張育林，馮先導(dǎo)，林紅星，于　洋

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430012）

無錨板樁新型施工碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

張育林，馮先導(dǎo)，林紅星，于洋*

（中交第二航務(wù)工程局有限公司，湖北武漢430012）

依托以色列阿什杜德港碼頭項(xiàng)目，在傳統(tǒng)施工碼頭結(jié)構(gòu)難以適用其施工環(huán)境的情況下，通過對傳統(tǒng)碼頭結(jié)構(gòu)形式的分析和研究，提出了一種適用于惡劣海況、無覆蓋層、陸域狹窄的無錨板樁新型碼頭結(jié)構(gòu)，有效解決了現(xiàn)場實(shí)際難題，快速完成了施工碼頭建設(shè)并推動了主體碼頭的施工進(jìn)度。

新型施工碼頭；無錨板樁；支撐墩結(jié)構(gòu)

結(jié)合以色列阿什杜德港碼頭項(xiàng)目特點(diǎn)，選擇施工碼頭的結(jié)構(gòu)形式。高樁碼頭難以適應(yīng)其無覆蓋層的地質(zhì)條件、板樁碼頭難以適應(yīng)其狹窄的水域、重力式拋石碼頭難以適應(yīng)其惡劣的海況。所以，尋找一種適宜的新型碼頭結(jié)構(gòu)是本項(xiàng)目施工碼頭順利建成和保證主體碼頭施工進(jìn)度的關(guān)鍵。

1　工程概況

1.1工程簡介

碼頭項(xiàng)目位于以色列阿什杜德市地中海海域，施工碼頭位于既有護(hù)岸防波堤坡腳處，碼頭岸線長40 m，碼頭頂面高程為+2.5 m，前沿底高程為-4.5m。設(shè)計(jì)靠船等級為2 000 t方駁。

1.2工程特點(diǎn)

1）海況惡劣：季風(fēng)期最大有效波高可達(dá)6m。

2）地質(zhì)條件差：覆蓋層為0～3 t塊石。

3）陸域狹窄：根據(jù)水深及現(xiàn)場要求，陸域?yàn)?0m左右。

4）水深適中：碼頭前沿水深4.5m左右。

5）潮位適中：大潮高潮位+0.38 m；平潮高潮位+0.18 m；平均海平面+0.00 m；平潮低潮位-0.12 m；大潮低潮位-0.22m。

2　結(jié)構(gòu)選型

2.1高樁碼頭

高樁碼頭主要由鋼管樁基礎(chǔ)、梁部結(jié)構(gòu)和面層結(jié)構(gòu)組成[1]，該碼頭結(jié)構(gòu)形式具有裝配性強(qiáng)，施工速度快，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其透空結(jié)構(gòu)還可有效規(guī)避強(qiáng)風(fēng)浪條件下的反射波對船舶的作用。但其面層結(jié)構(gòu)具有難以承受波托力作用的局限性，同時(shí)針對本項(xiàng)目施工環(huán)境，碼頭區(qū)域存在0～3 t塊石覆蓋層，清除塊石工程量較大；部分樁基需穿透現(xiàn)有防波堤0～1 t塊石，沉樁難度大；相對于板樁碼頭需增加材料150 t左右。

2.2板樁碼頭

板樁碼頭主要由前沿板樁、后排錨樁、錨桿及樁間填土組成[2]。相對于高樁碼頭，其具有塊石清除量小，沉樁便利及經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)勢。但由于現(xiàn)場陸域狹窄，不適合設(shè)置錨樁和拉桿等錨錠結(jié)構(gòu)，同時(shí)其具有施工復(fù)雜，且相對于無錨板樁碼頭其用鋼量相對較多、塊石清除量相對較大，經(jīng)濟(jì)性相對較差等缺點(diǎn)。

2.3重力式拋石碼頭

重力式拋石碼頭一般采用0～3 t塊石拋填，3～5 t塊石護(hù)岸。主要具有造價(jià)低，耐久性好，施工設(shè)備簡單等優(yōu)點(diǎn)。但本項(xiàng)目風(fēng)浪條件差，最大有效波高可達(dá)6 m以上，拋石碼頭難以形成且形成后塊石受強(qiáng)風(fēng)浪沖刷將導(dǎo)致難以靠泊。

