重力式扶壁结构在某泊位工程中的应用

■郑佳晶

（福建省港航勘察设计院有限公司，福州 350002）

1 工程概况

1.1 建设地点

某泊位工程位于福建省泉州市石狮市东部锦尚湾，地处台湾海峡西岸经济繁荣带的中心位置，具有发展海运的优良条件。 项目与已建的1# 及2#泊位前沿线成90°夹角，为顺岸满堂式布置，岸线长度为180 m。

1.2 建设规模

该泊位建设规模为5000 t 级泊位1 个，码头岸线总长度180 m。 码头年设计吞吐量40 万t。

1.3 设计船型

设计船型采用5000 t 级散货船：总长L×型宽B×型深H×满载吃水T=115×18.8×9.0×7.0 m

2 自然条件

2.1 水文

2.1.1 设计水位（基准面为黄零）

设计高水位：3.07 m（高潮累积频率10%）；设计低水位：－2.64 m（低潮累积频率90%）；极端高水位：4.28 m（五十年一遇）；极端低水位：－3.55 m（五十年一遇）

2.1.2 波浪

本工程位于锦尚湾，面向外海，掩护条件较差，但1#、2# 泊位建成后，对该泊位形成一定的掩护作用，根据厦门科泓海洋工程技术服务有限公司提供的《石狮市锦尚湾华锦通用泊位工程设计波浪计算专题报告》，该泊位波浪要素如表1 所示。

表1 50 年一遇设计波要素

2.1.3 潮流

本海区潮流性质属正规半日潮流，呈往复流特征，落潮最大流速为95 cm/s，涨潮最大流速为58 cm/s。

2.2 地形、地貌与工程泥沙

2.2.1 地形、地貌特征

场区主要为浅海湾地貌单元，地势低洼不平。退潮时则局部礁盘直接露出海面，基岩为粗、细粒花岗岩；岸边多为砂质岸滩；浅海湾区分布有多个礁石群，区内分布有大片的礁盘、暗礁。

2.2.2 工程泥沙

本码头区附近沉积物为中粗砂为主，泥沙主要来源于沿岸低丘基岩、水下礁石侵蚀物质。 岸坡平缓，岸线基本稳定。 本码头区形成后，对外围波浪起到了掩护作用，阻断了泥沙来源。 含沙水体从口门带入港池的泥沙较少，全年回淤率较低，淤强较小，陆源沉积物来源少，从宏观冲淤机理分析，本码头区形成后全年的泥沙回淤较少。

2.3 地质

根据钻探揭露， 场地内岩土层主要由淤泥、砾砂、残积粘性土及全风化、散体状强风化、碎块状强风化和中微风化花岗岩等组成。

2.4 地震

本工程抗震设防烈度：8 级。

3 结构方案

3.1 结构选型原则

结构选型原则如下：（1）满足使用和设计荷载的要求；（2）结构方案具有技术先进、经济合理，适应所在地的施工条件；（3）结构能较好地适应工程地质条件，满足码头整体稳定要求；（4）码头主体结构的使用年限为50 年。

3.2 结构选型

码头结构型式的选择应充分考虑工程建设条件，其中地质条件的影响占重要比重。 根据地质报告揭示，拟建工程处的覆盖土层主要以淤泥、残积粘性土和砂为主，其下为风化岩层，其埋深较浅，通过少量的基槽开挖，即可达到风化岩层，是理想的重力式码头建设条件，因此水工建筑物采用重力式码头结构是合适的。 而且本工程附近已建、在建的码头多为重力式结构，这为本工程的实施提供了丰富的建设经验。 另一种常见的码头结构型式——高桩梁板式结构在本工程应用有明显的劣势，需大量采用嵌岩桩技术，施工难度大、费用高，结构耐久性差，码头接岸结构代价大，因此，本工程采用高桩结构是不合适的。

常见的重力式结构型式有方形沉箱、 圆形沉箱、方块及扶壁结构。 方形沉箱主要用于岸壁式码头，目前得到最广泛应用；圆形沉箱结构主要用于透空式无掩护码头；方块主要用于小码头；扶壁一般用在内河或掩护条件较好的地区，主要应用于中小型码头。 圆形沉箱结构主要用于透空式无掩护大型深水码头，施工难度大、费用高，本工程不宜选用。 综合考虑，该工程拟定3 个设计方案进行比选，即：沉箱、方块、扶壁结构。

3.3 结构设计

3.3.1 方案一：沉箱结构

码头主体采用不带卸荷板的重力式沉箱结构，基础为5～50 kg 抛石基床，地基持力层为中微风化花岗岩，抛石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放钢筋混凝土沉箱，本方案只有1 种沉箱：沉箱长×宽×高=3.95 m×6.1 m×9.5 m，前后趾均长1.2 m，单个沉箱重约198 t，共需沉箱45 个；沉箱内先填中粗砂，然后铺设0.5 m 厚的级配碎石垫层和0.3 m 厚的C25 砼垫层，沉箱上现浇C40 砼胸墙，胸墙嵌入沉箱0.4 m；沉箱后侧抛填10～100 kg 抛石棱体，抛石棱体后设倒滤层后回填海砂。码头面层均采用现浇C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石稳定层厚350 mm、级配碎石垫层厚150 mm。 码头附属设施包括DA400 橡胶护舷、450KN 系船柱、DA-A300H 橡胶舷梯等。码头结构断面图如图2 所示。

