。如承載力相對高的地基可采用重力式碼頭、扶壁式碼頭，承載力相對低的地基可采用空箱式碼頭、拉錨式碼頭、高樁碼頭、復合碼頭（排樁結合扶壁）；砂性土地基不能采用懸臂式（地連墻、預制板樁）碼頭、拉錨式（地連墻、預制板樁）碼頭；變形模量大的地基可以采用格構式、懸臂式及拉錨式碼頭。

3.2水文條件

主要是指最高通航水位、最低通航水位及流速大小對碼頭結構的影響。最高通航水位加超高決定碼頭面高程，最低通航水位扣除船舶吃水深度和富裕深度等于港池底高程，碼頭面高程-港池底高程=碼頭結構高度，碼頭結構高度大小影響結構的選型。水流流速的大小對結構也有影響，如流速過大，如采用高樁碼頭將影響水的流態，進而易產生沖刷和淤積。

3.3航道寬度

主要是指航道寬度對施工圍堰及碼頭使用期進、出港和作業的影響。相應等級的航道有對應的航道寬度，淮安內河航道等級從Ⅱ～Ⅶ級，相應航道寬度為75～24m。航道寬度與碼頭前沿線距離過小，無法采用圍堰法施工，也就不能采用淺基礎的碼頭結構型式。

3.4行洪條件

主要是指對行洪要求高的河道在施工期盡可能不采用圍堰法施工,碼頭結構型式不影響或少影響過流斷面和盡可能低的引起雍高水位，以不改變河勢。如采用高樁碼頭可減小阻水面積。

3.5堤防條件

是指堤防的等級、寬度、堤頂道路的等級、堤前堤后的地形地貌等自然條件和水行政主管部門為保護堤防對碼頭建設提出的管理控制條件。管理控制條件主要有：不允許在堤防范圍內打樁、不允許在堤防中開設交通廊道、不允許施工期因基坑開挖而破堤。在確定的自然條件下，碼頭結構選型要確保堤防的安全穩定，不削弱堤防斷面，避免堤坡產生淺層或深層的整體滑動。

3.6河道斷面

是指河道斷面形狀,如有無灘地及灘地的高程和寬度。有較寬的灘地且灘地的高程較高，往往較易填筑施工圍堰，圍堰的工程量也較小，同時還可構筑打樁及地連墻施工和作業平臺。

3.7投資條件

是指投資的主體、資金的來源、投資的額度。資金充裕時，可以采取方便施工、加快進度的結構方案。

4 碼頭結構選型

上述碼頭結構選型的影響因素主要可以歸納為地基限制條件、水文限制條件、空間限制條件、河道斷面特征限制條件四種類型，其中航道寬度、堤防條件可歸為空間限制條件，水文條件、行洪條件可歸為水文限制條件。碼頭結構選型約束條件分為單一限制條件和多限制條件，在多數情況下為多條件下的結構選型。

4.1單一限制條件下碼頭結構選型

單一限制條件下的碼頭的結構選型比較簡單，通過分析可以找出單一限制條件，對照不同碼頭結構型式的適應范圍，選出適用此條件的碼頭結構，若有多種型式同時適用，還可從經濟性、施工的難易程度再進行對比分析，直至選出最優方案。

4.1.1地質限制條件下的結構選型

通常對于地基承載力較高的碼頭，采用重力式或扶壁式碼頭結構型式，在碼頭較高的情況下，可采用空箱扶壁式結構以降低地基應力；對于地基承載力較低的碼頭，如持力層為軟弱土層，可選擇地基加固方法或選擇拉錨式碼頭結構，土層為粘性性質時可采用板樁拉錨、地連墻拉錨，土層為砂性性質的可采用排樁拉錨或地連墻拉錨。

案例1：位于淮安區上河鎮京杭運河右岸的江蘇大山面粉實業有限公司碼頭，從堤頂至港池底下3m范圍內土質主要為承載力在110kPa以下相對較差的軟弱粘土，而港池底3m向下土質為承載力比較高的硬塑粘土。由于粘性土易于成槽，經綜合比選，最終選擇了地連墻拉錨方案。