2.4無錨板樁碼頭

無錨板樁結(jié)構(gòu)主要采用單排無錨鋼板樁、鋼板樁兩側(cè)采用鋼管樁支撐墩，中間通過支撐梁傳力，后方通過填土形成陸域。其相對傳統(tǒng)施工碼頭結(jié)構(gòu)可適應(yīng)強(qiáng)風(fēng)浪海況、無覆蓋層地質(zhì)和狹窄陸域等施工環(huán)境，同時(shí)還具有結(jié)構(gòu)簡單、受力清晰、施工便捷、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

2.5結(jié)構(gòu)確定

通過以上比選，無錨板樁碼頭既可規(guī)避強(qiáng)風(fēng)浪條件下波托力的影響，又可避免既有防波堤坡腳處對沉樁的影響，還可大大減少塊石覆蓋層的清除量，同時(shí)其經(jīng)濟(jì)性相對最高，施工相對便捷。所以，以色列阿什杜德港碼頭項(xiàng)目采用無錨板樁碼頭結(jié)構(gòu)作為施工碼頭結(jié)構(gòu)。

3　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1設(shè)計(jì)思路

通過對傳統(tǒng)碼頭結(jié)構(gòu)形式的分析可知，傳統(tǒng)板樁碼頭相對于高樁碼頭和重力式拋石碼頭更適用于本項(xiàng)目施工環(huán)境，但其具有難以適應(yīng)狹窄陸域和施工復(fù)雜的局限性。進(jìn)而對傳統(tǒng)板樁碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入研究：傳統(tǒng)板樁碼頭主要由錨桿將前沿板樁和后排錨樁連成整體，然后進(jìn)行樁間填土形成擋土墻，最后在墻后填土形成傳統(tǒng)板樁碼頭。結(jié)合本項(xiàng)目實(shí)際情況，需主要解決傳統(tǒng)板樁碼頭局限性的技術(shù)難題。

經(jīng)多次論證和計(jì)算，提出了無錨板樁碼頭結(jié)構(gòu)。其受力原理為：采用單排無錨板樁、樁間橫梁和支撐墩形成擋土結(jié)構(gòu)，在墻后填土形成無錨板樁碼頭結(jié)構(gòu)。土壓力通過無錨板樁和支撐梁最后傳至支撐墩上。其整個(gè)擋土結(jié)構(gòu)可根據(jù)所受土壓力、波浪力等進(jìn)行選型。同時(shí)因?yàn)槭菃闻虐鍢督Y(jié)構(gòu)且無需采用錨桿錨固，有效地解決了難以適應(yīng)狹窄陸域和施工復(fù)雜的技術(shù)難題。

3.2結(jié)構(gòu)形式

施工碼頭結(jié)構(gòu)布置見圖1。

圖1　施工碼頭布置圖Fig.1 Layout of construction w harf

施工碼頭主要由支撐墩、支撐梁、樁帽、頂梁、平聯(lián)、鋼板樁、墻后拋石等結(jié)構(gòu)組成。

1）支撐墩：采用3根φ1 020 mm×12 mm螺旋焊鋼管組合而成，通過頂梁焊接形成整體。

2）支撐梁：上層支撐梁采用2HN600×200型鋼，位于臨時(shí)碼頭頂部以下2 m處，下層支撐梁采用2HN600×200型鋼，位于臨時(shí)碼頭頂部以下5m處。

3）樁帽：樁帽采用組合鋼板焊接而成。

4）頂梁：頂梁采用2HN600×200型鋼，與樁帽焊接連接。

5）平聯(lián)：平聯(lián)采用φ426 mm×6 mm螺旋焊鋼管，與鋼管樁通過哈弗接頭連接。

6）鋼板樁：鋼板樁采用AZ24-700型鎖口鋼板樁。

7）墻后拋石：墻后拋石主要采用0～3 t的塊石作為基礎(chǔ)、3～5 t的塊石作為護(hù)面石，碎石作為面層。

3.3設(shè)計(jì)計(jì)算

1）模型建立

采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行碼頭結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算[3-4]，根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用BEAM188梁單元進(jìn)行模擬，對鋼板樁、支撐梁和支撐墩分別進(jìn)行受力分析。鋼板樁取單位寬度進(jìn)行分析，計(jì)算模型簡化為一端固結(jié)，一端簡支的梁，采用彈簧單元模擬土壤和支撐梁對板樁的約束；支撐梁計(jì)算模型簡化為兩端簡支梁，將板樁計(jì)算求得約束反力施加于支撐梁上；支撐墩計(jì)算模型簡化為懸臂梁，荷載為作用于支撐梁上的約束反力。

