洪 偉 顧正南 陳潔茹 朱瀟瀟

（淮安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 淮安 223005）

淮安市內(nèi)河航道碼頭結(jié)構(gòu)選型的研究與實(shí)踐

洪 偉 顧正南 陳潔茹 朱瀟瀟

（淮安市水利勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 淮安 223005）

本文闡述了淮安市內(nèi)河航道的特點(diǎn)，分析了碼頭結(jié)構(gòu)選型的各種外部影響因素，研究了邊界條件對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)選型的具體影響，通過碼頭結(jié)構(gòu)選型的實(shí)例建立了外部條件與結(jié)構(gòu)選型的關(guān)系(包括單一條件與結(jié)構(gòu)選型的關(guān)系及多條件與結(jié)構(gòu)選型的關(guān)系)，對(duì)與復(fù)雜邊界條件下相適應(yīng)的復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探討。

內(nèi)河碼頭 影響因素 結(jié)構(gòu)選型 限制條件

1 淮安市內(nèi)河航道特點(diǎn)

淮安市內(nèi)河眾多，水運(yùn)資源十分豐富，京杭大運(yùn)河縱貫?zāi)媳?，淮河出海航道橫貫東西，鹽河航道、洪澤湖航道、金寶航道以及淮沭河、張福河、溪河等航道縱橫交錯(cuò)。航道等級(jí)從Ⅱ～Ⅶ級(jí)，船舶噸位從50t～2000t不等，這些通航河道基本為渠化河道，河道寬度在30～120m左右，河道斷面相對(duì)比較規(guī)整，型式主要有梯型斷面、矩式斷面（人工結(jié)構(gòu)防護(hù)斷面）及復(fù)式斷面等，河道正常水深在1.5～4m左右，兩側(cè)堤防寬度在3～6m左右。

淮安市內(nèi)河航道同時(shí)具有下列特點(diǎn)和要求：通航河道也是行洪河道，河道寬度相比航道寬度富裕度不大；堤防是確保河道行洪安全的重要屏障，堤頂?shù)缆肥欠姥吹闹匾ǖ?，在確保防洪安全的前提下，提高河道的航運(yùn)效率。

2 碼頭結(jié)構(gòu)型式

適應(yīng)淮安內(nèi)河航道特點(diǎn)的碼頭結(jié)構(gòu)類型主要有：重力式碼頭、扶壁式碼頭、空箱式（含空箱扶壁式）碼頭、懸臂式（地連墻、排樁及預(yù)制板樁）碼頭、拉錨式（地連墻、排樁及預(yù)制板樁）碼頭、格構(gòu)式（地下連續(xù)墻、排樁）碼頭、高樁碼頭、復(fù)合碼頭（雙排不等距灌注樁結(jié)合扶壁式矮承臺(tái)碼頭結(jié)構(gòu)）等。

3 碼頭結(jié)構(gòu)選型的影響因素

3.1地質(zhì)條件

主要是從土的類別、承載力、彈性模量等參數(shù)來考慮和評(píng)價(jià)對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)選型的影響。如承載力相對(duì)高的地基可采用重力式碼頭、扶壁式碼頭，承載力相對(duì)低的地基可采用空箱式碼頭、拉錨式碼頭、高樁碼頭、復(fù)合碼頭（排樁結(jié)合扶壁）；砂性土地基不能采用懸臂式（地連墻、預(yù)制板樁）碼頭、拉錨式（地連墻、預(yù)制板樁）碼頭；變形模量大的地基可以采用格構(gòu)式、懸臂式及拉錨式碼頭。

3.2水文條件

主要是指最高通航水位、最低通航水位及流速大小對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的影響。最高通航水位加超高決定碼頭面高程，最低通航水位扣除船舶吃水深度和富裕深度等于港池底高程，碼頭面高程-港池底高程=碼頭結(jié)構(gòu)高度，碼頭結(jié)構(gòu)高度大小影響結(jié)構(gòu)的選型。水流流速的大小對(duì)結(jié)構(gòu)也有影響，如流速過大，如采用高樁碼頭將影響水的流態(tài)，進(jìn)而易產(chǎn)生沖刷和淤積。

3.3航道寬度

主要是指航道寬度對(duì)施工圍堰及碼頭使用期進(jìn)、出港和作業(yè)的影響。相應(yīng)等級(jí)的航道有對(duì)應(yīng)的航道寬度，淮安內(nèi)河航道等級(jí)從Ⅱ～Ⅶ級(jí)，相應(yīng)航道寬度為75～24m。航道寬度與碼頭前沿線距離過小，無法采用圍堰法施工，也就不能采用淺基礎(chǔ)的碼頭結(jié)構(gòu)型式。

