（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

肋形板梁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)研究

趙宇，馮美果，楊玉勤

（中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

針對(duì)液體化工碼頭樁臺(tái)無(wú)有軌裝卸設(shè)備荷載、豎向使用荷載小且水平荷載較大的特點(diǎn)，提出了肋形板梁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)。通過(guò)計(jì)算分析及構(gòu)造處理可以得出，肋形板梁式結(jié)構(gòu)是一種安全可靠、整體性好、預(yù)制安裝程度高、施工快捷且造價(jià)較省的結(jié)構(gòu)形式，具備良好的應(yīng)用前景，可為實(shí)際工程提供一種供比選的結(jié)構(gòu)形式。

肋形板梁式結(jié)構(gòu)；上部結(jié)構(gòu)；液體化工碼頭；高樁碼頭

高樁碼頭是我國(guó)港口工程水工建筑物主要形式，其結(jié)構(gòu)形式較多，以板梁式應(yīng)用最為普遍，廣泛應(yīng)用于沿海和內(nèi)河港口[1]。

液體化工碼頭采用高樁結(jié)構(gòu)形式較多，平面通常布置成引橋連片式或墩式。引橋連片式高樁碼頭由樁臺(tái)、引橋和接岸結(jié)構(gòu)組成（也有在樁臺(tái)兩端設(shè)置系纜墩的實(shí)例）；墩式高樁碼頭由工作平臺(tái)、靠船墩、系纜墩、人行橋、引橋和接岸結(jié)構(gòu)組成。一般液體化工碼頭靠船墩和系纜墩采用高樁墩式結(jié)構(gòu)，樁臺(tái)、工作平臺(tái)和引橋采用高樁板梁式結(jié)構(gòu)。高樁式液體化工碼頭的樁臺(tái)和工作平臺(tái)使用荷載大致相同，可采用相同結(jié)構(gòu)形式，本文統(tǒng)一按高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)進(jìn)行敘述。筆者就高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和計(jì)算，尋找一種施工便捷、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)形式。

1 高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)的荷載特點(diǎn)及常規(guī)結(jié)構(gòu)形式

碼頭樁臺(tái)直接承受船舶的?？孔饔昧Σ⒐┭b卸作業(yè)，故必須滿足設(shè)計(jì)船型和工藝荷載要求。

1.1 高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)的荷載特點(diǎn)

液體化工碼頭樁臺(tái)是液體散貨裝卸作業(yè)的區(qū)域，承受的作用分為永久作用（包括結(jié)構(gòu)和固定設(shè)備自重力）、可變作用（包括堆貨荷載、撞擊力、系纜力、檢修汽車荷載和水流力）、偶然作用（包括非正常撞擊、火災(zāi)和爆炸等）和地震作用[2]。

經(jīng)與其它貨種碼頭的荷載比較后發(fā)現(xiàn)，高樁液體化工碼頭樁臺(tái)的荷載特點(diǎn)是無(wú)有軌裝卸設(shè)備荷載、豎向使用荷載?。ǜ鶕?jù)管線布置，樁臺(tái)一般取10 kPa均布荷載）；對(duì)于相同外部條件下（船舶噸級(jí)、水文、自然條件），作用在樁臺(tái)上的水平荷載較其它貨種碼頭無(wú)區(qū)別。

1.2 高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)的常規(guī)結(jié)構(gòu)形式

高樁碼頭樁臺(tái)根據(jù)自然條件、荷載情況及使用要求等采用不同的上部結(jié)構(gòu)形式。板梁式碼頭受力明確，能承受較大的線荷載，施工方便，其上部結(jié)構(gòu)由面板、縱梁、橫梁和靠船構(gòu)件等組成。

目前高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)與其它貨種碼頭一樣，常采用板梁式結(jié)構(gòu)形式。由于無(wú)需配置有軌裝卸設(shè)備，僅將能承受較大線荷載的軌道梁改為一般縱梁，其它沒(méi)有明顯區(qū)別。

2 常規(guī)高樁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)的合理性分析及改進(jìn)方向

目前多數(shù)高樁液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)與其它貨種碼頭基本一樣，僅將軌道梁改為普通縱梁，沒(méi)有針對(duì)其荷載特點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)置，易造成浪費(fèi)。