3.3.2 方案二：方块结构

码头主体采用重力式方块结构， 基础为5～50 kg抛石基床，地基持力层为中微风化花岗岩，抛石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放3 层实心方块，最大方块尺寸为长×宽×高=7.0 m×4.0 m×2.8 m，单块实心方块与卸荷板的重量均控制在200 t 以内；实心方块顶安放C40 卸荷板，卸荷板尺寸为长×宽×高=10.0 m×4.0 m×2.0 m；共需实心方块与卸荷板198 块。卸荷板上现浇C40 砼胸墙，方块后侧抛填10～100 kg 抛石棱体，抛石棱体后设倒滤层后回填海砂。 码头面层采用现浇C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石稳定层厚350 mm、级配碎石垫层厚150 mm；码头附属设施包括DA400 橡胶护舷、450KN系船柱、DA-A300H 橡胶舷梯等。 码头结构断面图如图3 所示。

图3 方块断面图

3.3.3 方案三：扶壁结构

码头主体采用重力式双肋板扶壁结构，基础为5～50 kg 抛石基床，地基持力层为中微风化花岗岩，抛石基床厚0.5～2.0 m；基床上安放钢筋混凝土扶壁，扶壁长×宽×高=4.95 m×8 m×12 m，趾板长1.0 m、厚0.4 m，尾板长2 m、厚0.45 m，内底板厚0.45 m，立板厚0.35 m，单个扶壁重约193 t，共需扶壁40 块。扶壁后侧抛填10～100 kg 抛石棱体，抛石棱体后设倒滤层后回填海砂，扶壁顶铺设0.5 m 厚的级配碎石垫层和0.3 m 厚的C25 砼垫层，然后现浇C40 砼胸墙，胸墙嵌入扶壁0.1 m；码头面层均采用现浇C30 砼路面厚250 mm、6%水泥碎石稳定层厚350 mm、级配碎石垫层厚150 mm。 码头附属设施包括DA400 橡胶护舷、450KN 系船柱、DA-A300H 橡胶舷梯等。码头结构断面图如图4 所示。 预制扶壁结构立体示意图如图5 所示。

图4 扶壁断面图

图5 预制扶壁结构立体示意图

3.4 结构计算

3.4.1 结构计算依据

结构计算依据如下：（1）码头结构按照《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）[1]中的规定进行计算；（2）荷载按照《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010）[2]中的规定进行计算；（3）波浪力的标准值按照《海港水文规范》（JTJ213-98）[3]中的规定进行计算；（4）地震作用效应按照《水运工程抗震设计规范》（JTJ225-98）[4]中的规定进行计算。

3.4.2 计算内容

按照规范中的规定，对码头主体结构的抗倾、抗滑、基床应力、地基承载力及整体稳定性进行验算。

3.4.3 计算方法

本工程码头主体结构根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS167-2-2009）有关规定进行计算，采用经过交通运输部审查通过的丰海技术咨询服务（上海）有限公司开发的丰海港口工程ZMJS 重力式计算系统软件进行核算。

3.4.4 计算结果

结构方案一、二、三计算结果如表2～4 所示。 经计算，码头水工结构3 个方案均满足规范要求。

3.5 方案比选

3 种方案从结构安全上来说均可行，主要优缺点如表5 所示。 方块码头从技术角度看可以成立，但由于预制件数量较大，砼用量大，造价较高，不能满足快速形成码头的需要，不能一次出水，本工程不宜选用。 扶壁结构具有预制数量最少，胸墙底标高较高，工程造价最低，且由于1#、2# 泊位的掩护，工程处波浪较小，能满足施工期稳定，故该工程最终选用了扶壁结构。

表5 结构方案技术经济优缺点比较

4 扶壁施工主要注意事项

扶壁施工主要注意事项如下：（1）扶壁预制可以采用立制和卧制， 卧制时混凝土浇筑容易保证质量，但运输安装时需要空中翻身，会给施工带来很大困难，故本工程扶壁预制建议采用立制方式；（2）扶壁采用陆上预制，砼强度达到100%设计强度后，方可吊运；（3）扶壁形状不规则，稳定性差，吊运过程要遵守对称均匀的原则， 确保调运过程中的安全；（4）扶壁应选在波高小于1 m 以内的天气安放，安放时不得在扶壁底部局部加垫调整误差；（5）扶壁安放后应立即回填块石，回填过程中应避免破坏扶壁结构，保证扶壁不产生位移和倾斜；（6）扶壁安放后应及时浇筑上部胸墙，以增强整体稳定性。

5 扶壁结构运用效果

本工程施工过程中， 施工单位严把质量关，扶壁预制质量较好，运输安装过程中未发生扶壁倾覆等现象，整体施工质量较好。 本工程已投产运营多年，码头主体结构位移、沉降均小，目前使用情况良好，经济效益显著。

6 结论

本文根据工程处地质、水文等条件，最终确定本工程码头主体结构采用重力式方案较为合适。 通过沉箱、方块、扶壁3 个结构方案的比选，综合施工、造价、掩护条件等多种因素，最终选用了扶壁结构，不但降低了工程造价，而且缩短了施工工期。 扶壁结构在本工程的运用，可为今后类似项目提供一定的借鉴。