无锚板桩新型施工码头结构的设计与应用

张育林，冯先导，林红星，于　洋

（中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430012）

无锚板桩新型施工码头结构的设计与应用

张育林，冯先导，林红星，于洋*

（中交第二航务工程局有限公司，湖北武汉430012）

依托以色列阿什杜德港码头项目，在传统施工码头结构难以适用其施工环境的情况下，通过对传统码头结构形式的分析和研究，提出了一种适用于恶劣海况、无覆盖层、陆域狭窄的无锚板桩新型码头结构，有效解决了现场实际难题，快速完成了施工码头建设并推动了主体码头的施工进度。

新型施工码头；无锚板桩；支撑墩结构

结合以色列阿什杜德港码头项目特点，选择施工码头的结构形式。高桩码头难以适应其无覆盖层的地质条件、板桩码头难以适应其狭窄的水域、重力式抛石码头难以适应其恶劣的海况。所以，寻找一种适宜的新型码头结构是本项目施工码头顺利建成和保证主体码头施工进度的关键。

1　工程概况

1.1工程简介

码头项目位于以色列阿什杜德市地中海海域，施工码头位于既有护岸防波堤坡脚处，码头岸线长40 m，码头顶面高程为+2.5 m，前沿底高程为-4.5m。设计靠船等级为2 000 t方驳。

1.2工程特点

1）海况恶劣：季风期最大有效波高可达6m。

2）地质条件差：覆盖层为0～3 t块石。

3）陆域狭窄：根据水深及现场要求，陆域为20m左右。

4）水深适中：码头前沿水深4.5m左右。

5）潮位适中：大潮高潮位+0.38 m；平潮高潮位+0.18 m；平均海平面+0.00 m；平潮低潮位-0.12 m；大潮低潮位-0.22m。

2　结构选型

2.1高桩码头

高桩码头主要由钢管桩基础、梁部结构和面层结构组成[1]，该码头结构形式具有装配性强，施工速度快，稳定性好等优点，同时其透空结构还可有效规避强风浪条件下的反射波对船舶的作用。但其面层结构具有难以承受波托力作用的局限性，同时针对本项目施工环境，码头区域存在0～3 t块石覆盖层，清除块石工程量较大；部分桩基需穿透现有防波堤0～1 t块石，沉桩难度大；相对于板桩码头需增加材料150 t左右。

2.2板桩码头

板桩码头主要由前沿板桩、后排锚桩、锚杆及桩间填土组成[2]。相对于高桩码头，其具有块石清除量小，沉桩便利及经济性好等优势。但由于现场陆域狭窄，不适合设置锚桩和拉杆等锚锭结构，同时其具有施工复杂，且相对于无锚板桩码头其用钢量相对较多、块石清除量相对较大，经济性相对较差等缺点。

2.3重力式抛石码头

重力式抛石码头一般采用0～3 t块石抛填，3～5 t块石护岸。主要具有造价低，耐久性好，施工设备简单等优点。但本项目风浪条件差，最大有效波高可达6 m以上，抛石码头难以形成且形成后块石受强风浪冲刷将导致难以靠泊。

2.4无锚板桩码头

无锚板桩结构主要采用单排无锚钢板桩、钢板桩两侧采用钢管桩支撑墩，中间通过支撑梁传力，后方通过填土形成陆域。其相对传统施工码头结构可适应强风浪海况、无覆盖层地质和狭窄陆域等施工环境，同时还具有结构简单、受力清晰、施工便捷、经济性强、适用范围广等优点。

2.5结构确定

通过以上比选，无锚板桩码头既可规避强风浪条件下波托力的影响，又可避免既有防波堤坡脚处对沉桩的影响，还可大大减少块石覆盖层的清除量，同时其经济性相对最高，施工相对便捷。所以，以色列阿什杜德港码头项目采用无锚板桩码头结构作为施工码头结构。

3　结构设计

3.1设计思路

通过对传统码头结构形式的分析可知，传统板桩码头相对于高桩码头和重力式抛石码头更适用于本项目施工环境，但其具有难以适应狭窄陆域和施工复杂的局限性。进而对传统板桩码头结构进行深入研究：传统板桩码头主要由锚杆将前沿板桩和后排锚桩连成整体，然后进行桩间填土形成挡土墙，最后在墙后填土形成传统板桩码头。结合本项目实际情况，需主要解决传统板桩码头局限性的技术难题。

经多次论证和计算，提出了无锚板桩码头结构。其受力原理为：采用单排无锚板桩、桩间横梁和支撑墩形成挡土结构，在墙后填土形成无锚板桩码头结构。土压力通过无锚板桩和支撑梁最后传至支撑墩上。其整个挡土结构可根据所受土压力、波浪力等进行选型。同时因为是单排板桩结构且无需采用锚杆锚固，有效地解决了难以适应狭窄陆域和施工复杂的技术难题。

