自動(dòng)化碼頭集裝箱堆場(chǎng)設(shè)計(jì)方案及優(yōu)化

岑學(xué)徐，廖晨彥，陳 欽

(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290)

自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)包括重箱堆場(chǎng)、冷藏箱堆場(chǎng)、空箱堆場(chǎng)等，堆場(chǎng)陸域大多為吹填形成，雖經(jīng)過地基處理，但在后期使用荷載作用下仍會(huì)存在殘余沉降，所以集裝箱堆場(chǎng)選擇合理的鋪面結(jié)構(gòu)尤為重要，它既應(yīng)滿足堆箱荷載要求，又需要適應(yīng)一定的不均勻沉降，同時(shí)還要兼顧工程造價(jià)方面的因素。

箱角基礎(chǔ)方案須根據(jù)使用要求、設(shè)計(jì)荷載、地質(zhì)條件等選擇天然地基、復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)。根據(jù)《自動(dòng)化集裝箱碼頭設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]，軌道基礎(chǔ)的工后沉降量應(yīng)與箱角基礎(chǔ)工后沉降相協(xié)調(diào)。當(dāng)軌道基礎(chǔ)沉降較小時(shí)，箱角基礎(chǔ)須視地質(zhì)情況在梁底加設(shè)剛性樁或柔性樁，以控制后期沉降。本文結(jié)合欽州自動(dòng)化碼頭工程[2]，通過施工便利性、施工工期和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合比選，選取箱角基礎(chǔ)最優(yōu)方案。PHC樁基箱角梁結(jié)構(gòu)的成功運(yùn)用及其成套的研究成果可為類似工程的設(shè)計(jì)、施工和驗(yàn)收起到借鑒作用。

1 集裝箱堆場(chǎng)常用方案

1.1 連片式聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)

重箱堆場(chǎng)堆箱區(qū)須考慮的荷載主要為箱體堆放產(chǎn)生的箱角荷載，常用的鋪面結(jié)構(gòu)形式為連片式聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)或箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)[3]。

聯(lián)鎖塊鋪面[4]是傳統(tǒng)集裝箱堆場(chǎng)最常用的鋪面結(jié)構(gòu)之一，連片式聯(lián)鎖塊鋪面即整個(gè)堆箱區(qū)的鋪面結(jié)構(gòu)均完全一致，均按照堆箱荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。此方案具有維修容易、造價(jià)相對(duì)較低、對(duì)地基適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；但平整性較差，箱角位置易損壞，不能很好地適應(yīng)自動(dòng)化碼頭定點(diǎn)堆箱的特點(diǎn)。常用的連片式聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 連片式聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)斷面

1.2 箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)

箱角基礎(chǔ)一般采用鋼筋混凝土條形梁形式，其寬度根據(jù)箱位擺放和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，箱角梁寬度1.0～2.0 m，應(yīng)滿足箱角梁外側(cè)距集裝箱箱角外側(cè)不小于0.2 m，兼容非標(biāo)準(zhǔn)箱時(shí)，外側(cè)應(yīng)適當(dāng)加寬。鋼筋混凝土條形箱角基礎(chǔ)的整體性好、箱角受力均勻、穩(wěn)定性好、平整度高、使用年限長(zhǎng)，但造價(jià)稍高、維修較困難。常用的箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)斷面

為保證自動(dòng)化裝卸設(shè)備的正常作業(yè)，需要嚴(yán)格控制堆場(chǎng)地基的差異沉降，防止集裝箱發(fā)生傾斜而影響自動(dòng)化裝卸設(shè)備的作業(yè)精度。當(dāng)采用連片式高強(qiáng)聯(lián)鎖塊鋪面方案時(shí)，堆場(chǎng)應(yīng)采用更高標(biāo)準(zhǔn)的地基處理方案；當(dāng)采用箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)簡(jiǎn)易鋪面方案時(shí)，箱角基礎(chǔ)須根據(jù)原地基狀況采用天然地基、復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)[5]。

