内河码头总平面布置对结构选型影响分析

◎王耀东 余俊韬 杭州市交通规划设计研究院有限公司

水运是大型货物运输的重要途径，随着我国经济持续快速的发展，大型货物运输首选水运，而水上运输最重要的交通枢纽是沿途的港口码头，只能通过港口码头，相应货物才可以实现水路联运，因此，高质量的港口码头建设在我国整个运输业的发展中具有非常重要的作用。

1.工程简介

项目码头为新建项目，共征用土地40.19亩，利用岸线348m。水域部分拟新建4个500吨级泊位（水工结构按1000吨级设计）及相应的附属设施，码头泊位长度256m，沿航道上游至下游依次布置散货进口兼出口泊位1个、散货进口泊位1个、多用途泊位1个、集装箱泊位1个。陆域部分拟新建集装箱堆场、件杂货堆场、道路、综合办公楼、材料库、变电所及相应的配套设施。码头年吞吐量集装箱5.2万TEU、散货85万吨；码头年设计通过能力为集装箱5.66万TEU、散货98万吨。

码头所在的板块地区正重点开发产业园。随着区块产业的发展和综合实力显著增强，部分货物吞吐量较大的企业和公司对港口码头的需求越来越迫切。水上运输具有运量大，运输成本低的优势，通过水运进出口物资，将为企业发展提供有利条件。有无码头泊位建设条件，是企业选址的重要因素之一，是区块招商引资必备的重要基础条件。随着板块的建设与发展，辖区企业和铜业物流量大增。据了解，该企业每年约有130万吨进口铜精矿需经水运至较远地区的码头，再用汽车短驳至区厂内，不但物流成本大增，且对公路及路域环境也造成较大影响。据测算，铜精矿如直接通过水运至项目选址码头，每年可节约物流成本约3000万元。为更好地助推企业发展，加快码头建设确有必要。本项目的建设必要性如下：1）本项目的建设是建设“交通强国”重要举措的需要；2）本项目的建设是顺应“拥江发展”战略的需要；3）本项目的建设是是区域社会经济发展的需要；4）本项目的建设是推动新区的建设与发展的需要。

根据以上分析项目的定位为企业自备码头，本项目企业运量预测见表1，如何在满足规范及法律法规的要求前提下，效益最大化是本项目也是内河码头总平布局必须要考虑的一个重点。在限制的岸线长度下，效益的最大化得益于码头后方陆域的大小；后方陆域面积宽裕装卸车辆及设备交叉作业越少效率最高，效益也就最高；反之则低。

表1 本项目集疏运量预测

2.码头工程总平面布置

2.1 总平面布置原则

本项目的总平面布置原则具体如下：

（1）按照规划确定的作业区位置，根据实际需要结合自然地形进行合理的平面设计；

（2）水域平面布置和陆域平面布置符合相关规范的要求并与当地条件相协调；

（3）集装箱、散货功能区；生产与生活区域划分明确；

（4）适当考虑远期1000吨级船舶靠泊可行性。

2.2 总平面布置

2.2.1 码头前沿线确定

根据《内河通航标准》（GB 50139-2014）、《运河通航标准》（JST180-2-2011），经综合考虑，本次设计采用的设计船型主尺度见表2。

表2 设计船型主要尺度表

本项目的现状岸线前沿距航道中心线的距离约为21米，现状陆域纵深为45-118米。

根据浙江省航道管理条例码头前沿线距离航道中心线最小距离应当为该航道等级标准船宽的五倍；本工程所属的航道等级为内河天然IV航道（航道底宽为45米），航道等级标准船宽为8.8米，若按照此条例要求，码头前沿线距离航道中心线的最小距离为8.8×5=44米远大于现状岸线距离航道中心线。故据此条例码头前沿线应距离航道中心线44米。

