錦州港煤炭碼頭一期工程結構斷面優化設計

陳 羽，周慶文

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

錦州港煤炭碼頭一期工程結構斷面優化設計

陳 羽，周慶文

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

重力式沉箱碼頭結構型式是錦州港碼頭經典結構型式，中電投錦州港煤炭碼頭一期工程對沉箱結構型式進行優化，采用寬沉箱結構型式，在降低施工難度、縮短工期、節省工程投資方面效果顯著，本工程的成功經驗可供其他同類工程借鑒。

沉箱結構；中電投錦州港煤炭碼頭一期工程；寬沉箱

引 言

在重力式碼頭結構中，沉箱碼頭結構具有碼頭整體性好、混凝土用量少、水下工作量小、施工速度快等優點。傳統沉箱碼頭斷面是根據沉箱的基頂和基底抗滑、主體結構抗傾、基床和地基承載力及整體穩定計算確定的，同時受預制能力和起吊拖運能力制約，沉箱斷面寬度范圍內一般不同時安放前后軌，后軌道梁下打設灌注樁以增加承載力和減少沉降，如沉箱后回填塊石會增加打樁難度、增加費用及延緩工期。目前，錦州港已建成的碼頭結構基本上都是沉箱重力式碼頭，根據前人的研究成果，對于10萬t級碼頭泊位，方塊結構施工難度大、費用高，隨著碼頭水深增加和碼頭結構斷面的加大，方塊碼頭結構整體不足的缺點會越發凸顯，因此選用沉箱結構更為合理。本文以錦州港中電投煤炭碼頭一期工程為例，對傳統沉箱碼頭斷面進行優化，以期在保證造價不會大幅增加的基礎上取得好的技術效果，為類似工程設計提供參考與借鑒。

1 工程概述

錦州港位于渤海西北部的錦州灣北岸，港口北距錦州市區35 km，西離葫蘆島市36 km，東距盤錦約 95 km，水路距秦皇島港 98 n mile、大連港262 n mile，是渤海西北部400 km海岸線上唯一對外開放的一類口岸。錦州港煤炭碼頭一期工程陸域位于規劃錦州港港區的西側，第四港池的后方，碼頭岸線位于規劃第四港池的北岸。碼頭設計長度為820 m，新建3個7萬t級專業化煤炭裝船泊位，碼頭結構全部按10萬t級散貨船設計，年設計通過能力3 500萬t，碼頭面頂高程為5.00 m，碼頭結構全部按10萬t級散貨船設計，碼頭前沿底高程為-15.7 m。

2 碼頭結構設計與優化

2.1 主要設計條件

設計高水位為4.65 m；設計低水位為3.60 m；極端高水位為-0.07 m；極端低水位為-1.67 m。碼頭前沿50年一遇波要素：極端高水位H1%為2.1 m，設計高水位H1%為2.1 m，設計低水位H1%為2.0 m，均為5.6 s。

勘察結果表明，該區域巖土層分布較有規律。在勘察深度范圍內，自上而下主要分為4大層：淤泥混砂、①1淤泥質粉質粘土；②1粉質粘土、中粗砂、②2粗礫砂、②3粉質粘土、②4粗礫砂；③1殘積土、③2全風化巖、③3強風化巖；④1中風化巖；其中②大層中多處夾有粘性土混砂、砂混粘性土及粉質粘土等薄層或透鏡體。

③3強風化巖工程地質性質好，標貫擊數N＞50擊，其巖面高程為-12.87～-22.08 m，是重力式碼頭結構良好的持力層，但部分區域需炸（挖）巖。

本工程區域抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第一組。

工藝荷載分為碼頭均布荷載和裝船機荷載，其中裝船機前軌到碼頭前沿線的距離為6 m，軌距16 m，基距16 m，共4個支腿，每腿12輪，輪距0.8 m。工作狀態、非工作狀態最大輪壓分別為400 kN、450 kN，水平荷載兩個方向均為輪壓的8 %。

2.2 沉箱結構方案

碼頭結構型式除滿足平面及工藝要求外，主要由其所在區域的自然、施工等條件決定的。本工程所在區域強風化巖面的埋藏深度與碼頭結構的基礎位置基本相符，強風化巖可作為重力式碼頭的良好持力層。

重力式結構對碼頭面荷載的適應性好，抵抗船舶水平荷載能力大，并具有施工經驗成熟、維修費用少、結構堅固耐久的特點。所以，碼頭結構型式擬采用重力式結構。

目前，錦州港已建成的碼頭結構基本上都是沉箱重力式碼頭，結合本工程所在區域的地質條件和工藝布置方案，對本工程提出傳統的沉箱結構斷面：碼頭面頂高程5.0 m，碼頭前沿底高程-15.7 m；沉箱頂高程為1.9 m，沉箱倉格為3×4個倉格，沉箱長18.05 m，腰寬14.2 m，底寬15.2 m（前趾長1.0 m），高17.6 m。單個沉箱重約2 403 t；沉箱倉格內高程-3.0 m以下回填石碴，其上回填二片石墊層，二片石墊層以上回填10～50kg塊石。沉箱上現澆鋼筋混凝土胸墻、蓋板；沉箱之間設結合腔，自碼頭前沿向后的結合腔內依次填充10～30kg塊石、二片石、混合倒濾層，以形成倒濾層結構，沉箱后回填石碴，沉箱基床厚度約為0.8～6.2 m。

