试析超深基槽重力式码头结构选型和设计关键技术

张笑笑

摘 要：近年来，水运领域中重力式码头结构的应用率日益提高，港口建设企业对于超深基槽重力式码头结构的接受度也不断上升，该码头结构逐渐受到人们的青睐。为更好地设计超深基槽重力式码头结构并开展施工建设，应结合码头类型与施工工艺来完善建设，使其优势得以充分发挥。

关键词：精确延期 深孔 爆破技术

1.前言

就目前而言，重力式码头属于国内码头建设中常见的码头结构类型之一，其优点在于荷载承受力佳、抗冰性与抗冻性能良好，且结构牢固等，因此在各类港口建设中，能够较好地结合装卸工艺、地面集中荷载对于环境的要求与转变状况进行调节与适应。为更好地完善与设计超深基槽重力式码头在结构选型、施工阶段所使用到的重要技术，应对建设过程中的各类影响因素进行综合分析，从而确保重力式码头设计环节能有效贯彻落实。

2.超深基槽重力式码头设计重要技术

2.1基础特力层设计

作为超深基槽重力式码头中的重大结构，基础特力层对码头适应地形变化的能力、荷载承受力及对海水与地面作用力的承受水平等均有重大影响。设计师在对超深基槽重力式码头进行设计时，需要结合港口码头的使用荷载承受范围、工程的地质状况来落实与完善基础特力层的设计。

2.2基槽开挖设计

基槽开挖环节中的断面设计以及底部宽度设计工作两项内容，构成了超深基槽重力式码头的基槽开挖设计内容。断面设计需结合基槽应力扩散线的分布状况、有关基槽参数设计以及施工成本来明确底部宽度的实际数值。此环节中，所设计的基槽底部宽度应超过基床厚度与2倍码头墙体宽度之和，并且需要结合基槽扩散线参数随基床位移而发生的变化进行有关的调整与优化。值得注意的是，在基槽开挖时，通常应用直线结构（一字型）来对断面进行设计，各土层间产生互相交错的状态，并且断层高程一定的差异性，应结合抗力数值来明确基槽开挖边坡角度的具体数值。

2.3基槽抛石的设计

通常而言，在设计超深基槽重力式码头的基槽抛石时，面对基槽抛石较厚的状况，第一步就是要对基床底面之下的抛石体积和相应的地基体积实施交换施工作业，而在具体的设计内容方面，应适度进行调整，对基槽抛石进行划分，分为两层结构，即抛石换填层与抛石基床。该处理方式一方面能够确保土体性质与基槽内部整体承载能力发生一定的转变，另一方面有利于节约港口码头建设的成本，以获得更好的经济效益。重力式码头设计参数方面，设计潮位应用的是极端低水位、极端高水位、设计低水位以及设计高水位。设计波浪施工期通常为5至10年，重现期为50年。波高累积频率，结构稳定与强度为H1%，基床护底护肩块石稳定验算为H5%。在离泊风速方面，港内为22m/s。应注重结合拖轮、船舶、码头等相关因素来明确紧急离泊波高，通常情况下为1.5至2米。此外应结合船舶泊位掩护状况以及满载的排水量来确定船舶的法向靠岸速度。结合地质资料，选择地基物理学指标，针对回填材料与其他建筑材料涉及到的物理学指标，应借鉴我国港口工程的相关规范与标准来选择，需要时可运用检测的方式来明确。码头设计施工的几大参数包括码头总体布局参数，如码头面高程、码头前设计底标高等，此外码头荷载与工艺布置尺度同样也是关键参数。

3.超深基槽重力式码头案例分析

某码头作业区泊位工程属于重点配套项目，此项目的深水泊位为5个，岸线长度为1646m。

（1）结构方案的比选。从高桩离岸式与重力连片式这两种结构来进行技术与经济比选。前者可分成前桩台与后桩台，桩基由11根钢管桩组成，排架间距为10米，面板、轨道梁、纵梁、横梁以及桩帽构成了上部结构。码头平台由栈桥（95至150米）连接陆域，驳岸设置于陆域前方。

