陳晨 全裕龍 杭州港灣交通設(shè)計咨詢有限公司

1.工程概況

寧波某內(nèi)河港口作業(yè)區(qū)碼頭工程位于余姚市姚江北岸，本工程為東港區(qū)2#作業(yè)區(qū)一期碼頭工程，新建5個500噸級泊位（水工結(jié)構(gòu)按1000噸級預(yù)留)，包含3個散貨泊位和2個件雜貨泊位，泊位總長308m，碼頭可使用作業(yè)岸線308m。碼頭預(yù)測吞吐量為140萬噸/年，設(shè)計通過能力為185萬噸/年。碼頭配套建設(shè)堆場、道路及生產(chǎn)生活輔助建筑等設(shè)施。本文主要對該項目碼頭水工的建設(shè)自然條件、結(jié)構(gòu)方案、結(jié)構(gòu)方案論證和比選等方面進行介紹。

2.設(shè)計條件

2.1 設(shè)計水位、代表船型及主尺度

2.1.1 設(shè)計水位

本區(qū)域水域?qū)儆谄皆瓋?nèi)河水網(wǎng)，常年流速平緩?，F(xiàn)與杭甬運河寧波段相統(tǒng)一，取用杭甬運河寧波段初步設(shè)計資料及《余姚市防洪排澇規(guī)劃修編報告》（2016年）相關(guān)資料，根據(jù)《河港總體設(shè)計規(guī)范》[1]4.3.1 規(guī)定并結(jié)合本工程碼頭實際情況，碼頭設(shè)計高水位按航道最高通航水位取值，設(shè)計低水位取航道設(shè)計最低通航水位。本工程設(shè)計水位如下（85國家高程系）：設(shè)計高水位（設(shè)計最高通航水位）：1.13m，設(shè)計低水位（設(shè)計最低通航水位）：0.33m，校核高水位：2.48m，常水位：0.92m。

2.1.2 設(shè)計代表船型

本碼頭泊位等級為500噸級，其中碼頭結(jié)構(gòu)按?？?000噸級船舶進行設(shè)計，設(shè)計代表船型尺度見表1。

表1 設(shè)計代表船型尺度表[2]

2.1.3 主尺度

本碼頭采用半挖入順岸式布置，綜合考慮碼頭前沿現(xiàn)狀，本工程碼頭沿現(xiàn)有防洪堤平均挖入9m，自西向東共布置5個泊位，依次為3個散貨泊位和2個件雜貨泊位，碼頭使用岸線長度為308m。碼頭前沿停泊水域布置于碼頭外側(cè)，碼頭前沿線距航道中心線最近距離約91m，滿足浙江省航道管理條例中建筑物外邊線與航道中心線最小距離應(yīng)當為該航道等級標準船寬的五倍的要求[3]。碼頭前沿壓頂設(shè)計頂高程：3.50m；護輪坎頂高程：3.75m；碼頭前沿設(shè)計河底高程：-2.87m；碼頭長度：308m；銜接翼墻長度：109.8m。

2.2 設(shè)計荷載

（1）人群荷載標準值：3.5kPa。

（2）均布荷載標準值：距離碼頭前沿20m內(nèi)均布20kPa；20m以外均布60kPa。

（3）起重運輸機械荷載標準值：①10t固定式起重機：傾覆力矩M=220t·m；垂直力G=100t；水平力H=10t。②45t軌道式龍門起重機：軌距40m，基距16m，起重量450kN，最大腿壓（輪壓）為1500kN（250kN），輪距750mm。

（4）船舶荷載：①船舶系纜力標準值：按水流力和9 級風風速22m/s共同影響計算，并結(jié)合《港口工程荷載規(guī)范》（JTS144-1-2010）相關(guān)規(guī)范計算。②船舶撞擊力標準值：船舶靠岸時有效撞擊能量為53.49kJ。

3.結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計

常見的內(nèi)河碼頭結(jié)構(gòu)型式主要有重力式、高樁式和板樁式結(jié)構(gòu)。根據(jù)本工程區(qū)的水文、地質(zhì)條件及碼頭的作用荷載，結(jié)合內(nèi)河碼頭施工和使用經(jīng)驗，本工程碼頭結(jié)構(gòu)考慮了兩個方案：結(jié)構(gòu)方案一為低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)方案二為高樁梁板式結(jié)構(gòu)。

