英標集裝箱堆場鋪面設計優化及工程實例

廖 源 袁靜波

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230)

英標集裝箱堆場鋪面設計優化及工程實例

廖 源 袁靜波

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230)

結合重箱堆場的受力特點，探討了集裝箱堆場鋪面結構設計時需考慮的問題，介紹了其優化設計方案，并采用有限元法對優化方案進行了驗算，從計算結果可以發現經優化后的重箱堆場鋪面形式相對于連片式聯鎖塊鋪面更為經濟。

集裝箱堆場，鋪面，優化，設計

0 引言

集裝箱堆場是港口集裝箱碼頭工程中的一個重要組成部分，所占工程總投資比例大，鋪面設計方法較多，采用不同的規范標準造價差異較大。

對于我們熟悉的國標和英標，兩種標準的鋪面設計最大差異在于重箱堆場。根據經驗，英標的連片式聯鎖塊方案比國標的連片式聯鎖塊方案造價要高得多。如何通過優化重箱堆場鋪面結構，達到既保證質量滿足使用要求，又能降低工程投資是本論文的主要研究目的。

1 項目概況

某集裝箱碼頭岸線總長1 200 m，陸域面積61萬m2，可靠泊10萬t級集裝箱船。

1.1 陸域形成

本項目采用吹填港池疏浚土形成陸域，吹填標高為+3.1 m，回填量約584.7萬m3。陸域形成回填料為港池疏浚料的中粗砂，采用絞吸船直接吹填施工。

1.2 場地條件

工程所在區域主要土層為中粗砂及其他硬土層，僅在西南角上覆有鄰近工程遺留的石頭。根據地質條件的不同，將場區劃分為A，B兩個區域，分區采用不同的地基處理方法。A區采用振沖密實法[2]進行處理，面積約570 768 m2；B區采用強夯法[2]進行處理，面積16 684 m2。地基處理平面圖見圖1。

1.3 使用要求及背景

根據陸域平面布置(見圖2)，本港區重箱堆場面積32萬m2，重箱堆場堆箱方式為多列成組箱[1]，堆高6層重箱，20 ft與40 ft混合堆放。

對于常規的連片式聯鎖塊鋪面，雖然具有施工速度快、使用靈活、能適應集裝箱不同的堆存方式等優點，但其造價高，投資大，經濟性差。尤其采用英標的連片式聯鎖塊方案造價更是高得多。隨著海外項目不斷增多，競爭日益加劇，為提高海外項目投標的競爭優勢，需尋求一種既能滿足使用要求又能降低工程投資，使得重箱堆場更為經濟的鋪面結構形式。

2 設計優化

2.1 優化思路

集裝箱在重箱堆場采用定點堆放的堆箱方式，箱角區荷載大，箱間區荷載小。根據其受力特點，進行重箱堆場鋪面設計時對箱角區與箱間區分別對待，即加強箱角區，簡化箱間區(箱間區基層厚度減薄)的設計思路，結構形式為聯鎖塊鋪面型式箱角基礎+箱間區聯鎖塊鋪面。采用這種方案，既能滿足集裝箱的堆放要求，又能達到降低造價的目的。但該方案存在以下難題：箱角處局部集中受力產生不均勻沉降可能出現集裝箱“擱肚皮”的現象和缺乏成熟的計算模式。為此，本論文著重針對以上難題進一步研究此優化方案的可行性。

首先，從場地條件來看，本項目地基較好，主要土層為中粗砂及其他硬土層，給上部鋪面結構提供了堅實的基礎。盡管如此，為進一步減少由于局部集中受力可能帶來的不均勻沉降，在經過振沖密實和強夯處理之后，對重箱堆場范圍內鋪面結構層底面以下1.5 m深度的回填砂(CBR≥8%)采用分層回填碾壓(每次分層厚度不大于40 cm)的二次加強措施進行密實。提高重箱堆場基礎承載力、基床強度以及壓實度，減少由于地基的不均勻沉降對堆場上部結構的影響。

其次，對于聯鎖塊鋪面下的類條形基礎，如果按彈性地基梁的模式進行計算，雖然計算方法成熟、受力明確，但未考慮聯鎖塊的傳荷作用偏保守。英國The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and other Industries[3](以下簡稱Heavy duty pavements)以彈性層狀理論體系為基礎，以基層層底拉應變作為有效控制約束條件，采用軸對稱理想化有限元模型進行模擬分析，適用于連片式基層。而對于聯鎖塊鋪面型式箱角基礎的結構形式，對結構本身來說，只要基層層底拉應變不超過材料彎拉強度即為安全的。但目前國際上尚缺乏成熟的計算方法，為此，參考英國Heavy duty pavements的設計原理，對不同寬度的箱角基礎采用有限元方法進行驗算，從中選取滿足使用要求的條基寬度。該方法考慮了聯鎖塊的傳荷作用，比較符合實際狀況。