處于箱體中部的箱角間區(qū)基本無荷載，其鋪面在滿足地基穩(wěn)定、排水通暢的前提下可采用簡(jiǎn)易鋪面結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用薄層現(xiàn)澆混凝土簡(jiǎn)易鋪面時(shí)，應(yīng)采取縮小切縫間距、布設(shè)鋼絲網(wǎng)或摻加鋼纖維等措施，防止鋪面開裂。

自動(dòng)化堆場(chǎng)的集裝箱重箱堆場(chǎng)的箱角區(qū)域接地面積小，單位面積內(nèi)承受壓力較大且裝卸機(jī)械在固定的區(qū)域行走，箱位均為定點(diǎn)堆放，箱角部位頻繁承受沖擊荷載。聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)耐久性低，箱角的聯(lián)鎖塊易斷裂，需要頻繁更換，且聯(lián)鎖塊體之間的縫隙影響堆箱區(qū)的標(biāo)線的平整性和連續(xù)性，進(jìn)而影響定位識(shí)別的精確性，相比之下箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)方案更為適用。

2 欽州自動(dòng)化碼頭堆場(chǎng)方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.1 工程概況

欽州港自動(dòng)化集裝箱碼頭堆場(chǎng)總面積約54.7萬m2。采用新型U形垂直布置方案，堆場(chǎng)采用雙懸臂自動(dòng)化集裝箱軌道龍門吊(ARMG)作業(yè)，自動(dòng)化水平運(yùn)輸采用智能導(dǎo)引車(IGV)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)港外集卡和IGV直接進(jìn)入堆箱區(qū)裝卸作業(yè)，堆場(chǎng)裝卸采用邊裝卸的作業(yè)方式。

與常規(guī)集裝箱碼頭不同，自動(dòng)化集裝箱碼頭對(duì)箱角基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定以及差異沉降提出更高的要求，一旦箱角基礎(chǔ)出現(xiàn)嚴(yán)重的差異沉降，相應(yīng)集裝箱產(chǎn)生傾斜，就會(huì)影響ARMG的正常作業(yè)。

2.2 設(shè)計(jì)荷載及參數(shù)

重箱堆場(chǎng)堆貨荷載為重載集裝箱堆高6層。堆場(chǎng)使用年限內(nèi)沉降不大于0.25 m，差異沉降小于0.2%。

2.3 地質(zhì)條件及地基處理方案

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地巖土層自上而下依次為填土(主要為中砂)、淤泥、淤泥質(zhì)土、砂混淤泥(或細(xì)砂)、黏性土、中粗砂、細(xì)砂、侏羅系基巖層(主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、砂巖、粉砂巖)。地基處理方案根據(jù)軟土厚度不同，分別采用了強(qiáng)夯、振沖密實(shí)處理、插板+強(qiáng)夯、堆載預(yù)壓+強(qiáng)夯/振沖等方案。

2.4 存在問題

經(jīng)過大面積地基處理后，堆場(chǎng)軟基強(qiáng)度有所提高，但仍有一定的工后沉降。自動(dòng)化作業(yè)要求軌道基礎(chǔ)的工后沉降量應(yīng)與箱角基礎(chǔ)工后沉降相協(xié)調(diào)，該工程采用的預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)混凝土(PHC)樁基軌道梁方案對(duì)箱角基礎(chǔ)工后沉降要求較高，且堆場(chǎng)面積較大、投資占比高，應(yīng)對(duì)堆箱區(qū)進(jìn)行多方案比選，合理選擇結(jié)構(gòu)方案，減少使用期維護(hù)工作量。

2.5 方案比選優(yōu)化

2.5.1箱角基礎(chǔ)

考慮大面積地基處理不能滿足箱角基礎(chǔ)的使用要求，需要對(duì)箱角基礎(chǔ)進(jìn)行二次處理。常用的二次地基處理方案有樁基礎(chǔ)、復(fù)合地基等。箱角基礎(chǔ)考慮選取不同樁徑的PHC樁基方案和復(fù)合地基方案進(jìn)行對(duì)比，從施工便利性、施工工期和經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合比選。擬比選的方案見表1，計(jì)算結(jié)果見表2、3。