3.1 碼頭結(jié)構(gòu)方案一（低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)）

低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)方案：上部為衡重式C25砼墻身、C30砼壓頂，底板為700mm厚C30現(xiàn)澆鋼筋砼，其下為100mm厚C15素混凝土墊層和200mm厚級配碎石墊層，墻后為拋石棱體及回填宕渣[4]?？紤]樁土共同承載，樁基采用φ800mm鉆孔灌注樁，樁頂與底板相連。由于工程所處位置地質(zhì)條件較差，需對碼頭區(qū)域進行軟基處理，采用φ700mm雙頭水泥攪拌樁。

3.2 結(jié)構(gòu)方案二（高樁梁板式結(jié)構(gòu)）

碼頭主要由樁基、橫梁、縱梁和面板幾部分組成。平臺下方共設(shè)置2排φ1000mm鉆孔灌注樁，橫向樁間距為4.5m；樁頂為現(xiàn)澆橫梁，其前沿設(shè)置靠船構(gòu)件，靠船構(gòu)件之間設(shè)置水平撐連接；橫梁上方為預(yù)制縱梁，直接擱置于橫梁上方；縱梁上方為預(yù)制面板，厚約25cm，其上方設(shè)置20cm厚的現(xiàn)澆鋪裝層。

碼頭平臺后方接岸處設(shè)置一座3.5m高的重力式擋土墻：擋墻壓頂采用C30砼澆筑，頂部與碼頭平臺齊平；墻身采用C25砼澆筑，底板采用C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)，其下方設(shè)置100mm厚的C15素砼墊層，墻后為拋石棱體和回填宕渣?？紤]樁土共同承載，樁基采用φ800mm鉆孔灌注樁，樁頂與底板相連。由于工程所處位置地質(zhì)條件較差，需對碼頭區(qū)域進行軟基處理，采用φ700mm雙頭水泥攪拌樁。

4.結(jié)構(gòu)方案的比選與確定

4.1 結(jié)構(gòu)方案的比選

4.1.1 碼頭結(jié)構(gòu)方案一（重力式結(jié)構(gòu)）的優(yōu)缺點

方案一的優(yōu)點如下：1）結(jié)構(gòu)堅固，耐久性強；2）能承受較大的地面荷載和船舶荷載，對地面超載和工藝變化適應(yīng)強；3）施工比較簡單，維修費用少[5]。

方案一的缺點如下：1）砂、石料用量較多；2）對地基的承載力要求高。

4.1.2 碼頭結(jié)構(gòu)方案二（高樁梁板式結(jié)構(gòu)）的優(yōu)缺點

方案二的優(yōu)點如下：1）碼頭施工開挖土方量較少；2）疏浚對碼頭結(jié)構(gòu)影響較??；3）對航道行洪影響較小。

方案二的缺點如下：1）對地面超載和裝卸工藝變化的適應(yīng)性差[5]；2）耐久性不如重力式碼頭，構(gòu)件易損壞且難修復；3）高樁平臺與兩側(cè)現(xiàn)有防洪堤結(jié)構(gòu)銜接較為麻煩；4）接岸結(jié)構(gòu)處理不當時易發(fā)生豎向位移、變形、開裂等現(xiàn)象；5）施工相對復雜，結(jié)構(gòu)造價相對較高[6]。

4.1.3 方案比選結(jié)果

綜合比較，從碼頭運營效率及后期維護成本等各方面綜合考慮，決定以方案一：低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)作為確定方案。

4.2 碼頭結(jié)構(gòu)方案的確定

碼頭低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)具體方案如下。

4.2.1 散貨泊位碼頭結(jié)構(gòu)

散貨泊位碼頭采用低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)，碼頭墻身上部采用C30砼壓頂，寬1.2m，高1.0m；墻身采用C25砼結(jié)構(gòu)，底寬3.20m，高5.37m；下部采用C30鋼筋砼底板，寬4.4m，厚0.7m；底板下部設(shè)置100mm厚C15素砼墊層和200mm厚級配碎石墊層；基礎(chǔ)采用φ800mm鉆孔灌注樁，樁長37m，斷面樁間距2.6m，沿碼頭長度方向上的樁間距為3.0m（部分結(jié)構(gòu)段樁基縱向間距為3.1m），樁頂伸入底板100mm；墻身后方采用拋石棱體回填，拋石棱體上方設(shè)置倒濾結(jié)構(gòu)，分別為300mm厚碎石層、200mm厚粗砂層及U400g無紡土工布，最后采用回填宕渣分層壓實，面層進行硬化處理[7]。

