元 征，賀春暉

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

引言

青島港前灣港區(qū)迪拜環(huán)球碼頭工程是全國第一個建設投產的集裝箱自動化碼頭。該項目在自動化裝卸工藝、自動化控制系統(tǒng)、創(chuàng)新技術綜合運用等方面達到了全球領先水平。工程建設岸線長度1 320 m，陸域縱深784 m，設計自動化集裝箱堆場39條，堆場垂直碼頭岸線布置，跨距28.5 m，采用堆5過6模式。在堆場結構和排水設計中，設計人員根據現(xiàn)代化的設計理念不斷完善優(yōu)化，取得了不錯的效果。

在現(xiàn)有港口工程集裝箱堆場排水系統(tǒng)設計中，影響排水系統(tǒng)設計主要因素有以下幾個方面：

1）集裝箱堆場的平面布置。集裝箱堆場布置分為平行碼頭岸線和垂直碼頭岸線兩種布置形式。堆場布置形式影響了排水系統(tǒng)設置方向。

2）集裝箱堆場的裝卸設備。目前自動化集裝箱碼頭多采用軌道式龍門起重機，軌道基礎采用鋼筋混凝土軌道梁或軌枕道砟結構。對于自動化集裝箱堆場，堆場區(qū)鋪面結構要求滿足設備精準定位、減少后期維護等新要求。

3）集裝箱堆場的鋪面。堆箱區(qū)鋪面結構形式包括：全部高強連鎖塊鋪面、箱角梁加碎石鋪面、箱角梁加連鎖塊鋪面等。

1 海綿城市設計理念

所謂“海綿城市”，在學術上定義為“低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建”，主要指在降雨時，利用聚集、滲透、凈化的作用，最大化地降低地表給水，在旱季時節(jié)，又可通過補充水資源來調節(jié)水循環(huán)目的的一種新型城建系統(tǒng)。我國《海綿城市建設技術指南—低影響開發(fā)雨水系統(tǒng)構建》中，把海綿城市定義為讓城市跟海綿一樣，在降雨時節(jié)能夠通過吸水、儲水、滲水、凈水、放水的功能，從而有良好彈性來適應環(huán)境變化，應對自然災害。

在自動化集裝箱堆場設計中，我們改變了原有堆場雨水必須全部收集的觀念，借鑒了海綿城市的設計理念，在允許場區(qū)部分滲流的條件下，對集裝箱堆場排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，有效緩解排水系統(tǒng)壓力，減少排水系統(tǒng)的投入。

2 集裝箱堆場結構設計

集裝箱港區(qū)堆場設計主要考慮因素包括，集裝箱堆高、工藝設備精度、地基沉降、施工水平等。由于自動化集裝箱場區(qū)存在堆高高，設備精度高等特點，對堆場鋪面結構提出了更高的要求。

自動化集裝箱堆場水平運輸通過自動化軌道式龍門起重機完成，因此集裝箱堆場內不設置水平運輸設備，堆場面層結構設計僅考慮集裝箱箱角的集中荷載。在實際設計過程中，我們采用了連鎖塊鋪面結構和箱角梁配合級配碎石兩種設計方案，并在實踐進行了驗證比較。

2.1 連鎖塊鋪面結構

高強聯(lián)鎖塊鋪面結構在各大港口的實際應用效果，由于自動化堆場設備定位精準，落箱沖擊荷載小，聯(lián)鎖塊結構具有價格優(yōu)勢。青島港前灣港區(qū)迪拜環(huán)球碼頭一期工程（5#、6#泊位）的重箱堆場結構采用了常規(guī)高強混凝土聯(lián)鎖塊結構。

集裝箱重箱堆場最大堆高5層，堆場全部采用高強混凝土聯(lián)鎖塊鋪面結構，聯(lián)鎖塊結構斷面自上而下分別為：100 mm厚C60聯(lián)鎖塊、40 mm厚中粗砂墊層、600 mm厚水泥穩(wěn)定級配碎石、200 mm厚級配碎石。堆場中間設置排水溝，堆場坡度要滿足自動化集裝箱龍門起重機精度的要求，設計地面排水坡度為3 ‰。

由于3 ‰坡度太緩，實際施工難度較大，施工坡度檢驗較難達到設計要求，實際實施按照水平坡度施工。使用一段時間后，由于部分區(qū)域不均勻沉降，場區(qū)會造成局部坑洼積水以及排水不暢等情況。圖1為堆場結構斷面示意。

1.2.2 黨參總皂苷含量測定。人參皂甙Re標準品用甲醇溶解，配制1.2 mg/mL標準品母液。移取標準品母液30、60、90、120、150 μL于具塞試管中，60 ℃水浴中蒸干，經香草醛-高氯酸-冰醋酸顯色反應后，以試劑空白(隨行處理的甲醇)為參比溶液，分光光度計測定吸光度，繪制標準曲線[11]。