案例2：清河區里運河右岸的潤爾華有限公司碼頭，從堤頂至港池底下4m范圍內主要為承載力在80kPa以下相對較差的粉土，而港池底4m向下土質為承載力比較高的硬塑粘土。由于上部粉土難以成槽，經綜合比選，最終選擇了排樁（墻后結合攪拌樁防漏土）拉錨方案。

4.1.2空間限制條件下的結構選型

受空間條件的限制主要是指碼頭由于受航道寬度及堤防位置的約束，不具備大開挖及圍堰的施工條件，當碼頭前沿空間受到約束（即無法采用圍堰）時，可以選擇拉錨式結構，當碼頭前、后（即無法開挖基坑）空間均受限時，可選擇高樁或格構式碼頭結構。

前述潤爾華碼頭結構選型既是考慮了地質限制條件，同時也考慮了空間限制條件。潤爾華碼頭前沿線至航道邊線距離僅有30m，其前空間填筑圍堰受到限制，前沿線至堤防內距為25m，后空間拉錨條件比較寬裕，因而也選擇了排樁拉錨式方案。

案例3：淮安港建華管樁碼頭結構選型時考慮了碼頭前、后空間均受到約束。碼頭位于蘇北灌溉總渠寧連路大橋下游約960m的右岸，碼頭前沿線距航道邊線為75 m，碼頭前沿線距堤防內邊線為15m，其前、后空間不僅受到自然條件的限制，還受到水利、交通行政管理部門的管理控制條件制約，無法采用常規碼頭結構。針對此約束條件，并考慮其它影響因素，綜合選擇了對空間條件要求低的雙排地連墻格構式體系方案。

4.1.3水文限制條件下的結構選型

由最高、最低通航水位確定的碼頭高度是碼頭結構型式考慮的一個方面，如5m以下可以考慮選擇重力式、5～8m可考慮采用扶壁式、8m以上可考慮可采用空箱扶壁式。

4.1.4河道斷面限制條件下的結構選型

對于矩形斷面河道，通常選擇高樁碼頭；對于復式斷面且灘面較高且較寬的河道，通常選擇可圍堰施工的碼頭結構型式及適用填筑機械作業平臺的碼頭結構型式。

4.2多限制條件下碼頭結構選型

通常碼頭為多限制條件下的結構選型，在選型過程中，應從多條件中找出主要條件和附屬條件。首先針對主要條件進行結構選型，當結構型式也滿足附屬條件時，是最佳方案；當結構型式無法同時滿足附屬條件時，可以通過引入新的結構型式來適應限制條件；另外一種情況是弱化附屬條件（如對于低等級航道，可通過限制通航，采用可進行圍堰施工的結構類型）。

如上述淮安港建華管樁碼頭，在結構選型時除空間限制條件外，還有地質限制條件和河道斷面限制條件，碼頭位置處的地質條件主要為易于成槽的粘性土質，斷面為灘面較高但不寬的復式斷面有利于形成挖槽機的施工作業平臺，該種條件下可選擇雙排地連墻格構式體系。

又如前述淮安區上河鎮京杭運河右岸的江蘇大山面粉實業有限公司碼頭，在結構選型時除地質限制條件外，還有空間限制條件和河道斷面限制條件，碼頭位置處的后臺空間比較開闊，有拉錨空間，斷面為灘面較高的復式斷面有利于挖槽機的施工作業，該種條件下選擇拉錨式地下連續墻體系。

案例4：位于淮安市區里運河南岸的淮陰發電有限公司碼頭就是采用新結構適應新條件的一個典型案例。該碼頭位置條件為前、后空間受限，地質條件較好的粘性土層。碼頭上部采用混凝土扶壁式矮承臺結構，下部采用雙排不等距混凝土灌注樁結構。其結構特點為：前排為無間隙混凝土灌注樁進行擋土，后排為等間距不連續混凝土灌注樁，前、后排樁通過混凝土扶壁式矮承臺連接成為整體結構，剛度大、抗水平力強；施工機械為常規鉆孔機，所需施工空間小；矮承臺施工僅需在前方設置小子堰；工程投資省、施工難度小■