英标集装箱堆场铺面设计优化及工程实例

廖 源 袁静波

(中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230)

英标集装箱堆场铺面设计优化及工程实例

廖 源 袁静波

(中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230)

结合重箱堆场的受力特点，探讨了集装箱堆场铺面结构设计时需考虑的问题，介绍了其优化设计方案，并采用有限元法对优化方案进行了验算，从计算结果可以发现经优化后的重箱堆场铺面形式相对于连片式联锁块铺面更为经济。

集装箱堆场，铺面，优化，设计

0 引言

集装箱堆场是港口集装箱码头工程中的一个重要组成部分，所占工程总投资比例大，铺面设计方法较多，采用不同的规范标准造价差异较大。

对于我们熟悉的国标和英标，两种标准的铺面设计最大差异在于重箱堆场。根据经验，英标的连片式联锁块方案比国标的连片式联锁块方案造价要高得多。如何通过优化重箱堆场铺面结构，达到既保证质量满足使用要求，又能降低工程投资是本论文的主要研究目的。

1 项目概况

某集装箱码头岸线总长1 200 m，陆域面积61万m2，可靠泊10万t级集装箱船。

1.1 陆域形成

本项目采用吹填港池疏浚土形成陆域，吹填标高为+3.1 m，回填量约584.7万m3。陆域形成回填料为港池疏浚料的中粗砂，采用绞吸船直接吹填施工。

1.2 场地条件

工程所在区域主要土层为中粗砂及其他硬土层，仅在西南角上覆有邻近工程遗留的石头。根据地质条件的不同，将场区划分为A，B两个区域，分区采用不同的地基处理方法。A区采用振冲密实法[2]进行处理，面积约570 768 m2；B区采用强夯法[2]进行处理，面积16 684 m2。地基处理平面图见图1。

1.3 使用要求及背景

根据陆域平面布置(见图2)，本港区重箱堆场面积32万m2，重箱堆场堆箱方式为多列成组箱[1]，堆高6层重箱，20 ft与40 ft混合堆放。

对于常规的连片式联锁块铺面，虽然具有施工速度快、使用灵活、能适应集装箱不同的堆存方式等优点，但其造价高，投资大，经济性差。尤其采用英标的连片式联锁块方案造价更是高得多。随着海外项目不断增多，竞争日益加剧，为提高海外项目投标的竞争优势，需寻求一种既能满足使用要求又能降低工程投资，使得重箱堆场更为经济的铺面结构形式。

2 设计优化

2.1 优化思路

集装箱在重箱堆场采用定点堆放的堆箱方式，箱角区荷载大，箱间区荷载小。根据其受力特点，进行重箱堆场铺面设计时对箱角区与箱间区分别对待，即加强箱角区，简化箱间区(箱间区基层厚度减薄)的设计思路，结构形式为联锁块铺面型式箱角基础+箱间区联锁块铺面。采用这种方案，既能满足集装箱的堆放要求，又能达到降低造价的目的。但该方案存在以下难题：箱角处局部集中受力产生不均匀沉降可能出现集装箱“搁肚皮”的现象和缺乏成熟的计算模式。为此，本论文着重针对以上难题进一步研究此优化方案的可行性。

首先，从场地条件来看，本项目地基较好，主要土层为中粗砂及其他硬土层，给上部铺面结构提供了坚实的基础。尽管如此，为进一步减少由于局部集中受力可能带来的不均匀沉降，在经过振冲密实和强夯处理之后，对重箱堆场范围内铺面结构层底面以下1.5 m深度的回填砂(CBR≥8%)采用分层回填碾压(每次分层厚度不大于40 cm)的二次加强措施进行密实。提高重箱堆场基础承载力、基床强度以及压实度，减少由于地基的不均匀沉降对堆场上部结构的影响。

其次，对于联锁块铺面下的类条形基础，如果按弹性地基梁的模式进行计算，虽然计算方法成熟、受力明确，但未考虑联锁块的传荷作用偏保守。英国The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and other Industries[3](以下简称Heavy duty pavements)以弹性层状理论体系为基础，以基层层底拉应变作为有效控制约束条件，采用轴对称理想化有限元模型进行模拟分析，适用于连片式基层。而对于联锁块铺面型式箱角基础的结构形式，对结构本身来说，只要基层层底拉应变不超过材料弯拉强度即为安全的。但目前国际上尚缺乏成熟的计算方法，为此，参考英国Heavy duty pavements的设计原理，对不同宽度的箱角基础采用有限元方法进行验算，从中选取满足使用要求的条基宽度。该方法考虑了联锁块的传荷作用，比较符合实际状况。