（2）结构选型及方案可行性分析（如表1）。其一，高桩式结构的造价比重力式结构低。通过比较分析，发现由于下部工程量较大（基槽开挖与抛石等），在竞标报价中，相对于钢筋混凝土工程，土石方工程的报价下浮空间大。在总投资方面，重力式结构土石方所占比重更高，其在施工投标期间下浮空间更大，故实际工程投资差距较小。其二，重力式结构的特点是超厚抛石与超深基槽，基槽开挖底的高程为-35至-51.5米，按照3.7米的平均潮位计算，基槽抛石厚度为23.5至40.0米，基槽开挖施工水深范围为38.6至55.1米。其三，重力式码头结构方案基槽开挖量为1229万平方米，基槽抛石与爆夯量为366万平方米，海沙回填量为380万平方米，基槽开挖与砂石用量较大，基槽挖方能够使用到陆域吹填造陆方面，可见选择重力式结构拥有较佳的砂石地材供应条件。

（3）设计涉及的关键技术。一是基础持力层设计。结合实际情况，该工程在选择土基持力层方面，将如下两项计算指标作为基础。其一是施工图设计选择的基础持力层为Ⅲ2粉质黏土与Ⅲ4中粗砂混粘性土层；其二是地基承载力抗力分项系数γR≥3.0，按照计算要求，Ⅲ粉质黏土层按保留厚度小于6米予以控制，对于厚度大的区域实施部分利用与部分开挖的方案。二是基槽开挖设计。基槽开挖底宽设计，此次工程基槽开挖底宽前边线依据抛石换填层1比1与抛石基床层1比1.5予以控制，后边线则依照1比0.5进行控制，每断面的开挖宽度能够减少14米左右，此外设计过程中还应计算并复核沉降量、地基承载能力、抗滑稳定性等指标。基槽开挖断面设计方面，由于持力层并非均匀分布，高程起伏大，土层间互相交错，基槽开挖底边线主要为高程控制，通常为一字型直线设计，基槽开挖所应用的是陡边坡设计，Ⅰ层为混合层，包含砂、淤泥质土与淤泥质土层，开挖坡度为1比3，Ⅱ～Ⅲ层则是砂与黏土、粉细砂的混合层，开挖坡度为1比2。因处在施工期临时开挖，故可适度放宽抗力分项系数γR的取值，基槽开挖设计平均超宽为2米，超深为1米。通过施工阶段的观测，证实技术水平与施工设施均符合精度要求。三是基槽抛石分层设计。按照规定，对于较厚的基槽抛石，位于基床底面之下的抛石体能够实施地基换填措施，将基槽抛石进行分类，分成抛石基床与抛石換填两层。此项工程共332万立方米的抛石换填量，由此表明基槽抛石设计具有一定的价值，同时对于节省投资成本具有积极的意义。抛石基床厚度设计，按照重力式的有关规定，结合地基承载能力与应力扩散等因素进行综合分析，计算得出基床抛石厚度为6米。基槽抛石夯实设计方面，基槽抛石的夯实应用分层爆夯法，依据小于或等于8米对爆夯分层厚度进行控制，对基床顶层进行爆夯之后，实施两遍重锤夯。根据设计的相应要求，施工控制按照平均夯沉量的15%开展。同时加大对后期沉降几率较大的地段的爆夯次数。就实际施工成果而言，平均夯沉量大于14.5%，并能够实现预期目标。

4.结语

在水运行业不断进步的今天，码头选址与施工环节中，超深基槽重力式码头结构的应用日益广泛，因具备结构形式丰富多变、地面荷载承受力大、结构耐久性良好等优势，其得到了更多的建设及施工单位的欢迎，实现更好的经济效益。

参考文献：

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