4.2.2 固定式起重機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

固定式起重機基礎(chǔ)采用低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)，碼頭墻身上部采用C30鋼筋砼基礎(chǔ)，寬5.2m，高2.5m；起重機基座高出碼頭面0.5m，起重機中心距離碼頭前沿3.0m。碼頭墻身采用C25砼結(jié)構(gòu)，底寬約5.49m，高3.87m；下部采用C 30 鋼筋砼底板，寬6.7m，厚0.7m；底板下方設(shè)置100mm厚C15素砼墊層和200mm厚級配碎石墊層；基礎(chǔ)采用φ1000mm嵌巖灌注樁，斷面樁間距4.3m，沿碼頭長度方向上的樁間距為3.0m，樁頂伸入底板100mm，樁端進入中風化巖層不小于2倍樁徑；墻身后方采用拋石棱體回填，拋石棱體上方設(shè)置倒濾結(jié)構(gòu)，分別為300mm厚碎石層、200mm厚粗砂層及U400g無紡土工布，最后采用回填宕渣分層壓實，面層進行硬化處理[8]。

本工程1#、2#泊位裝卸設(shè)備分別采用負吸機及螺旋卸船機，由于負吸機及卸船機具體型號和荷載參數(shù)暫未確定，現(xiàn)階段卸船機基礎(chǔ)考慮與固定式起重機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)相同。

4.2.3 件雜貨泊位碼頭結(jié)構(gòu)

件雜貨泊位碼頭采用低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)，碼頭墻身上部采用C30砼壓頂，寬1.65m，高1.0m，其后設(shè)置前沿軌道梁，寬0.7m，高lm，軌道梁中心距離碼頭前沿2m；墻身采用C25砼結(jié)構(gòu)，底寬3.70m，高5.77m；下部采用C30鋼筋砼底板，寬4.9m，厚0.7m；底板下部設(shè)置100mm厚C15素砼墊層和200mm厚級配碎石墊層；基礎(chǔ)采用。1000mm嵌巖灌注樁，斷面樁間距3.0m,沿碼頭長度方向上的樁間距為4.5m，樁頂伸入底板100mm，樁端進入中風化巖層不小于2倍樁徑；墻身后方采用拋石棱體回填，拋石棱體上方設(shè)置倒濾結(jié)構(gòu)，分別為300mm厚碎石層、200mm厚粗砂層及U400g無紡土工布，最后采用回填宕渣分層壓實，面層進行硬化處理。

4.2.4 后側(cè)軌道梁結(jié)構(gòu)

后側(cè)軌道梁采用連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，軌道梁呈倒T型設(shè)置，上梁寬0.7m，高1.2m，下梁寬1.5m，高0.5m，梁下方設(shè)置100mm厚C15素砼墊層和200mm厚級配碎石墊層，基礎(chǔ)采用φ1000mm嵌巖灌注樁，縱向樁間距為4.5m，樁頂伸入底板100mm，樁端進入中風化巖層不小于2倍樁徑。

4.2.5 銜接翼墻結(jié)構(gòu)

銜接翼墻位于碼頭兩端，用于銜接新建碼頭和兩端現(xiàn)有防洪堤。翼墻同樣采用低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)基本與散貨泊位碼頭結(jié)構(gòu)保持一致，下部樁基采用φ800mm鉆孔灌注樁，樁長36m，斷面樁間距2.6m，沿碼頭長度方向上的樁間距為3.0m。翼墻段結(jié)構(gòu)面層僅考慮前沿5m范圍內(nèi)進行硬化處理，作為防汛搶險道路；道路后方設(shè)置斜坡自然過渡至現(xiàn)狀地面，斜坡段上方回填500mm厚的耕植土，表面種植綠化。

4.2.6 翼墻與現(xiàn)狀防洪堤銜接結(jié)構(gòu)

本次新建碼頭通過兩側(cè)銜接護岸段與原有防洪堤銜接，由于現(xiàn)狀堤頂?shù)缆窇?yīng)急通車需要，考慮護岸前沿線與防洪堤堤頂線齊平處理。由于目前暫無現(xiàn)狀防洪堤結(jié)構(gòu)斷面圖，本次設(shè)計數(shù)據(jù)均以業(yè)主提供的地形圖為準，具體情況應(yīng)以施工單位實際施工時現(xiàn)場踏勘用量為準。銜接護岸段外立面為豎直面，防洪堤外立面為斜面，同時根據(jù)了解防洪堤為內(nèi)部填土和外部漿砌塊石護面結(jié)構(gòu)，因此本工程施工時先在銜接處打入拉森鋼板樁擋土，如當?shù)赝翆訁?shù)較差，可在拉森鋼板樁外側(cè)加打φ600mm的鋼管樁加固，待擋土完成后再在護岸段擋墻外側(cè)拋填粘土或塊石至斜面與防洪堤結(jié)合良好，最后設(shè)置漿砌塊石護坦。

