重力式扶壁結(jié)構(gòu)在某泊位工程中的應(yīng)用

■鄭佳晶

（福建省港航勘察設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350002）

1 工程概況

1.1 建設(shè)地點(diǎn)

某泊位工程位于福建省泉州市石獅市東部錦尚灣，地處臺(tái)灣海峽西岸經(jīng)濟(jì)繁榮帶的中心位置，具有發(fā)展海運(yùn)的優(yōu)良條件。 項(xiàng)目與已建的1# 及2#泊位前沿線成90°夾角，為順岸滿堂式布置，岸線長(zhǎng)度為180 m。

1.2 建設(shè)規(guī)模

該泊位建設(shè)規(guī)模為5000 t 級(jí)泊位1 個(gè)，碼頭岸線總長(zhǎng)度180 m。 碼頭年設(shè)計(jì)吞吐量40 萬(wàn)t。

1.3 設(shè)計(jì)船型

設(shè)計(jì)船型采用5000 t 級(jí)散貨船：總長(zhǎng)L×型寬B×型深H×滿載吃水T=115×18.8×9.0×7.0 m

2 自然條件

2.1 水文

2.1.1 設(shè)計(jì)水位（基準(zhǔn)面為黃零）

設(shè)計(jì)高水位：3.07 m（高潮累積頻率10%）；設(shè)計(jì)低水位：－2.64 m（低潮累積頻率90%）；極端高水位：4.28 m（五十年一遇）；極端低水位：－3.55 m（五十年一遇）

2.1.2 波浪

本工程位于錦尚灣，面向外海，掩護(hù)條件較差，但1#、2# 泊位建成后，對(duì)該泊位形成一定的掩護(hù)作用，根據(jù)廈門(mén)科泓海洋工程技術(shù)服務(wù)有限公司提供的《石獅市錦尚灣華錦通用泊位工程設(shè)計(jì)波浪計(jì)算專題報(bào)告》，該泊位波浪要素如表1 所示。

表1 50 年一遇設(shè)計(jì)波要素

2.1.3 潮流

本海區(qū)潮流性質(zhì)屬正規(guī)半日潮流，呈往復(fù)流特征，落潮最大流速為95 cm/s，漲潮最大流速為58 cm/s。

2.2 地形、地貌與工程泥沙

2.2.1 地形、地貌特征

場(chǎng)區(qū)主要為淺海灣地貌單元，地勢(shì)低洼不平。退潮時(shí)則局部礁盤(pán)直接露出海面，基巖為粗、細(xì)?；◢弾r；岸邊多為砂質(zhì)岸灘；淺海灣區(qū)分布有多個(gè)礁石群，區(qū)內(nèi)分布有大片的礁盤(pán)、暗礁。

2.2.2 工程泥沙

本碼頭區(qū)附近沉積物為中粗砂為主，泥沙主要來(lái)源于沿岸低丘基巖、水下礁石侵蝕物質(zhì)。 岸坡平緩，岸線基本穩(wěn)定。 本碼頭區(qū)形成后，對(duì)外圍波浪起到了掩護(hù)作用，阻斷了泥沙來(lái)源。 含沙水體從口門(mén)帶入港池的泥沙較少，全年回淤率較低，淤?gòu)?qiáng)較小，陸源沉積物來(lái)源少，從宏觀沖淤機(jī)理分析，本碼頭區(qū)形成后全年的泥沙回淤較少。

2.3 地質(zhì)

根據(jù)鉆探揭露， 場(chǎng)地內(nèi)巖土層主要由淤泥、礫砂、殘積粘性土及全風(fēng)化、散體狀強(qiáng)風(fēng)化、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化和中微風(fēng)化花崗巖等組成。

2.4 地震

本工程抗震設(shè)防烈度：8 級(jí)。

3 結(jié)構(gòu)方案

3.1 結(jié)構(gòu)選型原則

結(jié)構(gòu)選型原則如下：（1）滿足使用和設(shè)計(jì)荷載的要求；（2）結(jié)構(gòu)方案具有技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，適應(yīng)所在地的施工條件；（3）結(jié)構(gòu)能較好地適應(yīng)工程地質(zhì)條件，滿足碼頭整體穩(wěn)定要求；（4）碼頭主體結(jié)構(gòu)的使用年限為50 年。

3.2 結(jié)構(gòu)選型

碼頭結(jié)構(gòu)型式的選擇應(yīng)充分考慮工程建設(shè)條件，其中地質(zhì)條件的影響占重要比重。 根據(jù)地質(zhì)報(bào)告揭示，擬建工程處的覆蓋土層主要以淤泥、殘積粘性土和砂為主，其下為風(fēng)化巖層，其埋深較淺，通過(guò)少量的基槽開(kāi)挖，即可達(dá)到風(fēng)化巖層，是理想的重力式碼頭建設(shè)條件，因此水工建筑物采用重力式碼頭結(jié)構(gòu)是合適的。 而且本工程附近已建、在建的碼頭多為重力式結(jié)構(gòu)，這為本工程的實(shí)施提供了豐富的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。 另一種常見(jiàn)的碼頭結(jié)構(gòu)型式——高樁梁板式結(jié)構(gòu)在本工程應(yīng)用有明顯的劣勢(shì)，需大量采用嵌巖樁技術(shù)，施工難度大、費(fèi)用高，結(jié)構(gòu)耐久性差，碼頭接岸結(jié)構(gòu)代價(jià)大，因此，本工程采用高樁結(jié)構(gòu)是不合適的。

