◎王耀東 余俊韜 杭州市交通規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司

水運是大型貨物運輸?shù)闹匾緩?，隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展，大型貨物運輸首選水運，而水上運輸最重要的交通樞紐是沿途的港口碼頭，只能通過港口碼頭，相應(yīng)貨物才可以實現(xiàn)水路聯(lián)運，因此，高質(zhì)量的港口碼頭建設(shè)在我國整個運輸業(yè)的發(fā)展中具有非常重要的作用。

1.工程簡介

項目碼頭為新建項目，共征用土地40.19畝，利用岸線348m。水域部分擬新建4個500噸級泊位（水工結(jié)構(gòu)按1000噸級設(shè)計）及相應(yīng)的附屬設(shè)施，碼頭泊位長度256m，沿航道上游至下游依次布置散貨進口兼出口泊位1個、散貨進口泊位1個、多用途泊位1個、集裝箱泊位1個。陸域部分擬新建集裝箱堆場、件雜貨堆場、道路、綜合辦公樓、材料庫、變電所及相應(yīng)的配套設(shè)施。碼頭年吞吐量集裝箱5.2萬TEU、散貨85萬噸；碼頭年設(shè)計通過能力為集裝箱5.66萬TEU、散貨98萬噸。

碼頭所在的板塊地區(qū)正重點開發(fā)產(chǎn)業(yè)園。隨著區(qū)塊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和綜合實力顯著增強，部分貨物吞吐量較大的企業(yè)和公司對港口碼頭的需求越來越迫切。水上運輸具有運量大，運輸成本低的優(yōu)勢，通過水運進出口物資，將為企業(yè)發(fā)展提供有利條件。有無碼頭泊位建設(shè)條件，是企業(yè)選址的重要因素之一，是區(qū)塊招商引資必備的重要基礎(chǔ)條件。隨著板塊的建設(shè)與發(fā)展，轄區(qū)企業(yè)和銅業(yè)物流量大增。據(jù)了解，該企業(yè)每年約有130萬噸進口銅精礦需經(jīng)水運至較遠地區(qū)的碼頭，再用汽車短駁至區(qū)廠內(nèi)，不但物流成本大增，且對公路及路域環(huán)境也造成較大影響。據(jù)測算，銅精礦如直接通過水運至項目選址碼頭，每年可節(jié)約物流成本約3000萬元。為更好地助推企業(yè)發(fā)展，加快碼頭建設(shè)確有必要。本項目的建設(shè)必要性如下：1）本項目的建設(shè)是建設(shè)“交通強國”重要舉措的需要；2）本項目的建設(shè)是順應(yīng)“擁江發(fā)展”戰(zhàn)略的需要；3）本項目的建設(shè)是是區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的需要；4）本項目的建設(shè)是推動新區(qū)的建設(shè)與發(fā)展的需要。

根據(jù)以上分析項目的定位為企業(yè)自備碼頭，本項目企業(yè)運量預(yù)測見表1，如何在滿足規(guī)范及法律法規(guī)的要求前提下，效益最大化是本項目也是內(nèi)河碼頭總平布局必須要考慮的一個重點。在限制的岸線長度下，效益的最大化得益于碼頭后方陸域的大?。缓蠓疥懹蛎娣e寬裕裝卸車輛及設(shè)備交叉作業(yè)越少效率最高，效益也就最高；反之則低。

表1 本項目集疏運量預(yù)測

2.碼頭工程總平面布置

2.1 總平面布置原則

本項目的總平面布置原則具體如下：

（1）按照規(guī)劃確定的作業(yè)區(qū)位置，根據(jù)實際需要結(jié)合自然地形進行合理的平面設(shè)計；

（2）水域平面布置和陸域平面布置符合相關(guān)規(guī)范的要求并與當?shù)貤l件相協(xié)調(diào)；

（3）集裝箱、散貨功能區(qū)；生產(chǎn)與生活區(qū)域劃分明確；

（4）適當考慮遠期1000噸級船舶靠泊可行性。

2.2 總平面布置

2.2.1 碼頭前沿線確定

根據(jù)《內(nèi)河通航標準》（GB 50139-2014）、《運河通航標準》（JST180-2-2011），經(jīng)綜合考慮，本次設(shè)計采用的設(shè)計船型主尺度見表2。