2.2 优化方案

根据英国Heavy duty pavements对箱角区厚度进行计算，根据计算，箱角区所需厚度为62 cm的抗压强度为10 MPa的CBM(水泥稳定材料)。同时，结合本项目的集装箱堆放要求，重箱堆场考虑20 ft和40 ft集装箱混合堆放，每2个20 ft箱位置可堆放1个40 ft箱，在40 ft堆放时向一边偏心33 cm，如图3所示。

因此，箱角基础宽度暂按2 500 mm考虑。

另外，箱角基础之间区域不作为正常的交通通行使用，不允许任何交通车辆通行，仅允许行人通行，基层厚度减薄，取150 mm。考虑方便施工并兼顾工程投资，采用联锁块铺面型式箱角基础+箱间区联锁块铺面方案，铺面结构组成见表1。

表1 箱角基础+箱间区联锁块铺面结构组成表

重箱堆场铺面结构横断面图见图4。

2.3 采用有限元方法对优化方案进行验算

模型采用国际通用有限元软件PLAXIS 3D进行分析，集装箱箱角基础采用实体单元进行模拟赋予混凝土的属性，联锁块、条形基础间回填材料、碎石垫层以及下部回填砂均用实体单元进行模拟赋予各层土的属性，混凝土单元与土单元之间采用界面单元模拟，模型如图5所示。

集装箱箱角荷载按堆高6层重箱考虑，单箱为274.3 kN[1]，共6排箱。条形基础采用CBM3，弹性模量33 GPa，容重23 kN/m3，泊松比0.15(见图6，图7)。所对应材料CBM3R的强度按英国Heavy duty pavements推荐的TRL Report TRL615-Development of a more versatile approach to flexible and flexible composite pavement design[4]选取(见表2)。

表2 CBM性能表

分别对2 m，2.5 m两种不同宽度的条形基础进行试算，计算结果如表3所示。

表3 条形基础弯拉应力计算结果

从以上计算结果可看出，在未考虑集装箱荷载与材料分项系数的前提下，条基宽度取2.5 m、厚度为62 cm、基层材料为CBM3R时，条形基础层底荷载弯拉应力小于材料弯拉强度，满足要求。基层材料可选择CBM3R或相同强度的贫混凝土，施工时可根据经济性、施工难易程度综合进行选择。

3 结语

对于重箱堆场，结合箱角区作用荷载远比箱间区大的受力特点，进行铺面结构设计时，对箱角区和箱间区分别对待。经优化之后的重箱堆场铺面形式相对于连片式联锁块铺面更为经济，在满足使用要求的同时降低了工程造价，提高了海外项目投标的竞争优势。但对于地基条件较差、下卧软土层厚、残余沉降大的集装箱码头，不推荐此方案。此外，为从根本上解决集装箱“搁肚子”现象的发生，建议集装箱采用20 ft和40 ft分区堆放的方式，但由此带来的堆场利用率降低应如何解决，有待研究。

[1] JTS 144-1-2010，港口工程荷载规范[S].

[2] 《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3] John Knapton.The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and other Industries,EDITION 4,Published by Interpave,2007.

[4] TRL Report TRL615,Development of a more versatile approach to flexible and flexible composite pavement design,first published 2004.

Design optimization on pavement for container yard of British standard and engineering example

LIAO Yuan YUAN Jing-bo

(CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd,Guangzhou510230,China)

Combining with the stress features of heavy container yard, the article explores matters needing attention in designing container yard pavement structure, introduces its optimizing design scheme, and testifies the optimized scheme by applying finite element method. The calculation result shows that: the optimized heaving container yard pavement is more economic than the continuous interlocking block harbor block pavement.

container yard, paving, optimization, design

1009-6825(2014)11-0087-03

2014-02-04

廖 源(1981- )，男，工程师； 袁静波(1964- )，女，高级工程师

U291.51

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