針對(duì)高樁液體化工碼頭樁臺(tái)無(wú)有軌裝卸設(shè)備荷載，且使用荷載較小的特點(diǎn)，可不設(shè)置縱梁，上部結(jié)構(gòu)采用實(shí)心大板、空心板或肋形板梁（即由一個(gè)方向的梁與板連成一體的結(jié)構(gòu)）。實(shí)心板或空心板雖能適用，但承載能力及整體剛度較小，跨度及橫向剛度受到限制，而肋形板梁的承載能力明顯大于實(shí)心板或空心板，且整體剛度較好。因此采用肋形板梁替代縱梁和面板是可行的；水平荷載由沿受力方向布置的叉樁和斜樁承受。故高樁液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)改進(jìn)方向?yàn)橛美咝伟辶禾娲v梁和面板（即肋形板梁式結(jié)構(gòu)），加強(qiáng)肋形板梁與橫梁的連接以形成整體，并采取有針對(duì)性的布樁方式提高樁臺(tái)承受水平荷載的能力。

3 肋形板梁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)研究

現(xiàn)以長(zhǎng)江下游某已建50 000 DWT液體化工碼頭為依托，對(duì)肋形板梁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)和常規(guī)液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比研究。該碼頭典型剖面見(jiàn)圖1，單個(gè)結(jié)構(gòu)段樁基布置見(jiàn)圖2。

圖1 常規(guī)高樁式樁臺(tái)設(shè)計(jì)Fig.1 Pile platform design of general high-piled wharf

圖2 單個(gè)結(jié)構(gòu)段樁位布置圖Fig.2 Pile plan of a single structure segment

該碼頭平臺(tái)的平面尺度為240 m×25 m。采用排架式高樁板梁結(jié)構(gòu)，排架間距7 m，單個(gè)結(jié)構(gòu)段長(zhǎng)30 m，基礎(chǔ)采用φ800 mm PHC預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，每榀排架設(shè)5根斜樁和1根直樁，斜樁斜率為4∶1；常規(guī)上部結(jié)構(gòu)由橫梁、縱梁、前邊梁、系靠船梁和迭合面板等組成，其中縱梁高為1.3 m、梁肋寬0.5 m，迭合面板厚0.4 m。該碼頭平臺(tái)均布荷載為10 kPa，流動(dòng)荷載為1 t叉車，碼頭共設(shè)置4臺(tái)30 cm（12英寸）裝卸臂（垂直荷載230 kN，水平荷載35 kN，傾覆力矩480 kN·m），系纜力為1 000 kN（快速脫纜鉤），撞擊力為1 800 kN（采用4個(gè)L=1 000 mm的TD-BB800H低反力型橡膠護(hù)舷，隔排架設(shè)置）。

圖3 肋形板梁式樁臺(tái)設(shè)計(jì)Fig.3 Rib plate girder pile platform design

若將該液體化工碼頭樁臺(tái)調(diào)整為肋形板梁式結(jié)構(gòu)（圖3），保持樁基布置不變，僅需改變橫梁高度及上部結(jié)構(gòu)。具體為保持前邊梁不變（因?yàn)榍把匦璨贾孟鹉z護(hù)舷），采用3 m寬，0.9 m高肋形板梁（肋形板梁由兩根肋組成，肋中心距1.5m，肋寬0.4 m）代替原有的縱向梁板結(jié)構(gòu)，并且將橫梁總高度減少0.5 m，碼頭設(shè)計(jì)剖面見(jiàn)圖3。

依據(jù)JTS 167-1—2010《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》，當(dāng)樁基布置空間特征顯著的碼頭，結(jié)構(gòu)內(nèi)力宜按空間結(jié)構(gòu)計(jì)算[3]。因此，采用ANSYS通用有限元軟件分別對(duì)上述常規(guī)及肋形板梁式液體化工碼頭樁臺(tái)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間計(jì)算，計(jì)算模型采用殼單元（shell63）與梁?jiǎn)卧╞eam4）進(jìn)行模擬，樁基部分根據(jù)彈性嵌固點(diǎn)法進(jìn)行計(jì)算（根據(jù)計(jì)算，入土5 m為樁基嵌固點(diǎn)深度），在嵌固點(diǎn)處，樁基各方向的自由度均被約束。計(jì)算工況根據(jù)《高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》要求進(jìn)行組合。

兩種結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果如表1所示。從計(jì)算結(jié)果可以看出：在樁基布置不變的情況下，肋形板梁式結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件計(jì)算結(jié)果與常規(guī)高樁結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果相差不大，且單個(gè)肋形板梁彎矩較小。由此說(shuō)明，肋形板梁式結(jié)構(gòu)能夠滿足樁臺(tái)整體剛度及承載力要求，并且肋形板梁受力合理，充分發(fā)揮其承載能力特征。