表2 設(shè)計船型主要尺度表

本項目的現(xiàn)狀岸線前沿距航道中心線的距離約為21米，現(xiàn)狀陸域縱深為45-118米。

根據(jù)浙江省航道管理條例碼頭前沿線距離航道中心線最小距離應(yīng)當為該航道等級標準船寬的五倍；本工程所屬的航道等級為內(nèi)河天然IV航道（航道底寬為45米），航道等級標準船寬為8.8米，若按照此條例要求，碼頭前沿線距離航道中心線的最小距離為8.8×5=44米遠大于現(xiàn)狀岸線距離航道中心線。故據(jù)此條例碼頭前沿線應(yīng)距離航道中心線44米。

根據(jù)《河港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS166-2020）的要求，水流平緩河段的碼頭前沿停泊水域?qū)挾瓤扇?倍設(shè)計船型寬度。水流較急河段的碼頭前沿停泊水域?qū)挾瓤扇?.5倍設(shè)計船型寬度。項目所處位置為水流平緩河段，碼頭前沿停泊水域?qū)挾热? 倍設(shè)計船型寬度，即10.8×2=21.6米。據(jù)此計算碼頭前沿線應(yīng)距離航道中心線45/2+21.6=44.1米。

本項目碼頭前沿線要求距離航道中心線為44.1米。

結(jié)合以上分析本項目碼頭前沿線將在原岸線后退23.1米才能滿足相關(guān)強制性法律法規(guī)及規(guī)范要求。故本項目后方陸域縱深將減少至21.9-94.9米。碼頭總平面效果圖見圖1。

圖1 碼頭布置效果圖

2.2.2 碼頭總平面布置方案

本工程采用半挖入式布置，碼頭前沿線布置于距現(xiàn)狀駁岸前沿23.1m處，擬新建500噸級泊位（水工結(jié)構(gòu)按1000噸級設(shè)計）4個，沿淥渚江上游至下游依次布置散貨進口兼出口泊位1個、散貨進口泊位1個、多用途泊位1個、集裝箱泊位1個。利用淥渚江岸線348m，碼頭泊位長度為256m。本工程碼頭結(jié)構(gòu)段共259m，翼墻共43.4m位于碼頭兩側(cè)，護岸55.5m位于前沿北側(cè)。

陸域從南向北依次布置為綜合辦公區(qū)、集裝箱（件雜貨）功能區(qū)、散貨功能區(qū)、停車場和材料庫區(qū)域。次干道將綜合辦公區(qū)、集裝箱功能區(qū)、散貨功能區(qū)隔開，采用綠化將散貨功能區(qū)、停車場和材料庫隔開。港區(qū)沿后方道路南北兩側(cè)各設(shè)置1個大門，布置一條主干道寬度為15m，一條次干道寬度為5m，出入口位置適當加寬。主干道為單向四車道，橫貫整個作業(yè)區(qū)，南側(cè)大門進口處道路東側(cè)設(shè)置1個80t地磅，北側(cè)大門出口處道路東側(cè)設(shè)置1個洗車臺、1個80t地磅；次干道為單向一車道，通往集裝箱、多用途泊位前沿，直接進行集裝箱裝卸作業(yè)。