2.2 優化方案

根據英國Heavy duty pavements對箱角區厚度進行計算，根據計算，箱角區所需厚度為62 cm的抗壓強度為10 MPa的CBM(水泥穩定材料)。同時，結合本項目的集裝箱堆放要求，重箱堆場考慮20 ft和40 ft集裝箱混合堆放，每2個20 ft箱位置可堆放1個40 ft箱，在40 ft堆放時向一邊偏心33 cm，如圖3所示。

因此，箱角基礎寬度暫按2 500 mm考慮。

另外，箱角基礎之間區域不作為正常的交通通行使用，不允許任何交通車輛通行，僅允許行人通行，基層厚度減薄，取150 mm。考慮方便施工并兼顧工程投資，采用聯鎖塊鋪面型式箱角基礎+箱間區聯鎖塊鋪面方案，鋪面結構組成見表1。

表1 箱角基礎+箱間區聯鎖塊鋪面結構組成表

重箱堆場鋪面結構橫斷面圖見圖4。

2.3 采用有限元方法對優化方案進行驗算

模型采用國際通用有限元軟件PLAXIS 3D進行分析，集裝箱箱角基礎采用實體單元進行模擬賦予混凝土的屬性，聯鎖塊、條形基礎間回填材料、碎石墊層以及下部回填砂均用實體單元進行模擬賦予各層土的屬性，混凝土單元與土單元之間采用界面單元模擬，模型如圖5所示。

集裝箱箱角荷載按堆高6層重箱考慮，單箱為274.3 kN[1]，共6排箱。條形基礎采用CBM3，彈性模量33 GPa，容重23 kN/m3，泊松比0.15(見圖6，圖7)。所對應材料CBM3R的強度按英國Heavy duty pavements推薦的TRL Report TRL615-Development of a more versatile approach to flexible and flexible composite pavement design[4]選取(見表2)。

表2 CBM性能表

分別對2 m，2.5 m兩種不同寬度的條形基礎進行試算，計算結果如表3所示。

表3 條形基礎彎拉應力計算結果

從以上計算結果可看出，在未考慮集裝箱荷載與材料分項系數的前提下，條基寬度取2.5 m、厚度為62 cm、基層材料為CBM3R時，條形基礎層底荷載彎拉應力小于材料彎拉強度，滿足要求。基層材料可選擇CBM3R或相同強度的貧混凝土，施工時可根據經濟性、施工難易程度綜合進行選擇。

3 結語

對于重箱堆場，結合箱角區作用荷載遠比箱間區大的受力特點，進行鋪面結構設計時，對箱角區和箱間區分別對待。經優化之后的重箱堆場鋪面形式相對于連片式聯鎖塊鋪面更為經濟，在滿足使用要求的同時降低了工程造價，提高了海外項目投標的競爭優勢。但對于地基條件較差、下臥軟土層厚、殘余沉降大的集裝箱碼頭，不推薦此方案。此外，為從根本上解決集裝箱“擱肚子”現象的發生，建議集裝箱采用20 ft和40 ft分區堆放的方式，但由此帶來的堆場利用率降低應如何解決，有待研究。

[1] JTS 144-1-2010，港口工程荷載規范[S].

[2] 《工程地質手冊》編委會.工程地質手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[3] John Knapton.The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and other Industries,EDITION 4,Published by Interpave,2007.

[4] TRL Report TRL615,Development of a more versatile approach to flexible and flexible composite pavement design,first published 2004.

Design optimization on pavement for container yard of British standard and engineering example

LIAO Yuan YUAN Jing-bo

(CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd,Guangzhou510230,China)

Combining with the stress features of heavy container yard, the article explores matters needing attention in designing container yard pavement structure, introduces its optimizing design scheme, and testifies the optimized scheme by applying finite element method. The calculation result shows that: the optimized heaving container yard pavement is more economic than the continuous interlocking block harbor block pavement.

container yard, paving, optimization, design

1009-6825(2014)11-0087-03

2014-02-04

廖 源(1981- )，男，工程師； 袁靜波(1964- )，女，高級工程師

U291.51

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