3.4行洪條件

主要是指對(duì)行洪要求高的河道在施工期盡可能不采用圍堰法施工,碼頭結(jié)構(gòu)型式不影響或少影響過流斷面和盡可能低的引起雍高水位，以不改變河勢。如采用高樁碼頭可減小阻水面積。

3.5堤防條件

是指堤防的等級(jí)、寬度、堤頂?shù)缆返牡燃?jí)、堤前堤后的地形地貌等自然條件和水行政主管部門為保護(hù)堤防對(duì)碼頭建設(shè)提出的管理控制條件。管理控制條件主要有：不允許在堤防范圍內(nèi)打樁、不允許在堤防中開設(shè)交通廊道、不允許施工期因基坑開挖而破堤。在確定的自然條件下，碼頭結(jié)構(gòu)選型要確保堤防的安全穩(wěn)定，不削弱堤防斷面，避免堤坡產(chǎn)生淺層或深層的整體滑動(dòng)。

3.6河道斷面

是指河道斷面形狀,如有無灘地及灘地的高程和寬度。有較寬的灘地且灘地的高程較高，往往較易填筑施工圍堰，圍堰的工程量也較小，同時(shí)還可構(gòu)筑打樁及地連墻施工和作業(yè)平臺(tái)。

3.7投資條件

是指投資的主體、資金的來源、投資的額度。資金充裕時(shí)，可以采取方便施工、加快進(jìn)度的結(jié)構(gòu)方案。

4 碼頭結(jié)構(gòu)選型

上述碼頭結(jié)構(gòu)選型的影響因素主要可以歸納為地基限制條件、水文限制條件、空間限制條件、河道斷面特征限制條件四種類型，其中航道寬度、堤防條件可歸為空間限制條件，水文條件、行洪條件可歸為水文限制條件。碼頭結(jié)構(gòu)選型約束條件分為單一限制條件和多限制條件，在多數(shù)情況下為多條件下的結(jié)構(gòu)選型。

4.1單一限制條件下碼頭結(jié)構(gòu)選型

單一限制條件下的碼頭的結(jié)構(gòu)選型比較簡單，通過分析可以找出單一限制條件，對(duì)照不同碼頭結(jié)構(gòu)型式的適應(yīng)范圍，選出適用此條件的碼頭結(jié)構(gòu)，若有多種型式同時(shí)適用，還可從經(jīng)濟(jì)性、施工的難易程度再進(jìn)行對(duì)比分析，直至選出最優(yōu)方案。

4.1.1地質(zhì)限制條件下的結(jié)構(gòu)選型

通常對(duì)于地基承載力較高的碼頭，采用重力式或扶壁式碼頭結(jié)構(gòu)型式，在碼頭較高的情況下，可采用空箱扶壁式結(jié)構(gòu)以降低地基應(yīng)力；對(duì)于地基承載力較低的碼頭，如持力層為軟弱土層，可選擇地基加固方法或選擇拉錨式碼頭結(jié)構(gòu)，土層為粘性性質(zhì)時(shí)可采用板樁拉錨、地連墻拉錨，土層為砂性性質(zhì)的可采用排樁拉錨或地連墻拉錨。

案例1：位于淮安區(qū)上河鎮(zhèn)京杭運(yùn)河右岸的江蘇大山面粉實(shí)業(yè)有限公司碼頭，從堤頂至港池底下3m范圍內(nèi)土質(zhì)主要為承載力在110kPa以下相對(duì)較差的軟弱粘土，而港池底3m向下土質(zhì)為承載力比較高的硬塑粘土。由于粘性土易于成槽，經(jīng)綜合比選，最終選擇了地連墻拉錨方案。

案例2：清河區(qū)里運(yùn)河右岸的潤爾華有限公司碼頭，從堤頂至港池底下4m范圍內(nèi)主要為承載力在80kPa以下相對(duì)較差的粉土，而港池底4m向下土質(zhì)為承載力比較高的硬塑粘土。由于上部粉土難以成槽，經(jīng)綜合比選，最終選擇了排樁（墻后結(jié)合攪拌樁防漏土）拉錨方案。

4.1.2空間限制條件下的結(jié)構(gòu)選型

受空間條件的限制主要是指碼頭由于受航道寬度及堤防位置的約束，不具備大開挖及圍堰的施工條件，當(dāng)碼頭前沿空間受到約束（即無法采用圍堰）時(shí)，可以選擇拉錨式結(jié)構(gòu)，當(dāng)碼頭前、后（即無法開挖基坑）空間均受限時(shí)，可選擇高樁或格構(gòu)式碼頭結(jié)構(gòu)。