裝船機前軌設置在胸墻上，后軌采用鋼筋混凝土軌道梁，其基礎采用Φ1 200灌注樁，灌注樁間距約為4.50 m，樁底高程約為-24.2～29.9 m。碼頭斷面詳見圖 1，由于后軌軌道梁靠灌注樁支撐，為提高灌注樁承載能力，灌注樁須進入強風化巖以下。

圖1 碼頭結構斷面圖初始方案

圖1為散貨碼頭典型沉箱結構斷面，斷面方向一般為3個倉格，倉格尺寸4～6 m，具體尺寸根據抗傾抗滑穩定計算確定，根據工藝布置要求，裝船機前軌軌道梁一般在沉箱上，和胸墻整體現澆，后軌軌道梁單獨設置基礎，一般為鉆孔灌注樁，由于鉆孔灌注樁穿過沉箱后回填石料并進入強風化巖約8 m，使得灌注樁成孔困難，容易塌孔，工期增大，增加造價，另外，裝船機大機設備四個支腿分別在重力式基礎和樁基基礎上，使用期兩個基礎的不均勻沉降給碼頭正常生產埋下了隱患。

2.3 沉箱結構方案的優化

通過以上分析，如果把傳統沉箱3×4倉格變成4×3倉格，也就是把沉箱轉個九十度就能把斷面變寬，再調整倉格尺寸保證裝船機的前、后軌均布置在沉箱上，這樣，雖然碼頭斷面加寬了，增加了預制沉箱的混凝土量和鋼筋量，但節省了后軌灌注樁179根，并且由于原方案施工灌注樁需要穿強風化巖8～11 m，意味著不止節省了灌注樁的混凝土量和鋼筋量，還節省了一整套施工鉆孔灌注樁及鋼護筒打樁的施工工藝，使得整個碼頭施工環節大大簡化，從了極大的縮短了工期，節約了成本。

按照以上設想，對傳統沉箱碼頭結構斷面進行優化，優化設計為：碼頭面頂高程5.0 m，碼頭結構按10萬t級散貨泊位設計，其前沿底高程-15.7 m；沉箱頂高程為1.9 m，底高程為-15.7 m，長16.2 m，腰寬及底寬20.35 m，高17.6 m，沉箱由4×3個倉格組成，單個沉箱重約2 692 t；沉箱倉格內高程-3.0 m以下回填石碴，其上回填二片石墊層。前后二個倉格內在二片石墊層以上回填10～50kg塊石。沉箱中間二個倉格上設置預制蓋板，后倉格為現澆蓋板，前倉格上為現澆胸墻。裝船機前軌位于胸墻上，后軌位于后倉格現澆蓋板及軌道梁上。沉箱之間設結合腔，自碼頭前沿向后的結合腔內依次填充10～30kg塊石、二片石、混合倒濾層，以形成倒濾層結構，沉箱后回填石碴，沉箱基床厚度約為 0.8～6.2 m。優化后的碼頭斷面詳見圖2。

圖2 優化后的碼頭斷面

對沉箱碼頭斷面進行優化后，從工程造價看，優化后方案總造價為31.2萬元/m，原方案總造價為30.8萬元/m，工程造價相當。從施工特點看，原方案后軌灌注樁在沉箱后回填石料及強風化巖中成槽困難、工期長，且施工質量不易控制，優化后方案裝船機前、后軌道梁直接在沉箱上現澆，施工簡單、工期短，容易控制施工質量。

3 結 語

錦州港煤炭碼頭一期碼頭主體結構部分已于2013年完成施工，碼頭結構斷面優化結果說明，采用寬沉箱能降低施工難度、縮短工期。當工藝裝卸大機前后軌軌距在20 m以內時，寬沉箱可以把前后軌均布置在沉箱上，而傳統窄沉箱受斷面寬度約束只能設置灌注樁，如沉箱后回填拋石棱體會增加施工難度和費用，寬沉箱方案的優勢會更加顯著，今后可供類似工程參考與借鑒，并能產生可觀的技術經濟效益。

［1］趙輝.沉箱碼頭后方棱體結構的優化設計及主要施工工藝［J］.港工技術，2011，（2）：34-36.

［2］嚴惠蘭，王懷.某港重力式碼頭結構型式比選與造價分析［J］.港工技術，2011，（4）：43-44.

［3］賈曉荷，陳志樂，路萍，等.基礎持力層埋深較深的重力式沉箱結構優化設計［J］.中國水運，2015，（8）.

［4］楊文.重力式碼頭結構設計比選分析［J］.珠江水運，2013，（13）.

Optimum Design of Structural Cross-section in Jinzhou Port Coal Terminal
Phase-1 Project

Chen Yu，Zhou Qingwen
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Gravity caisson structure is commonly used in Jinzhou port.Wide caisson structure has been used as an optimum design in CPI Jinzhou port coal terminal phase-1 project.The application of new structure decreases the construction difficulty，shortens the construction period and reduces the project cost to a large extent.The project experiences may provide a reference for similar projects.

caisson structure； CPI Jinzhou port coal terminal phase-1 project； wide caisson

U656.1+11

A

1004-9592（2016）05-0038-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160510

2016-03-18

陳羽（1984-），男，工程師，主要從事港口工程水工結構設計。