3.2结构形式

施工码头结构布置见图1。

图1　施工码头布置图Fig.1 Layout of construction w harf

施工码头主要由支撑墩、支撑梁、桩帽、顶梁、平联、钢板桩、墙后抛石等结构组成。

1）支撑墩：采用3根φ1 020 mm×12 mm螺旋焊钢管组合而成，通过顶梁焊接形成整体。

2）支撑梁：上层支撑梁采用2HN600×200型钢，位于临时码头顶部以下2 m处，下层支撑梁采用2HN600×200型钢，位于临时码头顶部以下5m处。

3）桩帽：桩帽采用组合钢板焊接而成。

4）顶梁：顶梁采用2HN600×200型钢，与桩帽焊接连接。

5）平联：平联采用φ426 mm×6 mm螺旋焊钢管，与钢管桩通过哈弗接头连接。

6）钢板桩：钢板桩采用AZ24-700型锁口钢板桩。

7）墙后抛石：墙后抛石主要采用0～3 t的块石作为基础、3～5 t的块石作为护面石，碎石作为面层。

3.3设计计算

1）模型建立

采用ANSYS有限元软件进行码头结构受力分析计算[3-4]，根据结构特点，采用BEAM188梁单元进行模拟，对钢板桩、支撑梁和支撑墩分别进行受力分析。钢板桩取单位宽度进行分析，计算模型简化为一端固结，一端简支的梁，采用弹簧单元模拟土壤和支撑梁对板桩的约束；支撑梁计算模型简化为两端简支梁，将板桩计算求得约束反力施加于支撑梁上；支撑墩计算模型简化为悬臂梁，荷载为作用于支撑梁上的约束反力。

2）计算结果

根据计算结果（见表1），该施工码头主要结构满足该施工条件下用于2 000 t方驳靠泊使用。

表1　施工码头主要结构计算结果Table 1 Calculationsofmain structuresof construction wharf

4　结构应用

4.1施工工艺

施工码头施工工序主要为：施工平台填筑→钢管桩施工→支撑梁施工→钢板桩施工→顶梁及平联安装→回填块石→附属设施安装。

施工设备主要为履带吊、液压振动锤、挖掘机、装载机等。施工工期约为15 d。

4.2应用效果

无锚板桩新型码头在施工和实际应用过程中表现较为出色。但仍存在以下不足：

1）底层支撑梁标高较低，现场焊接施工存在一定困难，需在风平浪静且水位较低情况下进行焊接作业。

2）使用过程中，与所有的直立式码头一样，涌浪在码头前板桩处反射波叠加明显，泊稳条件不如透空式码头好。

5　结语

通过对传统码头结构的深入研究到无锚板桩新型码头的设计与应用，表明：以色列阿什杜德港码头项目通过采用无锚板桩新型施工码头结构，有效地克服了现场诸多技术难题，并推动了主体码头的施工进度。

1）无锚板桩新型施工码头具有施工便捷、适用性强、安全经济等优点，在今后施工码头设计与使用中值得推广。

2）底层支撑梁难以焊接的技术难题可通过设计优化得到有效解决。

3）对传统码头结构所具有的局限性进行摒弃，同时提炼其精华，结合现场实际情况，从而实现了无锚板桩新型码头结构的成功应用。

[1]陈平，袁孟全.高桩码头位移原因分析及其预防措施[J].中国港湾建设，2006（6）：7-10. CHEN Ping,YUAN Meng-quan.Analysis of causes and precautionarymeasures against disp lacement of piled wharfs[J].China Harbour Engineering,2006(6):7-10.

[2]曹承滨.复杂地质条件的板桩码头应用[J].水运工程，2008（2）：45-49. CAO Cheng-bin,Complicated geological conditions of application of sheetpilewharf[J].Port&Waterway Engineering,2008(2):45-49.

[3]邱驹.港工建筑物[M].天津：天津大学出版社，2002. QIU Ju.Portengineering structure[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

[4]JTS 167-3—2009，板桩码头设计与施工规范[S]. JTS 167-3—2009，Code for design and construction for quay wall of sheetpile[S].

App lication and design of a new unanchored sheet pile structure

ZHANG Yu-lin, FENG Xian-dao, LIN Hong-xing, YU Yang*
（CCCCSecond HarbourEngineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei430012,China）

Based on Ashdod Port project in Israel,it was difficult to build a traditional working wharf structure in its construction conditions.Through the analysis and study of traditional wharf structures,a new and unanchored sheet pile wharf structurewas proposed,which can be used in harsh sea conditions and in areaswith no overburden and in narrow lands.With the use of the proposed structure,the construction problems on site were overcome,the wharfwas rapidly comp leted and the construction progressof themainwharfwasenhanced.

new temporary wharf;unanchored sheet pile;supporting pillar structure

U656.112

A

2095-7874（2016）06-0029-03

10.7640/zggw js201606007

2016-03-20

张育林（1972—），男，湖北武汉市人，工程师，工程管理专业。

于洋，E-mail：26975055@qq.com