5.工程技術(shù)重點

5.1 施工工序安排

本工程施工環(huán)節(jié)較多，包括水泥攪拌樁地基處理、基坑開挖、樁基施工、圍堰施工、混凝土澆筑、疏浚工程等等，需要注意與現(xiàn)有防洪堤的銜接，考慮到碼頭與后方場區(qū)由不同的單位進行設(shè)計和施工，交叉內(nèi)容較多，施工過程中對施工先后順序進行合理安排，否則不僅會影響工期，還會對碼頭的整體安全帶來不同程度的隱患。

根據(jù)本工程的施工工程量和工程特點，本工程主要施工工序如下：

圍堰→降低施工區(qū)域內(nèi)水位→碼頭基礎(chǔ)開挖→樁基施工→澆注鋼筋砼底板→墻身澆筑及墻后拋石棱體逐步回填→預(yù)埋件埋設(shè)→碼頭面層結(jié)構(gòu)施工→碼頭附屬設(shè)施安裝、調(diào)試→拆除圍堰放水→用水上挖泥船將碼頭前沿河道開挖到設(shè)計底標高。

5.2 碼頭基坑開挖注意事項

碼頭基坑開挖需分段進行，開挖棄土必須及時外運，部分符合回填土質(zhì)量要求的土方應(yīng)臨時堆放在基坑頂坡線20m以外，且堆土高度不得超過1.5m。基坑開挖時必須做好排水和支護措施。本工程基坑開挖深度超過5m，施工單位應(yīng)結(jié)合施工時的實際情況制定相應(yīng)的深基坑支護方案，并應(yīng)進行專項審查，審查通過方可實施。

5.3 灌注樁的質(zhì)量控制

灌注樁的質(zhì)量控制是本工程的重點也是難點。灌注樁的施工應(yīng)嚴格按照設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范要求執(zhí)行。灌注樁采用現(xiàn)澆C30水下砼，澆筑時應(yīng)連續(xù)灌注，為保證樁身砼澆筑質(zhì)量，澆筑樁頂砼時應(yīng)超澆0.8m～1.0m，每根灌注樁樁底沉渣厚度均不得超過100mm。樁基完成后依據(jù)樁基檢測規(guī)范對灌注樁進行質(zhì)量評定.

5.4 水泥攪拌樁的質(zhì)量控制

水泥攪拌樁的質(zhì)量控制是本工程新建碼頭的一個重點，將直接影響到重力式碼頭結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定安全。參考當?shù)氐氖┕に?，一般單頭水泥攪拌樁的有效處理深度約為 12m，而且深度越深，處理效果越差?？紤]到工程區(qū)域淤泥質(zhì)土層深度較大，為確保施工質(zhì)量能夠達到設(shè)計要求，本工程考慮采用φ700mm 的雙頭水泥攪拌樁，正式施工前應(yīng)按施工組織設(shè)計確定的攪拌樁施工工藝打設(shè)數(shù)根試樁，以最后確定水泥的摻合量、外加劑、水泥漿的水灰比、泵送時間、攪拌機提升速度等；必須保證樁身質(zhì)量與樁的入土深度。攪拌樁施工中需進行全樁長的復攪，要防止樁體上下噴漿不勻、下部水泥劑量不足、上下部強度差異大等問題。水泥攪拌樁的質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在施工的全過程，并應(yīng)進行全程的施工監(jiān)理。

6.總結(jié)

低樁承臺重力式結(jié)構(gòu)和高樁梁板式結(jié)構(gòu)是近年來碼頭工程中使用最多的兩種水工建筑物結(jié)構(gòu)型式。在對碼頭水工建筑物設(shè)計時，在結(jié)構(gòu)驗算滿足規(guī)范要求的前提下，應(yīng)該綜合考慮施工工期要求、工程造價、使用要求等方面的要求，對結(jié)構(gòu)進行比選擇，進而保障工程實施的可靠性和經(jīng)濟性。