3.碼頭工程結(jié)構(gòu)選型

3.1 結(jié)構(gòu)選型設(shè)計原則

（1）符合相關(guān)法律法規(guī)及規(guī)范要求。

（2）參照當?shù)厍闆r，選用結(jié)構(gòu)合理，經(jīng)久耐用。

（3）經(jīng)濟，造價低。

（4）盡量利用當?shù)夭牧?、施工條件和成熟的施工經(jīng)驗。

（5）施工簡便，優(yōu)先考慮當?shù)厥┕し桨浮?/p>

3.2 結(jié)構(gòu)選型

根據(jù)總平面布置及當?shù)氐刭|(zhì)條件，考慮當?shù)厥┕l件和施工經(jīng)驗，選出碼頭經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)。本項目碼頭結(jié)構(gòu)在初步設(shè)計階段根據(jù)水深條件和使用習(xí)慣，并參照鄰近類似工程結(jié)構(gòu)型式，在進行碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮重力式碼頭結(jié)構(gòu)和高樁梁板碼頭結(jié)構(gòu)方案。

在考慮相關(guān)強制性法律法規(guī)及規(guī)范要求，在原岸線后退23.1米作為碼頭前沿線前提下，陸域面積相對減少。若采用高樁梁板式碼頭，碼頭平臺將進一步壓縮后方陸域縱深，故結(jié)合土地利用率最大化、陸域周轉(zhuǎn)便利的前提下優(yōu)先考慮重力式碼頭結(jié)構(gòu)型式。重力式碼頭結(jié)構(gòu)型式還有結(jié)構(gòu)整體性好，堅固耐用，損壞后容易修復(fù)。此外，高樁梁板式碼頭結(jié)構(gòu)，碼頭平臺會進一步縮小后方陸域面積，還需開挖邊坡，在碼頭前沿線一致的情況下，土石方開挖量大，土方開挖價格較高。經(jīng)綜合比選，推薦采用重力式結(jié)構(gòu)型式。

項目最終采用衡重式結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用φ1200mm鉆孔灌注樁，前后兩排布置，間距為5.0mm。樁頂現(xiàn)澆C30鋼筋砼底板，寬6.3m，厚1.5m，樁頂進入現(xiàn)澆底板200 mm，底板上設(shè)C30片石砼墻身，墻身臨水側(cè)設(shè)10:1的面坡，設(shè)C30鋼筋砼護面，上墻身高2.8m，背水側(cè)設(shè)置4:1背坡，下墻身背水側(cè)設(shè)4:1背坡，高6.19m，衡重臺寬1.8m。墻身上部設(shè)1.5m厚C30鋼筋砼壓頂，壓頂寬2.7m。擋墻墻身后回填，下部為拋石，上部為宕渣，作業(yè)帶面層采用C40砼面層。擋墻前沿布置系船柱、系纜鉤、鐵爬梯和橡膠護舷等附屬設(shè)施。

3.3 重力式結(jié)構(gòu)計算

港口碼頭建設(shè)項目的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，直接影響港口碼頭的項目質(zhì)量、安全性與服務(wù)能力。如果不能保證港口碼頭建設(shè)項目的結(jié)構(gòu)設(shè)計質(zhì)量，將引起其結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，導(dǎo)致港口碼頭服務(wù)能力跟不上，最后將引起整個港口碼頭的安全問題。若重力式結(jié)構(gòu)計算不能滿足相關(guān)規(guī)范要求的話，犧牲陸域縱深也是無可避免的。如下就是根據(jù)項目地質(zhì)等條件進行結(jié)構(gòu)安全復(fù)核計算。在不同水位最不利組合設(shè)計工況下，根據(jù)地質(zhì)勘察資料，計算重力式碼頭的整體穩(wěn)定性、抗滑移穩(wěn)定性、傾覆穩(wěn)定性及基底最大應(yīng)力等。

本工程共劃分為5個工程地質(zhì)層組，10 個工程地質(zhì)層?，F(xiàn)將各土層的工程地質(zhì)特征自上而下簡單分述如下：

（1）①：填土（Q）。層厚0.5～7.2m。

（2）②：粉質(zhì)黏土（Q）。頂板埋深0 .5～7.2 m，層厚1.3～6.3m。

（3）②：粉土（Q）。頂板埋深3.7～8.5m，層厚1.7～4.6m。

（4）③：淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q）。頂板埋深5.3～11.0m，層厚2.1～9.8m。

