通州湾一、二港池码头结构选型分析

杨旭东，崔 磊

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

通州湾一、二港池码头结构选型分析

杨旭东，崔 磊

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

通过分析通州湾一、二港池工程建设边界条件、地区建港经验、自然条件、工程造价、运营和使用安全等条件，对码头和接岸结构形式进行论证比选。认为：港池内2万吨级以上码头不宜采用重力式结构；卸荷式或遮帘式等新型板桩码头结构的工程建设和维护成本也相对较高。推荐采用高桩梁板结构，施工便捷，建设成本低，前沿泊稳条件好，维护水深方便，是最适宜一、二港池的码头结构形式。

高桩码头；板桩码头；结构选型

1 工程概况

南通港通州湾港区是南通市计划近期重点开发建设的沿海港区。根据港区总体规划[1]，港区分为南北两部分，其中南部港区一、二港池主要建设2万~5万吨级泊位。

2 自然条件

2.1 水文条件

1）潮汐性质及潮型

工程区潮汐性质属正规半日潮，工程区设计水位如下：

设计高水位5.86 m（高潮累积频率10%）；设计低水位0.47 m（低潮累积频率90%）；极端高水位8.13 m（50 a一遇高水位）；极端低水位-0.53 m（50 a一遇低水位）。

2）波浪

本海区冬季以偏北方向波浪为主，夏季以偏东南向浪为主。港池不同位置高水位的代表设计波要素见表1。

表1 港池SE向设计波要素Table 1 Design wave factors from SE in the basin

3）潮流

小庙洪尾水道中各测点水流均以往复流为主。小庙洪水道大潮涨潮测点最大流速139 cm/s，流向292毅；落潮测点最大流速129 cm/s，流向118毅[2]。

2.2 地形地质

拟建工程区水下地形较平坦，泥面标高一般为+1.2耀+4.2 m，呈现西高东低、北低南高的趋势[3]。勘察[4]揭露的土层主要为第四纪全新世和晚更新世的松散堆积层。拟建区域地基土划分为5个大地质层，表部广泛分布有域3灰黄耀灰色粉细砂层，厚度为5.0耀15 m，该层与后期吹填土经适当的地基处理后能组成工程性质良好的复合地基土层。其下部普遍发育的 芋1灰色淤泥质粉质黏土夹粉砂层，呈流塑状，厚度一般为4.0耀12 m，属高含水量、高压缩性土层，工程地质性质差，为拟建围垦区的主要压缩土层。而芋2灰色粉细砂层，工程性质相对较好。下卧V1灰色粉质黏土夹粉砂。由于芋层（包括芋1与芋2层）分布的不稳定性易对拟建构筑物造成不均匀沉降，为满足后期拟建构筑物对地基土强度及变形要求，应采取必要的地基处理措施。

3 主要设计条件及各类码头结构适应性分析

3.1 相关主要设计条件

根据通州湾港区起步工程的总体建设进度安排[5]和投资回报的合理性分析，围垦工程（包括边界围堤）先于码头实施：1）鉴于工程区域独特的滩地潮流条件，必须先建围堤固沙保滩。2）自然滩面较高，围堤造价较低；当围堤建好、部分区域成陆后、航道和港池也具备了一定的施工条件，在后方道路堆场及配套建设的同时进行码头建设，可以基本做到同步完工、及时投产、发挥最佳整体经济效应。

建筑场地类别为IV类，属于软土地基，工程周边区域以高桩梁板式码头结构为主，但工程区表层普遍分布有一定厚度的粉细砂、地基条件较周边地区相对较好，为本工程新型板桩结构形式的选择提供了可能。若经论证能成功采用板桩或重力式结构等满堂式码头布置形式，将有利于码头前沿区域的高效使用、有利于港池U形布置边界限定下的水陆域平面布局优化。

3.2 结构初步筛选

3.2.1 高桩梁板结构

高桩梁板结构对软弱地基适应性强、自重较轻，对高水位差条件下的总平面布局、设计船型、装卸工艺等使用要求适应性强；施工组织方便。本文仅考虑采用引桥接岸的布置形式进行重点对比分析研究（根据相邻地区的建设经验，采用满堂式布置的高桩梁板码头，每延米码头造价一般都不小于60万元）。

3.2.2 板桩码头结构

由于本工程现有天然泥面较高、表层土质较好、主要软弱土层主要分布为上部夹层，有条件在前期通过一定地基加固措施改善板桩墙后软弱土体、减少墙后土压力，板桩码头结构在本地区也存在一定的技术可行性。经计算，多锚板桩等其他传统板桩结构在2万吨级以上码头应用的可行性较低，本文重点考虑卸荷式和遮帘式两种新型板桩码头结构的对比研究。