2）計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果（見表1），該施工碼頭主要結(jié)構(gòu)滿足該施工條件下用于2 000 t方駁靠泊使用。

表1　施工碼頭主要結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果Table 1 Calculationsofmain structuresof construction wharf

4　結(jié)構(gòu)應(yīng)用

4.1施工工藝

施工碼頭施工工序主要為：施工平臺填筑→鋼管樁施工→支撐梁施工→鋼板樁施工→頂梁及平聯(lián)安裝→回填塊石→附屬設(shè)施安裝。

施工設(shè)備主要為履帶吊、液壓振動錘、挖掘機(jī)、裝載機(jī)等。施工工期約為15 d。

4.2應(yīng)用效果

無錨板樁新型碼頭在施工和實(shí)際應(yīng)用過程中表現(xiàn)較為出色。但仍存在以下不足：

1）底層支撐梁標(biāo)高較低，現(xiàn)場焊接施工存在一定困難，需在風(fēng)平浪靜且水位較低情況下進(jìn)行焊接作業(yè)。

2）使用過程中，與所有的直立式碼頭一樣，涌浪在碼頭前板樁處反射波疊加明顯，泊穩(wěn)條件不如透空式碼頭好。

5　結(jié)語

通過對傳統(tǒng)碼頭結(jié)構(gòu)的深入研究到無錨板樁新型碼頭的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，表明：以色列阿什杜德港碼頭項(xiàng)目通過采用無錨板樁新型施工碼頭結(jié)構(gòu)，有效地克服了現(xiàn)場諸多技術(shù)難題，并推動了主體碼頭的施工進(jìn)度。

1）無錨板樁新型施工碼頭具有施工便捷、適用性強(qiáng)、安全經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，在今后施工碼頭設(shè)計(jì)與使用中值得推廣。

2）底層支撐梁難以焊接的技術(shù)難題可通過設(shè)計(jì)優(yōu)化得到有效解決。

3）對傳統(tǒng)碼頭結(jié)構(gòu)所具有的局限性進(jìn)行摒棄，同時(shí)提煉其精華，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，從而實(shí)現(xiàn)了無錨板樁新型碼頭結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用。

[1]陳平，袁孟全.高樁碼頭位移原因分析及其預(yù)防措施[J].中國港灣建設(shè)，2006（6）：7-10. CHEN Ping,YUAN Meng-quan.Analysis of causes and precautionarymeasures against disp lacement of piled wharfs[J].China Harbour Engineering,2006(6):7-10.

[2]曹承濱.復(fù)雜地質(zhì)條件的板樁碼頭應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2008（2）：45-49. CAO Cheng-bin,Complicated geological conditions of application of sheetpilewharf[J].Port&Waterway Engineering,2008(2):45-49.

[3]邱駒.港工建筑物[M].天津：天津大學(xué)出版社，2002. QIU Ju.Portengineering structure[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

[4]JTS 167-3—2009，板樁碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S]. JTS 167-3—2009，Code for design and construction for quay wall of sheetpile[S].

App lication and design of a new unanchored sheet pile structure

ZHANG Yu-lin, FENG Xian-dao, LIN Hong-xing, YU Yang*
（CCCCSecond HarbourEngineering Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei430012,China）

Based on Ashdod Port project in Israel,it was difficult to build a traditional working wharf structure in its construction conditions.Through the analysis and study of traditional wharf structures,a new and unanchored sheet pile wharf structurewas proposed,which can be used in harsh sea conditions and in areaswith no overburden and in narrow lands.With the use of the proposed structure,the construction problems on site were overcome,the wharfwas rapidly comp leted and the construction progressof themainwharfwasenhanced.

new temporary wharf;unanchored sheet pile;supporting pillar structure

U656.112

A

2095-7874（2016）06-0029-03

10.7640/zggw js201606007

2016-03-20

張育林（1972—），男，湖北武漢市人，工程師，工程管理專業(yè)。

于洋，E-mail：26975055@qq.com