某港口重力式码头结构优化比选分析

某港口重力式码头结构优化比选分析

0总结重力码头是中国广泛使用的一种码头结构类型。1防城港电厂港区云拟建码头位于广西防城港市企沙镇,即在企沙半岛西侧,在东湾的云约江南岸靠近出口处,西侧为防城港电厂码头。拟建设2个3000t级件杂货泊位和1个2000t级泊位(码头水工按靠泊5000吨级船舶设计),设计年吐量120万t。2施工条件2.1设计水位2.2设计波浪根据码头的平面布置和波浪作用方向,其重现期按50年一遇:极端高水位:NNW向:H设计高水位:NNW向:H设计低水位:NNW向:H2.3设计负荷码头前沿10m范围内堆货荷载标准值为20kN/m2.4高度设计码头面高程:6.00m(当地理论深度基准面,下同);码头前沿停泊水域底高程:-8.10。2.5砾石的成岩改造场地岩土层主要由第四系海陆交互相沉积层(Q(1)填筑土(1)(Q灰色,深灰色等,饱和,松散状,土质不均匀,由淤泥质土、砾砂及贝壳类生物碎屑组成,主要成分以砾砂为主。(4)角砾(3)(Q黄白色,褐黄色,饱和,稍密~密实状,砾石的成份主要为石英和硅质岩,颗粒呈棱角状,分选性差,级配较好,粒径2~20mm约占60%,其余为中细砂、砾砂充填。(5)粘土(4)(Q由泥质粉砂质岩风化后形成。灰黄、红黄色,硬塑状为主,局部可塑状,粘性一般,韧性一般,干强度较高,土质不均匀,切面粗糙,无光泽。(6)强风化泥质粉砂岩(5)褐黄色,泥质粉砂结构,层状构造,节理裂隙较发育,岩体破碎,岩质软,手可掰断,钻进速度较快,岩芯多呈泥团状、小块状、局部为粉砂状,采取率低。(7)中风化泥质粉砂岩(6)灰、灰黄色,泥质粉砂结构,层状构造,节理裂隙发育,局部穿插石英脉,岩体稍完整,岩质稍软,指甲尚可刻画,钻进速度稍快,岩芯多呈小块状、短柱状,采取率低。上述各岩、土层岩土设计参数建议值见表1,码头区域地质横剖面图见图1。2.6地震动反应谱特征根据中华人民共和国国家标准《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)划分,本区地震基本烈度为Ⅵ度,特征周期分区为第一区,地震动峰值加速度值为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.35。3重力式结构平台根据码头建设工程所在区域的地质条件分析,码头区域主要为全风化至中等风化的泥质粉砂岩,岩层厚度大、承载力较高,可作为良好的持力层。因此,码头平台选择重力式结构较为合适。本文推出三个结构方案进行比选。3.1现浇混凝土透水驳岸由底至圆长丝网下构为预制钢筋混凝土薄壁大圆筒。圆筒外径为8.0m,壁厚0.32m,单个圆筒段宽度为8.95m,圆筒外趾悬挑80cm,底标高为8.10m,顶标高为1.30m,单个圆筒重306.7t。圆筒顶上为预制钢筋混凝土盖板,盖板后侧悬挑2.2m。其上为现浇混凝土胸墙结构。圆筒内回填中粗砂及级配碎石反滤料,圆筒后方回填中粗砂,中粗砂要求振冲达到中密以上,中粗砂的水上、水下内摩擦角要求均≥32°。整个结构作用在抛石基床上,详见图2。3.2抛石基激发混凝土措施b.下构为预制空心方块结构,空心方块垂直码头线长8.4m,加前趾长0.8m,总宽9.2m,平行码头线长6.2m,高9.4m,前壁厚0.4m,后壁厚0.3m,侧壁厚0.3m,单个方块重230t;方块顶上为预制钢筋混凝土盖板,盖板后侧悬挑2.2m。