3.2.3 重力式码头结构

本工程场地浅表部发育一定厚度的软弱土夹层，工程地质性质较差。重力式结构自重、门机等竖向荷载较大，持力层较难满足要求。若进行深层地基加固，或采用高基床，工程造价又将大幅提高。2万吨级以上的重力式码头结构在本工程区域应用的可行性较低。

3.3 结构初筛结论

本文不考虑在工程典型区段采用重力式码头等结构形式，仅以5万吨级码头为例，重点对高桩结构和板桩结构进行分析对比论证。

4 码头结构方案

4.1 方案论述

4.1.1 高桩梁板方案

码头面顶标高8.63 m，码头前沿设计泥面标高-13.5 m。码头宽度28 m，排架间距8 m，桩基采用7根准1 000 mm PHC桩。上部结构为现浇横梁、预制纵梁和叠合面板连成整体。

拟每120 m的岸线布置1座引桥连接码头与驳岸。引桥宽12 m，长102 m，为高桩板梁结构，标准排架间距为18.5 m。桩基采用3根准1 000 mm PHC桩。断面图见图1。

4.1.2 卸荷式板桩方案

码头面顶标高8.63 m，码头前沿设计泥面标高-13.5 m。前墙为1.3 m厚地连墙，墙底标高为-32 m，墙顶标高2.73 m，其上为钢筋混凝土胸墙。前墙后设置桩基卸荷承台，承担其上的土重、轨道荷载和码头面均载，并对前墙起到卸荷作用，减小作用在前墙上的土压力。承台布置3排准1 200 mm灌注桩。距前墙约60 m处布置锚碇墙，锚碇墙为1 m厚地连墙。胸墙和锚碇墙通过准90高强度钢拉杆连接，拉杆间距为2 m。

图1 高桩码头断面Fig.1 Section of the high-pile wharf

前墙至锚锭墙前范围的软弱土夹层采用塑料排水板+真空预压的方式进行加固处理，加固深度约为20 m，加固宽度约为70 m。为防止墙后填土受波浪淘蚀，前墙分缝间的空隙处加注旋喷桩。断面图见图2。

4.1.3 遮帘式板桩方案

码头面顶标高8.63 m，码头前沿设计泥面标高-13.5 m。前墙采用1.3 m厚地连墙，墙底标高约-29.3 m，墙顶标高约2.7 m，其上为钢筋混凝土胸墙。前墙后方设置“遮帘桩”，使其承担大部分因土体自重、轨道荷载和码头面均载等荷载产生的土压力，起到对前墙的“遮挡”作用。遮帘桩采用矩形截面，截面尺寸为2 000 mm伊1 000 mm，桩距为2 m。在距前墙约55 m处布置锚碇墙，锚碇墙为1 m厚地连墙。胸墙和锚碇墙之间通过准90高强度钢拉杆连接，拉杆间距为2 m。断面图见图3。

前墙后至锚锭墙前范围的软弱土夹层采用塑料排水板+真空预压的方式进行加固处理，加固深度约为20 m，加固宽度约为65 m。为防止墙后填土受波浪淘蚀，前墙分缝间空隙处加注旋喷桩。

4.2 主要计算分析方法及成果

4.2.1 计算方法

1）高桩码头横向排架假定为平面问题分析，计算图式为桩上端与横梁固接，下端与地基土固接。板桩码头均按照JTS 167-3—2009《板桩码头设计与施工规范》[6]规定进行计算，遮帘式板桩码头采用有限元方法进行计算。

2）岸坡稳定验算：采用圆弧滑动简单条分法计算。粉砂

图2 卸荷式板桩码头断面Fig.2 Section of unloading sheet-pile wharf

图3 遮帘式板桩码头断面Fig.3 Section of covered sheet-pile wharf

4.2.2 设计荷载

本次研究考虑的主要设计荷载有建筑物自重、均布荷载、25 t门机荷载、水平运输机械荷载、船舶荷载、波浪水流力、地震荷载等。

4.2.3 计算成果

1）岸坡稳定计算成果

选取钻孔B23计算断面，高桩梁板结构及板桩结构岸坡稳定最小抗力分项系数均大于1.2，满足岸坡整体稳定要求。

2）主要结构计算结果

3种结构形式主要构件计算结果见表2~表4。

表2 高桩码头及引桥主要构件计算结果表Table 2 Calculation results of the main component forces of the high-pile wharf and approach bridge

表3 卸荷式板桩码头主要构件计算结果表Table 3 Calculation results of the main component of unloading sheet-pile wharf

表4 遮帘式板桩结构主要构件计算结果表Table 4 Calculation results of the main component of covered sheet-pile structure

