重力式混凝土方块码头设计的初探

赵国

摘 要：结合实际，探讨了重力式混凝土方块码头设计方案。

关键词：重力式；凝土方块码头；设计

重力式混凝土方块码头在北方港口被广泛地采用，某港有13个泊位，现有6个泊位是混凝土方块码头，部分正在大规模建设中的新港，也都选用重力式结构，而大多数也是混凝土方块码头。从方块码头的技术管理和长期使用中。经常发现码头的技术性能与使用功能有一定的矛盾，从而约束了港口的装卸生产，严重影响港口的经济效益和社会效益。本文试探通过设计的改革来解决这一问题。

1 混凝土方块码头现行的设计方法与步骤

1.1 提供设计的有关主要技术资料

（1）地质、地形资料；（2）水文、气象资料；（3）码头规模与用途等。

前两项为自然资料，是客观存在的数据，不随设计者的意愿而改变。而第三项是依据设计任务书的要求、规范的规定和码头的用途，由设计者来选择码头的设计水深、码头顶标高，以及堆货荷载等教据。堆货荷载是主要的设计荷载，在混凝土方块码头设计中，堆货荷载将转化为土压力，而成为码头的主要破坏力。因此，选择堆货荷载是一项十分重要的工作。

1.2 混凝土方块码头断面设计及计算步骤

设计者首先草拟码头断面，根据设计高水位、设计低水位及校核水位，分别进行各项稳定核算，其步骤是：

第一步，码头混凝土方块各层的倾覆与滑动稳定计算。

第二步，码头的基础稳定计算，校核地基与基础的承载能力以及地基的不均匀沉降计算。

第三步，码头整体稳定校核。

当以上三个步骤的计算结果和安全系数，都符合规范要求时，即完成了码头断面的设计计算工作。也就是可以正式确定码头的标准设计断面。

当前设计者在设计码头断面时，既考虑结构的安全度，更重视节约混凝土的用量，因此尽量压缩安全系数，使其值略大于或等于规范允许值为最佳。为此，产生一种观点，即要求码头的底宽与全高之比值愈小愈好，并以此作为考核码头设计质量的标准。

1.3 码头使用效能分析

码头的使用效能是用泊位通过能力衡量的，泊位通过能力主要由码头、库场，装卸机械、疏运情况等四项综合能力平衡后，来确定泊位的通过能力。

当港口为连续码头时，库场往往严重不足，某些港口每延长米码头只有60～70平方米库场面积，而全国每延长米码头平均拥有150平方米库场面积。因此，港口的库场通过能力，也就是码头泊位的综合通过能力。

某港4号泊位库场通过能力，通过核算可以提高一倍多，从某种意义上讲，也就是一个泊位可以发挥原来两个泊位的效能。该泊位为什么能够提高使用效能，关键的原因是码头断面有足够的安全系数，从而可以增大库场的堆存能力。

当码头改变用途后，如果码头断面就没有足够的安全度，从而限制了码头使用的通用性。如果设计时，码头断面略为加大，这样码头的安全度、耐久性以及使用的通用性都会得到很大改善。其它配套设施都围绕码头、配合码头进行装卸生产，如果码头能更大地发挥效能，配套设施才能更好地发挥效能，反之，如果码头中止生产，其它配套设施，例如港口铁路、公路，库场，装卸机城，辅助设施等，本身性能也不能发挥作用。因此码头的效能，在港口建设和设计时，应给予特别的注意。

在混凝土方块码头建设中，方块与基础棱体、回填土、护桩等相比，决定码头的功能，混凝土方块的大小是占第一位的，因为决定码头的承载能力，除了天然地基之外，方块稳定的安全系数是决定的因素。

码头断面设计，即混凝土方块大小的决定是码头能否扩大生产，能否提高使用年限，以及减少码头的维护费用，提高码头使用效率的关键。因此，适量加大码头断面，将符合港口的长远利益。因为在港口装卸实践中，它能发挥更大的经济效率和社会效益，而加大断面的投资，在总投资中所占比例并不大，增加的费用，如果与总效益相比，它是微不足道的。

2 方块码头设计改革的探索

为了码头的安全生产，曾对某港各码头的整体稳定性进行了分析，分析得知，该港口各码头其基础都坐落在亚粘土或粗砂之上，整体稳定性比较好。当堆货荷载为80～120kPa时，整体稳定也是安全的。如果再加堆货荷载，码头的整稳定性就得不到保证。而整体稳定性，主要是由地质的物理性能来决定，它是客观存在的，应说是一种资源，就象水深一样，我们应该充分利用它。

因此设想，以整体稳定能承受的最大荷载来作为码头断面的设计荷载。如果地基是岩石，它的承载能力超过120kPa，那么设计者在充分考虑远景发展的情况下，根据实际情况来确定合理的设计荷载。

当然，特殊专业化码头、也应该按实际情况来决定设计荷载。

混凝土方块码头断面设计其步骤可归纳为：

第一步，假定码头断面，通过电算探求地基能承受的最大堆货荷载，然后根据实际情况确定前沿荷载和前方堆场荷载。以该方法确定的荷载来进行码头断面的核算，而不是象目前以码头的用途，再根据荷载规范来选择设计荷载进行断面设计。

第二步，码头设计荷载确定后，进行码头结构的倾覆与滑动稳定核算。

第三步，进行码头基础的稳定计算，以及地基沉降计算。

当以上计算结果均符合规范要求之后，即已完成码头的断面计算工作，从而正式确定码头的标准断面。这样设计的码头断面，从长远观点而言，将是最经济的选择。

结束语

（1）随着海洋航运事业的发展，要求装卸效率愈快愈好，因此，装卸机械也愈来愈大，其自重也不断增加。随着货物不断地成组化，托盘化、集装箱化，装卸机械的大型化发展的趋势是不可避免的。货物堆存高度愈来愈高，堆场荷载愈来愈大也是不可避免的。因此，要求提高码头的承载能力，乃是明智的选择。

（2）当前码头设计，均依据设计任务书的要求，按计划的使用性质，选择设计荷载，进行结构设计。实际上，码头使用性能，特别是装卸工艺，经常随着客观条件而变化。一个码头要使用数十年，甚至一百多多年，我们的计划不可能预测如此长久。因此，不按码头用途来选定设计荷载是可行的、是求实的。

（3）码头设计时，充分使用地基的承载能力，也就是充分利用地质资原。我们要求大幅度提高前方堆场荷载，而前方堆场一般都在码头破裂线之外，该荷载对土压力影响是不大的。因此，要增加的码头断面也不会太大。何况，码头在港口设计中，占总投资一般不到30%，而码头混凝土断面在码头中投资仅占20%，因此，要增加的码头断面在港口建设总造价中，所占比例就微不足道。但是，它的经济效益却相当之大。

（4）混凝土方块码头的安全，主要是方块的稳定，加大混凝土方块断面，实际上就是增加了安全度，从而为港口建筑设备管理提供良好的条件，也将增加码头使用的耐久性。■