圖1 堆場連鎖塊結構斷面示意

2.2 箱角梁配合級配碎石鋪面結構

由于高強混凝土聯(lián)鎖塊結構受其塊體質量、施工因素影響制約較大，自動化集裝箱堆場重箱箱角區(qū)域要求較高，施工中對塊體質量及鋪砌施工難以作到精細化管理。使用中微小的平整度誤差會對自動化軌道吊作業(yè)效率產生影響，同時箱角區(qū)域若出現(xiàn)塊體損壞需要維修時，必須整個堆場停產維修。在二期工程（7#、8#泊位）設計時，我們總結了一期工程施工和運營的經驗，對自動化集裝箱堆場結構進行了優(yōu)化設計。

二期工程堆場結構采用鋼筋混凝土條形基礎+PHC樁基礎，其力學強度高、平整度可以得到很好的保證且使用年限長，使用年限內基本無沉降，運營期間維修頻率較小，有益于提高生產作業(yè)效率。

重箱集裝箱箱角采用PHC樁支撐鋼筋混凝土條形基礎；條基空擋區(qū)采用級配碎石鋪面結構。各條堆場分置于左右兩條條基上，條基之間設置排水溝。堆場箱角梁條基之間鋪面結構斷面為：200 mm厚級配碎石，下層為壓實地基。

該設計方案利用了海綿城市設計理念，箱角梁條基空擋區(qū)域設置級配碎石，不設排水坡度，允許部分雨水滲入，多余雨水再通過排水溝排出。圖2為二期工程堆場結構斷面示意。

圖2 堆場箱角梁結構斷面示意

3 排水溝斷面結構設計

根據《海港總體設計規(guī)范》（JTS 165-2013），雨水設計流量計算公式為：

式中：

Q為雨水設計流量（L/s）；

ψ為徑流系數；

q為設計暴雨強度[L/(s·hm2)]；

F為匯水面積（hm2）。

根據規(guī)范，采用聯(lián)鎖塊鋪面，徑流系數ψ=0.60，采用級配碎石鋪面，ψ=0.40～0.50，在匯水面積和暴雨設計強度相同的條件下，采用級配碎石面層結構，相當于雨水設計流量減少17 %～33 %。在其他條件相同的情況下，過水斷面面積可減少17 %～33 %。

實際設計中，方案1排水溝設計寬度600 mm，方案2排水溝設計寬度為400 mm，排水溝過水斷面方案比較如表1。

表1 排水溝設計方案比較

方案1排水溝結構主要受力為堆場集裝箱箱角荷載傳遞產生的側壓力；方案2采用箱角梁條基后，箱角荷載沿箱角梁向下傳遞，排水溝結構主要受力為覆土的側壓力，排水溝側壁受力情況小于方案1。

根據結構計算結果，方案1排水溝設計壁厚為300 mm，方案2排水溝設計壁厚為200 mm。

方案1排水溝內壁設計寬度為600 mm，壁厚300 mm；方案2排水溝內壁設計寬度為400 mm，壁厚200 mm。

根據兩個方案繪制排水溝斷面圖，根據排水溝設計寬度和溝深的不同，比較排水溝設計斷面面積變化，計算鋼筋混凝土用量。

比較方案1與方案2排水溝斷面面積如圖3～圖5。

圖3 排水溝設計斷面示意

圖4 排水溝設計斷面比較

圖5 排水溝斷面隨溝深變化趨勢

如圖所示，隨著排水溝深增加，方案2設計斷面減少比例有所降低，但平均值達到了約44 %。從結論可知，在忽略鋼筋配筋率影響的情況下，方案2比方案1鋼筋混凝土用量減少了約44 %，排水溝結構投資減少在40 %以上。

3 結語

青島港前灣港區(qū)迪拜環(huán)球碼頭一期工程（5#、6#泊位）堆場采用聯(lián)鎖塊鋪面方案，堆場中間設置排水溝，排水溝結構需要滿足箱角集中荷載傳遞土壓力對排水溝側壁的影響。排水溝設計結構斷面較大，壁厚較大，配筋較多，排水溝投資大。二期工程（7#、8#泊位）堆場采用箱角梁配合級配碎石鋪面方案，排水溝布置在兩條箱角梁條基中間，排水溝側壁不再受箱角荷載傳遞的影響，同時條基之間設置級配碎石，允許雨水部分滲入，地表徑流量大大降低，因此結構斷面得到了優(yōu)化，優(yōu)化設計后，排水溝工程投資節(jié)約44 %。

通過優(yōu)化設計，堆場采用箱角梁結構，不再設置排水坡度，對自動化集裝箱堆場設施定位和維護有顯著效益，避免由于地面不均勻沉降，集裝箱堆存過高頂端產生較大偏角。

借鑒海綿城市設計理念，箱角梁條基之間的堆場允許部分滲流，排水溝結構不再考慮集裝箱箱角基礎荷載，壁厚減少100 mm，鋼筋混凝土用量大大減少，整體排水溝結構斷面得到優(yōu)化。

本文通過對兩種堆場結構在一個工程的設計實例，對自動化集裝箱堆場排水系統(tǒng)進行了比較。影響集裝箱堆場排水系統(tǒng)設計的因素主要是堆場的結構形式，在借鑒海綿城市的設計理念后，允許堆場雨水部分滲入，降低了堆場雨水徑流量，優(yōu)化了堆場排水溝結構斷面，節(jié)約了排水溝工程投資。