煤灰渣出运码头柔性靠船桩簇设计

胡雄飞，张帆，崔高领

（南海工程设计院，广东 湛江 524001）

柔性靠船桩是一种基本的靠船水工建筑物，其功能是在码头前沿直接承受船舶的撞击荷载。利用柔性靠船桩的变形和护舷的变形来吸收船舶的撞击能量。根据结构形式的不同，柔性靠船桩可以分为单桩、双桩与多桩：①单桩柔性靠船桩，在受撞击过程中变形较大；②由多根桩组成的柔性靠船桩簇，在受撞击的过程中，变形较小。用于装卸码头前沿靠泊水工建筑物，更宜采用柔性靠船桩簇，其变形小，泊稳条件优良，且可为船只在码头前沿提供一个小型工作平台。本文通过对某煤灰渣出运码头工程采用的结构进行分析和论述，为中小型柔性靠船桩码头结构设计和施工应用提供参考。

1 工程概况

1.1 工程规模

某煤灰渣出运码头位于湛江市港湾内，为引桥输送带式码头，码头设一个3000t级干散货船泊位，停泊水域总长99.8m，宽度为24.0m，码头前沿顶高程为6.50m，前沿底高程为-4.00m。

1.2 设计水位

本工程高程系采用当地理论最低潮面起算。

极端高水位：6.43m 设计高水位：4.10m

设计低水位：0.43m 极端低水位：-0.56m

1.3 工程地质

根据《工程勘察报告》，场地地基岩、土层的分布及其物理力学性质自上而下共有六种土层，依次为：

1.3.1 新近人工填土层（Q4ml）——

素填土：为老填土，均匀性较差。以浅灰色为主，湿～饱和，松散。主要由煤灰组成，层厚6.00～7.50m。

1.3.2 第四系全新统海积层（Q4m）——

淤泥：黑、灰黑色，饱和，流塑。具微臭味，局部含较多砂粒及少量腐殖质。该层各孔段均有分布，层厚0.90～6.70m，层顶埋深0.00～7.50m。

1.3.3 第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层（Q1zmc）——

粉质黏土：灰黄、浅黄色，湿，可塑。主要由粉黏粒组成，黏性总体较好，局部夹薄层状中砂。该层各孔段均有分布，层厚0.60～5.40m，层顶埋深0.90～13.00m。

粉质黏土：浅灰白、浅灰黄、浅红等色，湿～稍湿，可塑硬塑。主要由粉黏粒组成，黏性总体较强，局部含较多砂粒。层厚3.40～5.60m，层顶埋深3.50～5.90m。

中砂：黄红、褐黄、黄等色，饱和，稍密～中密。颗粒级配总体较好，局部过渡为粗砂或夹薄层状粉质黏土。该层各孔段均有分布，层厚1.30～10.40m，层顶埋深4.00～16.20m。

粉质黏土：浅灰白色为主，局部杂浅红、浅灰黄等色，稍湿，硬塑。主要由粉黏粒组成，局部含较多砂粒。该层各孔均有分布且均未揭穿，揭露厚度1.20～14.90m，层顶埋深10.10～19.00m。

2 平面布置

平面布置应保证船舶在码头前沿靠泊、装卸时具有安全平稳的条件，除此之外还需控制造价、方便施工以及后期使用及维护。

本工程布置方案如下：

共设置2座墩台，2座系船块体，以输送带为中心线呈对称式布置。两靠船墩间距为20.7m，布置于码头前沿一线，两系船块体间距190.0m，布置于输送带栈桥后方护岸上，距码头前沿约80m（如图1、图2、图3）。

图1 总平面布置图

图2 码头平面图

图3 码头立面图

3 靠船墩的结构设计方案

本工程共设计了2个靠船墩结构方案进行比选，具体的方案如下：

方案一：PHC管桩高桩混凝土墩台。混凝土墩台顶标高6.00m，长为5.00m，宽为4.00m，靠船构件底标高为3.00m，墩台采用C35混凝土浇筑。共使用4根PHC管桩，桩径为700mm，横向间距1.8m，纵向间距2.7m，管桩顶标高5.00m，底标高-25.4m，长度为30.4m。护舷横向采用D200×200×1500L橡胶护舷，纵向采用D500×500×1500L橡胶护舷，系船柱采用250KN系船柱。（图4）