根据《河港总体设计规范》（JTS166-2020）的要求，水流平缓河段的码头前沿停泊水域宽度可取2倍设计船型宽度。水流较急河段的码头前沿停泊水域宽度可取2.5倍设计船型宽度。项目所处位置为水流平缓河段，码头前沿停泊水域宽度取2 倍设计船型宽度，即10.8×2=21.6米。据此计算码头前沿线应距离航道中心线45/2+21.6=44.1米。

本项目码头前沿线要求距离航道中心线为44.1米。

结合以上分析本项目码头前沿线将在原岸线后退23.1米才能满足相关强制性法律法规及规范要求。故本项目后方陆域纵深将减少至21.9-94.9米。码头总平面效果图见图1。

图1 码头布置效果图

2.2.2 码头总平面布置方案

本工程采用半挖入式布置，码头前沿线布置于距现状驳岸前沿23.1m处，拟新建500吨级泊位（水工结构按1000吨级设计）4个，沿渌渚江上游至下游依次布置散货进口兼出口泊位1个、散货进口泊位1个、多用途泊位1个、集装箱泊位1个。利用渌渚江岸线348m，码头泊位长度为256m。本工程码头结构段共259m，翼墙共43.4m位于码头两侧，护岸55.5m位于前沿北侧。

陆域从南向北依次布置为综合办公区、集装箱（件杂货）功能区、散货功能区、停车场和材料库区域。次干道将综合办公区、集装箱功能区、散货功能区隔开，采用绿化将散货功能区、停车场和材料库隔开。港区沿后方道路南北两侧各设置1个大门，布置一条主干道宽度为15m，一条次干道宽度为5m，出入口位置适当加宽。主干道为单向四车道，横贯整个作业区，南侧大门进口处道路东侧设置1个80t地磅，北侧大门出口处道路东侧设置1个洗车台、1个80t地磅；次干道为单向一车道，通往集装箱、多用途泊位前沿，直接进行集装箱装卸作业。

3.码头工程结构选型

3.1 结构选型设计原则

（1）符合相关法律法规及规范要求。

（2）参照当地情况，选用结构合理，经久耐用。

（3）经济，造价低。

（4）尽量利用当地材料、施工条件和成熟的施工经验。

（5）施工简便，优先考虑当地施工方案。

3.2 结构选型

根据总平面布置及当地地质条件，考虑当地施工条件和施工经验，选出码头经济合理的结构。本项目码头结构在初步设计阶段根据水深条件和使用习惯，并参照邻近类似工程结构型式，在进行码头结构设计时考虑重力式码头结构和高桩梁板码头结构方案。

在考虑相关强制性法律法规及规范要求，在原岸线后退23.1米作为码头前沿线前提下，陆域面积相对减少。若采用高桩梁板式码头，码头平台将进一步压缩后方陆域纵深，故结合土地利用率最大化、陆域周转便利的前提下优先考虑重力式码头结构型式。重力式码头结构型式还有结构整体性好，坚固耐用，损坏后容易修复。此外，高桩梁板式码头结构，码头平台会进一步缩小后方陆域面积，还需开挖边坡，在码头前沿线一致的情况下，土石方开挖量大，土方开挖价格较高。经综合比选，推荐采用重力式结构型式。

项目最终采用衡重式结构，基础采用φ1200mm钻孔灌注桩，前后两排布置，间距为5.0mm。桩顶现浇C30钢筋砼底板，宽6.3m，厚1.5m，桩顶进入现浇底板200 mm，底板上设C30片石砼墙身，墙身临水侧设10:1的面坡，设C30钢筋砼护面，上墙身高2.8m，背水侧设置4:1背坡，下墙身背水侧设4:1背坡，高6.19m，衡重台宽1.8m。墙身上部设1.5m厚C30钢筋砼压顶，压顶宽2.7m。挡墙墙身后回填，下部为抛石，上部为宕渣，作业带面层采用C40砼面层。挡墙前沿布置系船柱、系缆钩、铁爬梯和橡胶护舷等附属设施。