其上为现浇混凝土胸墙结构。方块内回填中粗砂,方块后方回填中粗砂,中粗砂要求振冲达到中密以上,中粗砂的水上、水下内摩擦角要求均≥32°。整个结构作用在抛石基床上。详见图3。3.3混凝土扶壁结构下构为预制扶壁结构,扶壁顶高程1.5m,底高程-8.1m,底宽10m,顶宽2.7m,扶壁前壁厚0.4m,肋板厚0.30m,底板厚0.40m,前趾宽0.8m,单个扶壁结构重200t。扶壁顶上为预制钢筋混凝土盖板,其上为现浇混凝土胸墙结构。扶壁内回填中粗砂,扶壁后方回填中粗砂,中粗砂要求振冲达到中密以上,中粗砂的水上、水下内摩擦角要求均≥32°。整个结构作用在抛石基床上,详见图4。3.4三个方案的技术选择三个方案的技术优缺点情况见表2。从三个方案的技术优缺点比较表(见表2)中可以得出,三个方案从技术上讲均是合理、可行的。3.5方案三:基槽开挖占总投资的比重大,基槽开挖在整个港区面较高,从经济上比较,方案一码头水工投资4592万元,其中基槽开挖投资980万元,占总投资的21.3%;方案二码头水工投资4811.5万元,其中基槽开挖投资1072万元,占总投资的22.3%;方案三码头水工总投资4598万元,其中基槽开挖投资1107万元,占总投资的24.0%。从中可以看出,基槽开挖在整个码头水工投资中占了很大的比重,分析基槽开挖投资高的原因,主要有以下几点:(1)项目所在地原地面线较高,基槽开挖量大,方案一、二、三的基槽开挖量分别为:7.8万m(2)项目所在地岩面较高,炸礁量大,方案一、二、三的炸礁量(其中强风化岩按照50%开挖,50%炸礁考虑)分别为:3.1万m(3)项目所在地距离抛泥区30km。从以上分析可知,如何控制本项目的基槽开挖投资成了本项目控制的关键因素。4扶壁衡重式结构从表2的三个技术方案比选中,可以看出,方案三较方案一、方案二混凝土用量最省,但基槽开挖量大。分析原因,主要是因为圆筒、方块有卸荷板,减小了土压力,从而底宽较小。基于“方案三+卸荷板”的思路,推出水工结构方案四,即扶壁衡重式结构,详见图5。下构为扶壁衡重式结构,扶壁衡重式顶高程1.3m,底高程-8.1m,底宽6.75m,顶宽2.7m,扶壁肋板上设置衡重式卸荷平台,卸荷平台顶高程-1.20m,宽5m。扶壁前壁厚0.4m,肋板厚0.30m,底板厚0.40m,前趾宽0.8m,高0.4m,单个扶壁结构重275t。扶壁衡重式顶上为预制钢筋混凝土盖板,其上为现浇混凝土胸墙结构。扶壁衡重式内回填中粗砂,扶壁衡重式后方回填中粗砂,中粗砂要求振冲达到中密以上,中粗砂的水上、水下内摩擦角要求均≥32°。整个结构作用在抛石基床上,见图5。扶壁衡重式结构码头水工总投资4274万元,其中基槽开挖投资731万元,占整个码头水工投资的17%,有效地减少了基槽开挖量,降低了工程投资。在最终的方案推选中,成为最终的实施方案,并成功地得到实施应用。5减少基槽开挖动态扶壁衡重式结构与传统的圆筒、空心方块、扶壁相比,可以更有效地减少土压力(见表3),从而减少构件底宽,减少基槽开挖工程量。扶壁衡重式结构的特点是重心靠后、靠上,因此,设计时应注意验算构件的后倾稳定性、抗震稳定性。因本项目所在地地震基本烈度为Ⅵ度,根据规范6潮谷表土土岸带。据初落的潮谷,设计了“潮谷”本项目为该作业区最早实施的项目,因此,扶壁衡重式结构的成功应用,为后续项目的建设提供了很好的参考资料。设计高潮位:4.64m(潮峰累积频率10%);设计低潮位:0.30m(潮谷累积频率90