衡重式码头在山区河流码头中的应用

李培良 青岛市运输事业发展中心（青岛国际航运服务中心）

1.前言

衡重式挡土墙是利用自身衡重台上部的填土重力而使墙体重心后移，以抵抗土体侧压力的挡土墙，亦是重力式挡土墙的一种。由于其上部衡重台的存在，衡重式挡土墙重心后移，基础底部应力改善明显，具有开挖量小、回填量少、自身材料省、工程造价低等优点，被广泛应用于工民建、水利、交通运输等护岸、护坡工程（见图1）。

图1 衡重式挡土墙典型断面图衡重式码头典型断面图

衡重式码头利用衡重式挡土墙原理，墙身为衡重式挡土墙，在挡土墙顶部增设系船柱、外立面增设护舷等靠船设施，以方便船舶靠泊作业。衡重式码头在内河、山区河流码头中应用非常广泛。

该内河四级航道建设工程，全长约380km，共包括11个基地（见图2、图3）。

图2 1#基地斜坡道地质剖面图

图3 11#基地斜坡道地质剖面图

山区内河水位变化迅猛，水位变幅大，部分基地设计高低水位差均接近于20～30m，因此均采用斜坡道码头；从减少土方开挖及土方回填、节省工程造价考虑，斜坡道码头大多根据山势地形“依势而建”，码头高程、地质持力层也因势变化，基地码头主体结构高度从4～13m不等，因此码头主要采用衡重式结构。

2.设计水位和工程地质

2.1 设计水位

高程采用1985国家高程基准，以下同（见表1）。

表1 设计水位表

2.2 工程地质

1#基地：工程区域土层自然而下依次为①层圆砾、②层粉砂、③层含砾粉质粘土、④层卵石、⑤层漂石。④层卵石埋深5～10m，地基承载力为500kPa，可作为地基持力层。

2#基地：工程区域土层自然而下依次为①素填土、②层圆砾石、卵石、③层含砾粉质粘土、④1层强风化片岩、⑤2 层中风化片岩。④1层强风化片岩埋深1.5～6m，地基承载力为400kPa，可作为地基持力层。

4#基地：工程区域土层自然而下依次为①层粉质粘土、②层强风化泥岩、③层中风化泥岩。③层中风化泥岩，地基承载力为600kPa，可作为地基持力层。

11#基地：工程区域土层自然而下依次为①漂石层、②层残坡积粉质粘土、③全-强风化粉砂质页岩、④层中风化粉砂质页岩。④层中风化粉砂质页岩，地基承载力为800kPa，可作为地基持力层。

3.设计船型

1#基地、2#基地、4#基地、11#基地设计船型（见表2）。

表2 设计船型主尺度表

4.斜坡道主尺寸

4.1 斜坡道坡度和宽度

斜坡道坡度和宽度根据《码头结构设计规范》（JTS167-2018）第9.2.2条确定。本工程根据各基地现场情况，按照双向汽车道并考虑汽车吊机的作业空间，1#基地、2#基地、11#基地斜坡道坡度取8%，4#基地斜坡道坡度取9%，斜坡道宽度取15m。

4.2 斜坡道高程

斜坡道坡顶高程、坡底高程应分别能方便设计船型在设计高水位、设计低水位时的靠泊作业。靠泊船型船舶干舷在0.5～1.7m之间，因此斜坡道坡顶高程、坡底高程分别按照设计高水位、设计低水位加上1.0m确定。考虑到各基地地形条件等各不相同，斜坡道坡顶高程根据各基地情况综合确定。

1 # 基地：斜坡码头顶高程812.94m，底高程798m。

2 # 基地：斜坡码头顶高程815m，底高程798m。

4 # 基地：斜坡码头顶高程812.5m，底高程783m。

1 1#基地：斜坡码头顶高程511m，底高程484.7m。

5.设计荷载

斜坡道码头设计荷载主要如下，

（1）永久荷载：自重、土压力等。

（2）船舶荷载：系缆力、撞击力、挤靠力等。

（3）均布活荷载：20kPa。

（4）水流力：水流流速3.5m/s。

（5）流动机械荷载：16t汽车吊机、20t载重汽车。

（6）地震力。

6.结构方案

根据有关资料统计，当设计高低水位差在20～30m时，内河、山区河流码头结构型式以斜坡式码头为主。因此，1#基地、2#基地、4#基地、11#基地等码头结构型式均采用斜坡道码头（见图4）。