3.3 重力式结构计算

港口码头建设项目的结构的稳定性，直接影响港口码头的项目质量、安全性与服务能力。如果不能保证港口码头建设项目的结构设计质量，将引起其结构不稳定，导致港口码头服务能力跟不上，最后将引起整个港口码头的安全问题。若重力式结构计算不能满足相关规范要求的话，牺牲陆域纵深也是无可避免的。如下就是根据项目地质等条件进行结构安全复核计算。在不同水位最不利组合设计工况下，根据地质勘察资料，计算重力式码头的整体稳定性、抗滑移稳定性、倾覆稳定性及基底最大应力等。

本工程共划分为5个工程地质层组，10 个工程地质层。现将各土层的工程地质特征自上而下简单分述如下：

（1）①：填土（Q）。层厚0.5～7.2m。

（2）②：粉质黏土（Q）。顶板埋深0 .5～7.2 m，层厚1.3～6.3m。

（3）②：粉土（Q）。顶板埋深3.7～8.5m，层厚1.7～4.6m。

（4）③：淤泥质粉质黏土（Q）。顶板埋深5.3～11.0m，层厚2.1～9.8m。

（5）③：粉砂（Q）。顶板埋深9.2m，厚度3.2m，分布不均匀，仅在钻孔ZK18揭露。

（6）③：粉质黏土（Q）。一般顶板埋深7.9～16.5m，层厚1.9～8.8m。

（7）④：圆砾（Jh）。顶板埋深，15.5～21.7m，层厚1.7～5.3m。

（8）⑩：全风化粉砂岩（Sd）。顶板埋深18.8～25.0m，厚度为0.7～2.9m。

（9）⑩：强风化粉砂岩（Sd）。顶板埋深18.9～26.1m，厚度为5.4～13.4m。

（10）⑩：中风化粉砂岩（Sd）。顶板埋深27.2～35.7m，揭露厚度为1.4～5.8m，未揭穿该层。

3.3.1 计算软件

本设计阶段使用的计算软件为易工水运工程结构CAD集成软件 V3.0与理正岩土。

桩基承载力：根据《码头结构设计规范》（JTS 167-2018），按照承载力经验参数法确定灌注桩单桩轴向抗压承载力设计值，按照下式计算：

式中：Q——单桩轴向承载力设计值（kN）；

γ——单桩轴向承载力分项系数，γ取1.6；

U——桩身截面周长（m）；

ψ、ψ——桩侧阻力、桩端阻力尺寸效应系数，当桩径不大于0.8m时，均取1.0，当桩径大于0.8m时，按规范表4.2.4-4取值。

q——单桩第i层土的单位面积极限侧摩阻力标准值（kPa）；

l——桩身穿过第i层土的长度（m）；

q——单桩单位面积极限桩端阻力标准值（kPa）；

A——桩身截面面积（m）；

3.3.2 重力式结构

按《码头结构设计规范》（JTS 167-2018），对码头沿墙底面、基床底面的抗滑、抗倾稳定性按下式验算：

码头地基承载力按下式验算：

按《港口工程地基规范》（JTS167-1-2010）的规定码头地基整体稳定性按下式验算：

Msd≤MRk/γR

按不同水位最不利组合设计，码头的水平抗滑、抗倾整体稳定性验算、地基承载力验算均满足要求。

3.4 耐久性设计

本项目永久性水工建筑物的设计使用年限为50年。

为提高建筑物耐久性，主要采取的措施是灌注桩使用一次性钢护筒作为保护，码头迎水侧设置C30钢筋砼护面层，缩小结构的最大裂缝控制宽度，压顶临水侧外边缘包钢板，码头分段之间以角钢护边。

4.结语

通过以上的分析可以发现，内河码头往往存在现状岸线距离航道中心线较近且各个地区的法律法规对码头安全运营要求较高，这样必然导致新建码头前沿线将向陆域侧后退导致陆域纵深的减少。内河码头总平面布置对结构选型影响较大，在考虑项目审批，符合相关强制性法律法规及规范要求下，如何做好效益最大化，重力式码头结构型式较为合理。当然若后方陆域较为充裕高桩梁板式码头结构也较为合理。