前述潤爾華碼頭結(jié)構(gòu)選型既是考慮了地質(zhì)限制條件，同時(shí)也考慮了空間限制條件。潤爾華碼頭前沿線至航道邊線距離僅有30m，其前空間填筑圍堰受到限制，前沿線至堤防內(nèi)距為25m，后空間拉錨條件比較寬裕，因而也選擇了排樁拉錨式方案。

案例3：淮安港建華管樁碼頭結(jié)構(gòu)選型時(shí)考慮了碼頭前、后空間均受到約束。碼頭位于蘇北灌溉總渠寧連路大橋下游約960m的右岸，碼頭前沿線距航道邊線為75 m，碼頭前沿線距堤防內(nèi)邊線為15m，其前、后空間不僅受到自然條件的限制，還受到水利、交通行政管理部門的管理控制條件制約，無法采用常規(guī)碼頭結(jié)構(gòu)。針對(duì)此約束條件，并考慮其它影響因素，綜合選擇了對(duì)空間條件要求低的雙排地連墻格構(gòu)式體系方案。

4.1.3水文限制條件下的結(jié)構(gòu)選型

由最高、最低通航水位確定的碼頭高度是碼頭結(jié)構(gòu)型式考慮的一個(gè)方面，如5m以下可以考慮選擇重力式、5～8m可考慮采用扶壁式、8m以上可考慮可采用空箱扶壁式。

4.1.4河道斷面限制條件下的結(jié)構(gòu)選型

對(duì)于矩形斷面河道，通常選擇高樁碼頭；對(duì)于復(fù)式斷面且灘面較高且較寬的河道，通常選擇可圍堰施工的碼頭結(jié)構(gòu)型式及適用填筑機(jī)械作業(yè)平臺(tái)的碼頭結(jié)構(gòu)型式。

4.2多限制條件下碼頭結(jié)構(gòu)選型

通常碼頭為多限制條件下的結(jié)構(gòu)選型，在選型過程中，應(yīng)從多條件中找出主要條件和附屬條件。首先針對(duì)主要條件進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，當(dāng)結(jié)構(gòu)型式也滿足附屬條件時(shí)，是最佳方案；當(dāng)結(jié)構(gòu)型式無法同時(shí)滿足附屬條件時(shí)，可以通過引入新的結(jié)構(gòu)型式來適應(yīng)限制條件；另外一種情況是弱化附屬條件（如對(duì)于低等級(jí)航道，可通過限制通航，采用可進(jìn)行圍堰施工的結(jié)構(gòu)類型）。

如上述淮安港建華管樁碼頭，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)除空間限制條件外，還有地質(zhì)限制條件和河道斷面限制條件，碼頭位置處的地質(zhì)條件主要為易于成槽的粘性土質(zhì)，斷面為灘面較高但不寬的復(fù)式斷面有利于形成挖槽機(jī)的施工作業(yè)平臺(tái)，該種條件下可選擇雙排地連墻格構(gòu)式體系。

又如前述淮安區(qū)上河鎮(zhèn)京杭運(yùn)河右岸的江蘇大山面粉實(shí)業(yè)有限公司碼頭，在結(jié)構(gòu)選型時(shí)除地質(zhì)限制條件外，還有空間限制條件和河道斷面限制條件，碼頭位置處的后臺(tái)空間比較開闊，有拉錨空間，斷面為灘面較高的復(fù)式斷面有利于挖槽機(jī)的施工作業(yè)，該種條件下選擇拉錨式地下連續(xù)墻體系。

案例4：位于淮安市區(qū)里運(yùn)河南岸的淮陰發(fā)電有限公司碼頭就是采用新結(jié)構(gòu)適應(yīng)新條件的一個(gè)典型案例。該碼頭位置條件為前、后空間受限，地質(zhì)條件較好的粘性土層。碼頭上部采用混凝土扶壁式矮承臺(tái)結(jié)構(gòu)，下部采用雙排不等距混凝土灌注樁結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：前排為無間隙混凝土灌注樁進(jìn)行擋土，后排為等間距不連續(xù)混凝土灌注樁，前、后排樁通過混凝土扶壁式矮承臺(tái)連接成為整體結(jié)構(gòu)，剛度大、抗水平力強(qiáng)；施工機(jī)械為常規(guī)鉆孔機(jī)，所需施工空間小；矮承臺(tái)施工僅需在前方設(shè)置小子堰；工程投資省、施工難度小■