图4 结构方案一（PHC管桩高桩混凝土墩台）

方案二：柔性靠船桩墩台。靠船墩尺寸4.31×2.51m，墩顶标高6.00m。基桩采用5根外径710mm、壁厚16mm的钢管直桩。桩长26m，桩顶标高6.00m，桩底标高-20.00m。桩位布置：靠近码头第一排桩共2根，沿码头前沿线方向间距为1.8m；第二排桩共3根，垂直码头前沿线方向距离前一排桩为1.8m，沿码头前沿线方向间距为1.8m。总体5根桩呈五环布置。钢管桩桩与桩之间采用型号[18槽钢进行连接，连接方式除焊接外，关键部位采用塞焊技术进行加固。顶部钢板与下部基础连接采用焊接方式，关键部位采用塞焊技术进行加固。靠船墩台上方布置一组直径200mm钢管式双系船柱。橡胶护舷采用SA（DA-A）400H×1000L橡胶护舷（低反力型）。（图5、图6）

图5 结构方案二（柔性靠船桩墩台立面图）

图6 结构方案二（柔性靠船桩钢管桩连接平面图）

对2个结构方案进行比选，优缺点见表1。

表1 靠船墩的结构设计方案比选

本工程面临主要问题：要求在台风来临之前完成，时间紧，工程投资有限，施工机械进场不便。

综上所述，以上两个方案均可行，从两个方案的对比可以看出，柔性靠船桩墩台结构工程造价低、施工工期短、施工工艺成熟便捷、墩台自重小、更能适应地基变形对结构产生的不利影响，经综合比较，推荐采用柔性靠船桩墩台结构。

4 柔性靠船桩设计经验

钢材强度高，具有良好的可加工性。对于水运工程，钢结构的成熟设计，以及普及运用将越来越普遍化。下面就柔性靠船桩设计谈三点设计经验：

（1）柔性靠船桩整体性：靠船桩簇由五根钢管桩组成，呈五环布置。桩顶设置一块钢板平台，桩与桩之间使用了4组槽钢组合进行连接，连接方式为焊接。相邻每三桩之间形成等边三角形，使得靠船桩簇前两根桩所受荷载，较均匀传递给后方的钢管桩；靠船桩簇在使用时，受到船的撞击，会产生扭矩，一般工程中解决方案是安装抗扭臂，用以抵抗扭矩，以及提高局部刚度。本工程为了节约投资以及工期，采用焊接技术中的塞焊技术用来加强结构的整体连接性以及局部刚度。塞焊是焊接技术中成熟的技术工艺，板与板之间，板与槽钢之间，除了普通焊接外，再施以塞焊，可以达到类似在钢材间加螺栓的效果，且不影响局部钢材整体性。

（2）柔性靠船桩局部刚度：考虑到桩体在泥面附近内力较大，在沉桩前，在桩体泥面附近加设了1.5m长度的钢套筒，套筒采用螺栓连接，以此措施，增加靠船桩的局部刚度。

（3）橡胶护舷与桩身的连接：本工程靠泊的船舶吨位较小，且设计高低水位变化较大，不宜采用常见的鼓型橡胶护舷。同时考虑到靠船时撞击力较大，为提高整体性，本工程于靠船桩簇前两桩前加设一块钢板（图4），钢板通过普通焊接与塞焊与桩身以及槽钢连接，再在其上安装竖向SA（DA-A）型橡胶护舷，从而达到柔性靠船桩簇受力更为合理的效果，提高安全耐久性。

5 结语

本工程已完工三年，（图7为工程实物图片）目前试运行效果良好。柔性靠船桩结构具有结构受力明确，结构可靠，构造简单，造价低，施工速度快等优点。本煤灰渣出运码头在工期紧、资金有限的情况下，其成功建设为本项目可回收资源的开发，以及环境保护起到了非常关键的作用。除此之外，对于其他类似工程建设具有借鉴意义。

图7 工程竣工图