常見(jiàn)的重力式結(jié)構(gòu)型式有方形沉箱、 圓形沉箱、方塊及扶壁結(jié)構(gòu)。 方形沉箱主要用于岸壁式碼頭，目前得到最廣泛應(yīng)用；圓形沉箱結(jié)構(gòu)主要用于透空式無(wú)掩護(hù)碼頭；方塊主要用于小碼頭；扶壁一般用在內(nèi)河或掩護(hù)條件較好的地區(qū)，主要應(yīng)用于中小型碼頭。 圓形沉箱結(jié)構(gòu)主要用于透空式無(wú)掩護(hù)大型深水碼頭，施工難度大、費(fèi)用高，本工程不宜選用。 綜合考慮，該工程擬定3 個(gè)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比選，即：沉箱、方塊、扶壁結(jié)構(gòu)。

3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.3.1 方案一：沉箱結(jié)構(gòu)

碼頭主體采用不帶卸荷板的重力式沉箱結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為5～50 kg 拋石基床，地基持力層為中微風(fēng)化花崗巖，拋石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放鋼筋混凝土沉箱，本方案只有1 種沉箱：沉箱長(zhǎng)×寬×高=3.95 m×6.1 m×9.5 m，前后趾均長(zhǎng)1.2 m，單個(gè)沉箱重約198 t，共需沉箱45 個(gè)；沉箱內(nèi)先填中粗砂，然后鋪設(shè)0.5 m 厚的級(jí)配碎石墊層和0.3 m 厚的C25 砼墊層，沉箱上現(xiàn)澆C40 砼胸墻，胸墻嵌入沉箱0.4 m；沉箱后側(cè)拋填10～100 kg 拋石棱體，拋石棱體后設(shè)倒濾層后回填海砂。碼頭面層均采用現(xiàn)澆C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石穩(wěn)定層厚350 mm、級(jí)配碎石墊層厚150 mm。 碼頭附屬設(shè)施包括DA400 橡膠護(hù)舷、450KN 系船柱、DA-A300H 橡膠舷梯等。碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖如圖2 所示。

3.3.2 方案二：方塊結(jié)構(gòu)

碼頭主體采用重力式方塊結(jié)構(gòu)， 基礎(chǔ)為5～50 kg拋石基床，地基持力層為中微風(fēng)化花崗巖，拋石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放3 層實(shí)心方塊，最大方塊尺寸為長(zhǎng)×寬×高=7.0 m×4.0 m×2.8 m，單塊實(shí)心方塊與卸荷板的重量均控制在200 t 以內(nèi)；實(shí)心方塊頂安放C40 卸荷板，卸荷板尺寸為長(zhǎng)×寬×高=10.0 m×4.0 m×2.0 m；共需實(shí)心方塊與卸荷板198 塊。卸荷板上現(xiàn)澆C40 砼胸墻，方塊后側(cè)拋填10～100 kg 拋石棱體，拋石棱體后設(shè)倒濾層后回填海砂。 碼頭面層采用現(xiàn)澆C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石穩(wěn)定層厚350 mm、級(jí)配碎石墊層厚150 mm；碼頭附屬設(shè)施包括DA400 橡膠護(hù)舷、450KN系船柱、DA-A300H 橡膠舷梯等。 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖如圖3 所示。

圖3 方塊斷面圖

3.3.3 方案三：扶壁結(jié)構(gòu)

碼頭主體采用重力式雙肋板扶壁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)為5～50 kg 拋石基床，地基持力層為中微風(fēng)化花崗巖，拋石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放鋼筋混凝土扶壁，扶壁長(zhǎng)×寬×高=4.95 m×8 m×12 m，趾板長(zhǎng)1.0 m、厚0.4 m，尾板長(zhǎng)2 m、厚0.45 m，內(nèi)底板厚0.45 m，立板厚0.35 m，單個(gè)扶壁重約193 t，共需扶壁40 塊。扶壁后側(cè)拋填10～100 kg 拋石棱體，拋石棱體后設(shè)倒濾層后回填海砂，扶壁頂鋪設(shè)0.5 m 厚的級(jí)配碎石墊層和0.3 m 厚的C25 砼墊層，然后現(xiàn)澆C40 砼胸墻，胸墻嵌入扶壁0.1 m；碼頭面層均采用現(xiàn)澆C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石穩(wěn)定層厚350 mm、級(jí)配碎石墊層厚150 mm。 碼頭附屬設(shè)施包括DA400 橡膠護(hù)舷、450KN 系船柱、DA-A300H 橡膠舷梯等。碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖如圖4 所示。 預(yù)制扶壁結(jié)構(gòu)立體示意圖如圖5 所示。