表1 箱角基礎(chǔ)方案

表2 箱角基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果

表3 箱角梁PHC樁樁基計(jì)算結(jié)果

各方案造價(jià)：方案1為6 200元/延米，方案2為5 200元/延米，方案3為3 300元/延米。

施工便利性：PHC樁基施工工藝簡(jiǎn)單，后期維護(hù)小，但抵抗水平變形能力較差。復(fù)合地基施工工藝稍復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求嚴(yán)格，抵抗水平變形能力強(qiáng)，地基應(yīng)力分散、均勻，能充分利用原地基承載能力，但后續(xù)基礎(chǔ)會(huì)發(fā)生一定的沉降。

工期：復(fù)合地基施工工藝稍復(fù)雜，且水泥粉煤灰碎石樁數(shù)量多，因此工期相對(duì)較長(zhǎng)。PHC樁基施工速度相對(duì)較快，工期相對(duì)短。

從以上對(duì)比可知，方案1施工便利、工期相對(duì)短，但造價(jià)較高；方案2樁基數(shù)量增加，工期較方案1更長(zhǎng)，但造價(jià)較方案1更低；方案3造價(jià)最低，但施工便利性稍差、工期較長(zhǎng)。綜合比較，推薦采用方案2。

2.5.2箱角間區(qū)

箱角間區(qū)簡(jiǎn)易鋪面擬采用混凝土鋪面、聯(lián)鎖塊鋪面、水穩(wěn)層簡(jiǎn)易鋪面進(jìn)行比選(表4)，其中混凝土鋪面結(jié)構(gòu)層自上而下為8 cm厚現(xiàn)澆混凝土面層、10 cm厚水泥穩(wěn)定石屑底基層、回填土方、壓實(shí)地基；聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)層自上而下為8 cm厚高強(qiáng)混凝土聯(lián)鎖塊面層、3 cm厚中粗砂墊砂層、15 cm厚水泥穩(wěn)定碎石基層、回填土方、壓實(shí)地基；水穩(wěn)層簡(jiǎn)易鋪面結(jié)構(gòu)層自上而下為15 cm厚水泥穩(wěn)定碎石層、回填土方、壓實(shí)地基。

表4 箱角間區(qū)簡(jiǎn)易鋪面結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及造價(jià)對(duì)比

通過比選，現(xiàn)澆混凝土鋪面具有整體性好、耐久性高、使用年限長(zhǎng)且造價(jià)相對(duì)較低的優(yōu)勢(shì)，箱角間區(qū)鋪面推薦采用現(xiàn)澆混凝土簡(jiǎn)易鋪面，同時(shí)采取縮小切縫間距、布設(shè)鋼絲網(wǎng)或摻加鋼纖維等措施，防止鋪面開裂。

3 結(jié)語

1)重箱堆場(chǎng)常用的鋪面結(jié)構(gòu)形式為連片式聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)或箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)，而自動(dòng)化集裝箱碼頭對(duì)箱角基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定以及差異沉降提出了更高的要求，建議采用箱角基礎(chǔ)+箱角間區(qū)鋪面結(jié)構(gòu)。

2)箱角基礎(chǔ)根據(jù)地基狀況可采用天然地基、復(fù)合地基或樁基礎(chǔ)，須根據(jù)項(xiàng)目的工藝荷載條件、地質(zhì)情況以及地基處理等對(duì)箱角基礎(chǔ)進(jìn)行多方案比選，合理選擇結(jié)構(gòu)方案。

3)為保證自動(dòng)化裝卸設(shè)備的正常作業(yè)，軌道基礎(chǔ)的工后沉降量應(yīng)與箱角基礎(chǔ)工后沉降相協(xié)調(diào)，建議箱角基礎(chǔ)二次處理方案與ARMG軌道基礎(chǔ)方案一致。