表1 計(jì)算結(jié)果對(duì)比表Table 1 Computational results comparison

通過(guò)對(duì)單跨（跨度均為7m）常規(guī)高樁結(jié)構(gòu)和肋形板梁式樁臺(tái)結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)混凝土用量計(jì)算，可以得出，常規(guī)高樁結(jié)構(gòu)混凝土用量為191.6 m3，而肋形板梁式結(jié)構(gòu)混凝土用量?jī)H為158.5 m3，較常規(guī)高樁結(jié)構(gòu)混凝土用量減少17.3%，經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

4 肋形板梁式樁臺(tái)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理措施和結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)

肋形板梁式樁臺(tái)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造處理措施：肋形板梁采用預(yù)制構(gòu)件，其上現(xiàn)澆碼頭面層；預(yù)安肋形板梁間設(shè)置30 mm安裝縫，肋形板梁設(shè)置端板既可使肋形板梁和上橫梁牢固連接，也可作為上橫梁的施工側(cè)模；江側(cè)或海側(cè)上橫梁加寬部位，可在該處上橫梁設(shè)置牛腿以擱置肋形板梁，前后肋形板梁的端板重疊一部分；輸油臂或軟管吊處可有針對(duì)性地設(shè)置迭合縱梁。

對(duì)水位差大的樁臺(tái)結(jié)構(gòu)，應(yīng)設(shè)置靠船構(gòu)件和2層系纜平臺(tái)，由于肋形板梁高度較普通縱梁大大降低，因此肋形板梁式樁臺(tái)結(jié)構(gòu)除碼頭橫梁前端降低段外，其余橫梁底高程較高，因此橫梁現(xiàn)澆施工受水位影響較小，施工質(zhì)量易于保證；上橫梁澆筑只需架立前后沿端模板，工作量小，施工快捷；肋形板梁集梁和板于一體，樁臺(tái)上部結(jié)構(gòu)安裝可一次性完成，施工工序少，易于保證質(zhì)量。

肋形板梁式樁臺(tái)結(jié)構(gòu)具有安全可靠、整體性好（肋形板梁與橫梁連接面大、連接牢固）、預(yù)制安裝程度高、施工快捷且造價(jià)較省等優(yōu)點(diǎn)，具備良好的應(yīng)用前景。

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)液體化工碼頭樁臺(tái)無(wú)有軌裝卸設(shè)備荷載、豎向使用荷載小且水平荷載較大的特點(diǎn)，提出了肋形板梁式樁臺(tái)結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述計(jì)算分析，可以看到肋形板梁式結(jié)構(gòu)是一種安全可靠、整體性好、預(yù)制安裝程度高、施工快捷且造價(jià)較省的結(jié)構(gòu)形式，具備良好的應(yīng)用前景，為實(shí)際工程提供一種供比選的結(jié)構(gòu)形式。

[1]交通部第一航務(wù)工程局設(shè)計(jì)研究院.海港碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，1975. Design and Research Institute of CCCC First Harbor Engineering Co.，Ltd.Design manual of harbor wharf structure[M].Beijing：China Communications Press，1975.

[2]JTS 144-1—2010，港口工程荷載規(guī)范[S]. JTS 144-1—2010，Load code for harbor engineering[S].

[3]JTS 167-1—2010，高樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS167-1—2010，Design and constructioncodefor opentypewharf on piles[S].

Investigation on rib plate girder pile platform structure of liquid chemical engineering wharf

ZHAO Yu，F(xiàn)ENG Mei-guo，YANG Yu-qin
（CCCC Second Harbor Consultants Co.，Ltd.，Wuhan，Hubei 430071，China）

According to the characteristics of pile platform of liquid chemical engineering wharf，such as no track handling equipment load，small vertical load and large horizontal load，the rib plate girder pile platform structure is proposed.Through analysis and conformation treatment，it can obtain that the rib plate girder structure is one structural type with the advantages of safety，good integrity，high pre-installation degree，fast construction and low cost.The structure has a good application prospects，and it can provide one comparison and selection structural type for actual projects.

rib plate girder structure；upper structure；liquid chemical engineering wharf；high-piled wharf

U656.113

：A

：1003-3688（2014）03-0047-04

10.7640/zggwjs201403009

2013-09-17

趙宇（1965— ），男，四川內(nèi)江市人，副總工程師，高級(jí)工程師，港工結(jié)構(gòu)專業(yè)。E-mail：zhaoyu@ctesi.com.cn