图4 衡重式码头墙身标准图

1#基地基础持力层为④层卵石，地基承载力为500kPa；2#基地基础持力层为④1层强风化片岩，地基承载力为400kPa；4#基地基础持力层为③层中风化泥岩，地基承载力为600kPa；11#基地基础持力层为④层中风化粉砂质页岩，地基承载力为800kPa。持力层埋深较浅，因此1#基地、2#基地、4#基地、11#基地码头结构型式均采用重力式结构。

斜坡道码头大多根据山势地形“依势而建”，码头高程、地质持力层高程也变化较快，由于码头主体结构高度从4～13m不等，考虑码头设计及施工等因素，码头设计为标准断面。当墙体高度＜6m时采用梯形重力式结构，当墙体高度≥6m时采用梯形重力式结构是不经济的，因此当墙体高度≥6m时，采用衡重式结构。

以11#基地斜坡道M1+212断面为例（墙体高度11.44m），对衡重式结构、梯形结构的经济性进行比较（见图5）。

图5 11#基地斜坡道M1+212断面图（衡重式结构方案）

码头结构断面采用衡重式挡墙结构，基础底宽5.023m。基础开挖至设计标高（中风化粉砂质页岩）后，现浇C25块石混凝土墙体，墙体后方回填10～100kg块石棱体，面层做法为150mm厚级配碎石、250mm厚6%水泥稳定层、250mm厚C30砼路面。墙体前方设置350kN系船柱和DA-A400×2000型橡胶护舷（竖向布置）、D300×1500型橡胶护舷（横向布置）。挡墙上部前沿设护轮坎，间断式布置，护轮坎高300mm，宽度400mm。挡墙以下2m开始设置φ100PVC 排水管，纵横向间距均为2 m，坡度10%，排水管后设500×500×200mm倒滤包。前沿护脚采用现浇C20砼，护底采用铺设400g/m2土工布一层、抛填200mm厚二片石垫层和400mm厚浆砌块石护底，护脚和护底总宽8m。码头结构断面采用梯形重力式挡墙结构。基础底宽8.5m，其它与衡重式结构相同（见图6）。

图6 11#基地斜坡道M1+212断面图（梯形重力式结构方案）

梯形重力式结构基槽开挖、墙后块石棱体、墙体C25块石砼分别比衡重式结构多出30.4%、65.2%、5.7%，延米造价增加13.4%。在设计条件基本相同的条件下，衡重式结构具有开挖量小、回填量少、造价低等优点（见表3）。

表3 衡重式结构与梯形重力式结构断面工程量对比表

7.施工

衡重式码头多为浆砌块石或现浇混凝土块石砼结构，施工方法多为抢抓枯水期干地施工或者填筑围堰干地施工，也有采用水下立模浇筑混凝土的。

8.小结

（1）当设计高低水位差在20～30m时，内河、山区河流码头结构型式以斜坡式码头为主。

（2）由于山区河流码头靠泊船型基本较小，干舷高度较小，斜坡道坡顶高程、坡底高程分别按照设计高水位、设计低水位加上1.0m确定。考虑到地形条件等因素，斜坡道坡顶高程根据各基地情况综合确定。

（3）斜坡道码头大多根据山势地形“依势而建”，码头高程、地质持力层高程也变化较快，由于码头主体结构高度从4～13m不等，考虑码头设计及施工等因素，码头设计为标准断面。

（4）工程位于山区内河沿岸，最冷月平均温度也在0℃以上，因此衡重式码头墙身混凝土结构无须抗冻。根据统计资料，该地区码头结构混凝土强度等级基本为C20、C25。由于体积较大，必须掺入块石。

（5）由于内河山区河流水位变化迅猛，洪水期水位暴涨暴落，水位变幅大，因此衡重式码头墙后必须考虑设置排水设施，以减轻剩余水压力的影响，降低工程造价。

（6）对于山区河流码头，水流流速很大，系缆力和挤靠力主要由水流力和风荷载叠加起控制作用；撞击力主要由船舶靠岸时的撞击力，无需考虑靠泊船舶在横浪作用下产生的撞击力。

（7）山区河流河床横断面多呈“V”、“U”字型，在陡峻的地形限制下，河床切割很深、河槽狭窄、岸坡陡峭、坡顶台地较高，而纵剖面又通常比较急、陡，坡度变化剧烈。因此码头基础前沿必须考虑适当的防护措施，防护设施应设置在冲刷线以下，冲刷深度按照《堤防工程设计规范》有关规定计算。