浅谈沉箱防台验算

黄照容

摘 要：沉箱作为重力式码头的重要组成部分，其稳定性影响着码头的稳定。台风风浪是对沉箱抗滑稳定性的最大考验。本文从沉箱的波浪作用力、风压力等受力状况进行计算，同时考虑地基承载力，综合分析台风天气时期的沉箱抗滑、抗倾稳定性能。

关键词：沉箱 波浪作用力 风压力

1.工程概述

汕头港广澳港区二期工程地处达濠岛西南端广澳湾内，坐标北纬23°13，东经116°46。该地区属于亚热带海洋性气候，温暖，雨量充沛，光照充足但易受台风影响。台风可能导致沉箱间碰撞损坏或沉没，因此，需要对寄放在养生池的沉箱进行防台验算，确保沉箱寄存安全。

本工程共计58件沉箱，养生池的底部设计尺寸为115m×60m，计划存放5件/排×2排，共10件沉箱。施工水域的平均海平面：+1.40m，平均高潮位：+1.9m，年最高潮位：+2.75m，沉箱高度：19.25m，计算得沉箱浮游稳定吃水深度：12.93m，预留沉箱高出平均海平面3.5m。

养生池底标高：-14.35m，养生池布置在距离码头前沿线约150m的位置，长115m，宽60m，存放2排，每排5件共10件沉箱.

2.沉箱现场存放防台计算

存放地点地质要求为砂质土。钻孔资料显示，此处-14.7m～-15.1m范围是淤泥质土，若实际开挖土质为淤泥，则要求铺一层0.5m厚的疏浚砂或者碎石，沉箱存放处海底高程为-14.35m，地基承载能力达到10t/m2以上;沉箱存放长度方向为东西向。对比现场实际情况，沉箱主要受东南向风浪影响，防台验算以南向波浪及风压力计算。极端高水位：4.08m;设计高水位：2.03m;设计低水位：0.33m;波浪要素按50年一遇波浪+50年一遇极端高水位确定，根据汕头港广澳港区二期工程水工建筑物設计说明中表2.1.2-5《S向二期集装箱码头工程设计波要素》的H1%取值，波高H=5.46m，根据设计说明中表2.1.2-4，50年一遇波浪+50年一遇极端高水位的平均周期=9.8s，平均波长=118m，最大水深极端高水位时d=18.43m，设计低水位时d=14.68m，沉箱尺寸为：19.1×17.15×19.25m，台风期间打开进水阀门，箱内水面标高与潮水位平。沉箱顶标高+4.9m。

2.1 受力计算

2.1.1极端高水位波浪作用力

根据前文所述数据和《海港水文规范》8.1.3条计算直墙式建筑物上立波作用力。

（1）波浪中线超出静水面高度计算

hS=1.84m

（2）静水面以上高度hs+H处波浪压力强度为0

极端高水位+4.08m，波高5.46m，波峰时超过沉箱顶，故沉箱顶部波压力强度

Ph=47.56kN/m2

（3）水底处波压力强度计算

Pd=0.31kN/m2

（4）静水面处波浪压力强度

Ps=53.68kN/m2

（5）墙底处波浪压力强度

Pb=Pd=0.31kN/m2

（6）静水面以上和以下波浪压力强度均按直线分布

（7）单位长度墙身上总波浪力P的计算

《海港水文规范》8.1.5条规定，波浪越顶应减去越顶部分波浪力，故取沉箱高度19.25m计算

P=80.45kN/m2

（8）波浪单位长度墙底面上波浪浮托力

Pu=2.98kN/m

（9）单位长度上作用在计算面上的竖向合力标准值计算

G沉箱+G水=68164 kN>G浮，沉箱不会自浮

单位长度上作用在计算 面上的竖向合力（不计浮托力）：

Vk=907kN/m

（10）风压力计算

根据《港口工程荷载规范》11.0.1：

风荷载标准值：

Wk=1.52N/m2

单位长度墙面上风压力为：P风=1.25kN/m

（11）抗滑稳定性验算

根据《重力式码头设计与施工规范》进行验算

γ0γpP=98≤（γGVk-γuPu）f=542，故满足抗滑稳定性。

（12）抗倾稳定性验算

根据《重力式码头设计与施工规范》进行验算 γ0（γpMP1+γUMPU）=1309≤γGMvk=110762，故满足抗倾稳定性。

（13）地基承载力验算

σ max=7.76t/m2<10t/m2

σ min=4.58t/m2<10t/m2，满足地基承载力要求。

2.1.2设计低水位波浪作用力

根据前文所述数据以及无因次周期T*=T=8.09s，满足8

2.1.2.1 T*=8时，按《海港水文规范》8.1.3条计算各量值。计算与2.1.1所述相同。计算结果为：

hS=0.83m，Ph=26.05kN/m2，Pd=0.36kN/m2，PS=45.25kN/m2，Pb=0.36kN/m2，P=347.28kN/m2，Pu=3.43kN/m，Vk=1004kN/m，P风=6.95kN/m。

2.1.2.2 T*=9时，按《海港水文规范》8.1.2.1条计算各量值

（1）波面高程计算

（2）在静水面hc以上处的墙面波压力强度计算

（3）墙上其它特征点的计算

（4）单位长度墙身上的水平总波浪力计算

（5）单位长度墙身上的水平总波浪力矩计算

（6）单位长度墙身上的波浪力浮托力计算

2.1.2.3计算波浪作用力

（1）单位长度墙身上的水平总波浪力计算 P*=406.91kN.m

（2）单位长度墙身上的浮托力计算Pu*=3.36kN.m

（3）沉箱顶部压强计算

按1.2.1计算取值，

（4）静水面波浪压力计算

（5）墙底处波压力计算

（6）d/2处波压力计算

（7）风压力计算

按2.1.2.1计算取值，P风=6.92kN/m

（8）单位长度上作用在计算面上的竖向合力标准值计算

按2.1.2.1计算取值，Vk=1004kN/m

（9）抗滑稳定性验算

根据《重力式码头设计与施工规范》验算，计算过程与2.1.1相同：γ0γpP1*=496≤（γGVk-γuPu*）f=599，故满足抗滑稳定性。

（10）抗倾稳定性验算

根据《重力式码头设计与施工规范》验算，计算过程与2.1.1相同：

γ0（γpMP1*+γUMPU*）=5857≤ γGMvk=125246，故满足抗倾稳定性。

（11）地基承载力验算

计算过程与2.1.1相同：

σ max=8.54t/m2<10t/m2

σ min=5.12t/m2<10t/m2，满足地基承载力要求。

2.2 水流力对沉箱稳定的影响

根据汕头港广澳港区二期工程水工建筑物设计说明2.1.2.3中潮汐和潮流的描述，涨潮最大的流速为0.75m/s，落潮最大的流速为0.70m/s，流速较小，不考虑水流力对沉箱稳定性的影响。

3.计算结论

按照上述计算过程，打开沉箱阀门，箱内水高程与潮水位相同，满足抗滑、抗倾及地基承载力稳定性要求。

参考文献：

[1]海港水文规范.JTS145-2-2013.

[2]港口工程荷载规范.JTS 144-1-2010.

[3]建筑结构荷载规范.GB50009-2012.

[4]重力式碼头设计与施工规范.JTS167-2-2009.