圖4 扶壁斷面圖

圖5 預(yù)制扶壁結(jié)構(gòu)立體示意圖

3.4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

3.4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)

結(jié)構(gòu)計(jì)算依據(jù)如下：（1）碼頭結(jié)構(gòu)按照《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS167-2-2009）[1]中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算；（2）荷載按照《港口工程荷載規(guī)范》（JTS144-1-2010）[2]中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算；（3）波浪力的標(biāo)準(zhǔn)值按照《海港水文規(guī)范》（JTJ213-98）[3]中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算；（4）地震作用效應(yīng)按照《水運(yùn)工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ225-98）[4]中的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。

3.4.2 計(jì)算內(nèi)容

按照規(guī)范中的規(guī)定，對(duì)碼頭主體結(jié)構(gòu)的抗傾、抗滑、基床應(yīng)力、地基承載力及整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算。

3.4.3 計(jì)算方法

本工程碼頭主體結(jié)構(gòu)根據(jù)《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS167-2-2009）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，采用經(jīng)過(guò)交通運(yùn)輸部審查通過(guò)的豐海技術(shù)咨詢服務(wù)（上海）有限公司開(kāi)發(fā)的豐海港口工程ZMJS 重力式計(jì)算系統(tǒng)軟件進(jìn)行核算。

3.4.4 計(jì)算結(jié)果

結(jié)構(gòu)方案一、二、三計(jì)算結(jié)果如表2～4 所示。 經(jīng)計(jì)算，碼頭水工結(jié)構(gòu)3 個(gè)方案均滿足規(guī)范要求。

3.5 方案比選

3 種方案從結(jié)構(gòu)安全上來(lái)說(shuō)均可行，主要優(yōu)缺點(diǎn)如表5 所示。 方塊碼頭從技術(shù)角度看可以成立，但由于預(yù)制件數(shù)量較大，砼用量大，造價(jià)較高，不能滿足快速形成碼頭的需要，不能一次出水，本工程不宜選用。 扶壁結(jié)構(gòu)具有預(yù)制數(shù)量最少，胸墻底標(biāo)高較高，工程造價(jià)最低，且由于1#、2# 泊位的掩護(hù)，工程處波浪較小，能滿足施工期穩(wěn)定，故該工程最終選用了扶壁結(jié)構(gòu)。

表5 結(jié)構(gòu)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)缺點(diǎn)比較

4 扶壁施工主要注意事項(xiàng)

扶壁施工主要注意事項(xiàng)如下：（1）扶壁預(yù)制可以采用立制和臥制， 臥制時(shí)混凝土澆筑容易保證質(zhì)量，但運(yùn)輸安裝時(shí)需要空中翻身，會(huì)給施工帶來(lái)很大困難，故本工程扶壁預(yù)制建議采用立制方式；（2）扶壁采用陸上預(yù)制，砼強(qiáng)度達(dá)到100%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，方可吊運(yùn)；（3）扶壁形狀不規(guī)則，穩(wěn)定性差，吊運(yùn)過(guò)程要遵守對(duì)稱均勻的原則， 確保調(diào)運(yùn)過(guò)程中的安全；（4）扶壁應(yīng)選在波高小于1 m 以內(nèi)的天氣安放，安放時(shí)不得在扶壁底部局部加墊調(diào)整誤差；（5）扶壁安放后應(yīng)立即回填塊石，回填過(guò)程中應(yīng)避免破壞扶壁結(jié)構(gòu)，保證扶壁不產(chǎn)生位移和傾斜；（6）扶壁安放后應(yīng)及時(shí)澆筑上部胸墻，以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性。

5 扶壁結(jié)構(gòu)運(yùn)用效果

本工程施工過(guò)程中， 施工單位嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，扶壁預(yù)制質(zhì)量較好，運(yùn)輸安裝過(guò)程中未發(fā)生扶壁傾覆等現(xiàn)象，整體施工質(zhì)量較好。 本工程已投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)多年，碼頭主體結(jié)構(gòu)位移、沉降均小，目前使用情況良好，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6 結(jié)論

本文根據(jù)工程處地質(zhì)、水文等條件，最終確定本工程碼頭主體結(jié)構(gòu)采用重力式方案較為合適。 通過(guò)沉箱、方塊、扶壁3 個(gè)結(jié)構(gòu)方案的比選，綜合施工、造價(jià)、掩護(hù)條件等多種因素，最終選用了扶壁結(jié)構(gòu)，不但降低了工程造價(jià)，而且縮短了施工工期。 扶壁結(jié)構(gòu)在本工程的運(yùn)用，可為今后類似項(xiàng)目提供一定的借鑒。