4.3 造价对比分析

经对比，应用新型板桩码头结构的工程造价比高桩码头高。主要原因是：1）工程区地基条件与北方应用新型板桩结构的地区相比较差，分布不均的软土夹层使挡土结构承受土压力较大，致使地连墙较厚、桩基较粗，板桩码头造价大幅提高。2）工程区潮差大，挡土高度大（本地区5万吨级码头的挡土高度超过22 m，大于北方地区10万~15万吨级码头的挡土高度）；为了适应潮差变化的使用要求，上部结构高度和造价均大幅增加。

5 结构方案综合比选

不同结构方案的主要优缺点见表5。

表5 不同类型码头结构方案（5万吨级）比较表Table 5 Comparison of different wharf structure types of 50 000 tons

6 结语

1）港池内2万吨级以上码头不宜采用重力式结构；

2）卸荷式或遮帘式等板桩码头结构的工程建设和维护成本较高，耐久性较差；

3）推荐采用的高桩梁板结构，其施工便捷、建设成本低，前沿泊稳条件好、维护水深方便，是最适宜一、二港池的码头结构形式。

[1] 交通运输部规划研究院.南通港通州湾港区总体规划方案[R].北京：交通运输部规划研究院，2014.

Transport Planning and Research Institute,Ministry of Transport, China.General planning scheme of Tongzhou Bay harbor district of Nantong Port[R].Beijing:TransportPlanning and Research Institute,Ministry of Transport,China,2014.

[2]中交第三航务工程勘察设计院有限公司水动力研究中心.通州湾港区起步工程平面方案潮流数值模拟研究[R].上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司水动力研究中心，2015.

Hydrodynamic Research Center of CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Tidal current numerical simulation research on the plan原ning program of the initial project in Tongzhou Bay port area[R]. Shanghai:Hydrodynamic Research Center of CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,2015.

[3]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.南通港通州湾港区起步阶段临时建材码头地形测量[R].上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2014.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Topographic survey for the material wharf of the initial stage in Tongzhou Bay port area, Nantong[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd., 2014.

[4]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.通州湾港区二期吹填造地工程岩土工程勘察报告[R].上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2014.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Engineering geological investigation report on the second stage project of reclamation by pumping filling of Tongzhou Bay port area[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,2014.

[5]中交第三航务工程勘察设计院有限公司.通州湾腰沙围垦一期工程工程可行性研究报告[R].上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2014.

CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.Feasibility study report on the first stage project of Yaosha reclamation of Tongzhou Bay port area[R].Shanghai:CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd., 2014.

[6]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 sheet pile[S].

如何编写题名

题名编写要点:

题名是一篇论文的总题目，是能反映论文中特定内容的恰当、简明的词语的逻辑组合。题名应能准确无误地表达论文的中心内容和重要论点，使读者能从题名中了解到该文所要研究的核心内容和主要观点。当确有必要补充说明题名的特定内容时，可使用副题名作进一步的具体说明。

题名编写注意事项：

1）应高度概括论文中的重要内容，避免使用含义笼统及一般化的词语。

2）使用适当的词语进行恰如其分地表述，避免使用不得体的华丽辞藻，或过高过低的程度用语。

3）用词要简洁明朗，避免使用繁琐冗长的形容词和不必要的虚词。

4）用语用词要规范严谨，不得使用非公知公用、同行不熟悉的外来语、缩写词、符号、代号和商品名称，不出现数学式和化学式。

5）题名中尽可能不用或少用点号。

6）中文题名一般不宜超过20个汉字，英文题名应与中文题名含义一致，一般以不超过10个实词为宜。

示例：

《大体积混凝土施工技术》。此题名明显过于泛指和笼统，从文章内容可知，该文实际上是讨论大体积混凝土施工过程中产生裂缝的原因和控制裂缝的措施及方法，因此，应将题名改为《大体积混凝土裂缝控制施工工艺》。

Analysis on wharf structure type selection of the first and second basin in Tongzhou Bay

YANG Xu-dong,CUI Lei
（CCCC Third Harbor Consultants Co.,Ltd.,Shanghai 200032,China）

By analyzing the boundary construction conditions,area construction experiences,natural conditions,project costs, operations management and use safety of the first and second basin in Tongzhou Bay,we compared and selected the types of wharf and shore-connecting structure.This paper concludes that gravity quay type cannot be used when berthing grade is over 20 000 tons,The construction and maintenance cost of the new type of sheet-pile wharf structure,such as unloading or covered type,are relatively high.It is recommended that the high-pile beam-slab structure has the advantages of convenient construction,low construction cost,good berthing conditions and convenient maintenance of water depth.It is the most suitable for the wharf structure type of the first and second basin.

high-pile wharf;sheet-pile wharf;structure form selection

U656.11

A

2095-7874（2017）04-0044-06

10.7640/zggwjs201704011

2017-02-27

2017-03-18

杨旭东（1975— ），男，湖南邵东人，高级工程师，港口与航道工程专业。E-mail：ysyangxd@theidi.com