（5）③：粉砂（Q）。頂板埋深9.2m，厚度3.2m，分布不均勻，僅在鉆孔ZK18揭露。

（6）③：粉質(zhì)黏土（Q）。一般頂板埋深7.9～16.5m，層厚1.9～8.8m。

（7）④：圓礫（Jh）。頂板埋深，15.5～21.7m，層厚1.7～5.3m。

（8）⑩：全風(fēng)化粉砂巖（Sd）。頂板埋深18.8～25.0m，厚度為0.7～2.9m。

（9）⑩：強風(fēng)化粉砂巖（Sd）。頂板埋深18.9～26.1m，厚度為5.4～13.4m。

（10）⑩：中風(fēng)化粉砂巖（Sd）。頂板埋深27.2～35.7m，揭露厚度為1.4～5.8m，未揭穿該層。

3.3.1 計算軟件

本設(shè)計階段使用的計算軟件為易工水運工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件 V3.0與理正巖土。

樁基承載力：根據(jù)《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTS 167-2018），按照承載力經(jīng)驗參數(shù)法確定灌注樁單樁軸向抗壓承載力設(shè)計值，按照下式計算：

式中：Q——單樁軸向承載力設(shè)計值（kN）；

γ——單樁軸向承載力分項系數(shù)，γ取1.6；

U——樁身截面周長（m）；

ψ、ψ——樁側(cè)阻力、樁端阻力尺寸效應(yīng)系數(shù)，當樁徑不大于0.8m時，均取1.0，當樁徑大于0.8m時，按規(guī)范表4.2.4-4取值。

q——單樁第i層土的單位面積極限側(cè)摩阻力標準值（kPa）；

l——樁身穿過第i層土的長度（m）；

q——單樁單位面積極限樁端阻力標準值（kPa）；

A——樁身截面面積（m）；

3.3.2 重力式結(jié)構(gòu)

按《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（JTS 167-2018），對碼頭沿墻底面、基床底面的抗滑、抗傾穩(wěn)定性按下式驗算：

碼頭地基承載力按下式驗算：

按《港口工程地基規(guī)范》（JTS167-1-2010）的規(guī)定碼頭地基整體穩(wěn)定性按下式驗算：

Msd≤MRk/γR

按不同水位最不利組合設(shè)計，碼頭的水平抗滑、抗傾整體穩(wěn)定性驗算、地基承載力驗算均滿足要求。

3.4 耐久性設(shè)計

本項目永久性水工建筑物的設(shè)計使用年限為50年。

為提高建筑物耐久性，主要采取的措施是灌注樁使用一次性鋼護筒作為保護，碼頭迎水側(cè)設(shè)置C30鋼筋砼護面層，縮小結(jié)構(gòu)的最大裂縫控制寬度，壓頂臨水側(cè)外邊緣包鋼板，碼頭分段之間以角鋼護邊。

4.結(jié)語

通過以上的分析可以發(fā)現(xiàn)，內(nèi)河碼頭往往存在現(xiàn)狀岸線距離航道中心線較近且各個地區(qū)的法律法規(guī)對碼頭安全運營要求較高，這樣必然導(dǎo)致新建碼頭前沿線將向陸域側(cè)后退導(dǎo)致陸域縱深的減少。內(nèi)河碼頭總平面布置對結(jié)構(gòu)選型影響較大，在考慮項目審批，符合相關(guān)強制性法律法規(guī)及規(guī)范要求下，如何做好效益最大化，重力式碼頭結(jié)構(gòu)型式較為合理。當然若后方陸域較為充裕高樁梁板式碼頭結(jié)構(gòu)也較為合理。