某海港码头过渡段结构设计与造价分析-李亚俊.doc

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1、Technology Innovation/技术创新 某海港码头过渡段结构设计与造价分析 李亚俊 云南水运规划设计研究院 摘 要：某海港码头位于广东省雷州半岛东南区域，本文研究对象为该港口煤炭码头与重件码头的过渡段，根据 以往经验采用直立式沉箱结构。本文首先基于设计经验与工程实际建设环境对其过渡段 进行了详细设计，然后 采用物理模型试验，对码头结构的稳定性进行了分析验证。结果显示，本文设计的直立式沉箱结构能 满足 规范 相应的稳 定要求，且比原方案，即斜坡堤方案节省工程造价 1226.52 万元，节约比例高达 15.7%，具有良好的经济 效益与实用价 值。 关键词：过渡段结构；直立式沉箱；稳定

2、荷载；基床应力 1 项目概况 实例 海港码 头位于广东省雷州半岛东南区域。根 据应用要求，本工 程需要新建一座煤 炭码头与一座重 件码头。在两座码头之间，需要建立过渡段（过渡段长 为 223.7m），根 据以往设计 经验、工程实际建设环境以 及本工程结构安全要求，建议码头采用直立 式沉箱 结 构。 本工程其平面布置见图 1。 2 结构设计 基于设计经验与工程实际建设环境，建议本工程结 构设计如下： 过 渡段采 用直立 式沉 箱结 构，其中，暗基床 长为 36.4m，开挖至 -23.8m，两边放坡坡比为 1:2，基床上置隔 板沉箱（长为 24.4m，宽为 18.65m 高为 16 19 m），沉

3、箱剖 面共有 20 个仓格，其中中间仓格以及靠近陆域仓格内回 填土采用粒径为 15.0 60.0m m 的中粗砂，临水侧仓格内 回填土采用块石。单个沉箱空箱重为 3865t，回填后自重 可达 8560t。沉箱底部采用块石基床，栅 栏板及扭王字 块护底。沉箱顶部设置钢筋混凝土防浪墙，防浪墙顶高 程为 12.0m。整个基础采用抛填 10 100kg 块石 .沉箱顶 部高程为 1.20m，其上方胸墙高程港侧和外海侧分别为 10.3 m 和 12.0m，胸墙后方码头顶面平台高程为 6.5m；沉 箱两侧坡脚分别采用 150 200k g 块石进行掩护过渡段 剖面结构设计见图 2。 3 结构稳定性验证 图

4、 2 直立式沉箱结构过渡段剖面 3.1 波浪试验布置与设计 为验 证本文设计 结构段稳定性，采用物理 模型试 验进行验证。其中，物理模型选择几 何比例尺均为 1:50 的正态模型，根据计算，流量比尺为 1:355 .2，糙率比 尺为 1:1.791，时间比尺 为 1:8.33。试验水槽长 68 m，宽 1.0 m，高 1.5 m。造波机为电机伺服驱动推板吸收式造波 机。本试验风浪水槽布置见图 3。 试 验波浪 主要采 用频谱不规则波 ，波谱 采用 JONSWAP 谱 ，谱的表达式为： 其中： 图 1 实例工程平面布置 图 3 水槽波浪试验布置图 万方数据 2017 年第 3 期 121 Tec

5、hnology and Industry Across the Straits 式中， f 为频率； 为水面比降修正系数 ; 为有效 波 高； 为有效 波周期； t p为完整波周期； s(f)为谱密 度； fp为峰频； 为谱峰因子，取 3.3； 为无维普宽参 数。 3.2 波浪试验结果分析 针对研究对象，分别采用重现期为 50 年的极端低水 位以及重现期为 50 年的 极端高水位进行试验研究。结 果表明，在极端低水位工况下，沉 箱分别受到 1061k N/m 的水平力与 533kN/m 的浮托力，而在极端高水位工况下， 这两项特征值则分别为 1455k N/m、 769kN/m，两种工况 下沉

6、箱受力均满足规范安全要求。对比试验测量值与直 立式沉箱结 构设计承载力，在各工况下，结构段所受最 大特征力均小于设计承载力，直立式沉箱结构稳定、安 全。另外通过试验发现，沉箱与胸墙一整体受到最大总 水平力和总竖向力与沉箱最大水平力和浮托力表现在 同一时刻。 同时，进一步观察、统计，这两种工况下，越浪量分 别为 0.009 m /m s 以及 0.292m /ms，越浪量低于临界值， 不会对直立式沉 箱结 构安全造成 威胁，可满足泊稳条 件。从图 4 也可看出，在各水位波浪作用下，通过试验观 测可得，即使在极端低水位， 150 200kg 护底块石表面 上方淹没水深达 16.09 m，因此在波浪

7、连续作用下，波浪 （ a）极端低水位重现 期 50 （ b）极端高水 位重现期 年波浪作用下 50 年波浪作用下 图 4 各水位下波浪作用效果图示 对块石稳定性影响不大，波浪连续作用 3h， 150 200kg 护底块石保持稳定。 将各工况下波浪作用效果绘于图 4。 4 与原方案造价对比 本码头原工程方案为斜坡堤结构设计。根据两个方 案的具体结构 情况，同时结合工程区域现场的材料造 价，将二者的具体工程造价对比列于表 1。由表 1 可知， 直立堤方案比斜坡堤方案节省工程造价 1226.52 万元， 表 1 与原方案造价对比 节约比例高达 15.7%，具有显著的经济效益。 5 结论 本文基于以往

8、设计经验，对广东省雷州半岛东南区 域 某海港立过 渡段 进行了结 构设计，并 借助物理模型 试验 对结构的稳定性 进行了分析。从分析结果来看，本 文设 计结构在各工况下越浪量较小。护底石块较 为稳 定，沉箱受力均满足规范要求，从结构稳定计算结果来 看，在各工况下，直立式沉箱结构码头过 渡段的抗滑、 抗倾安全系数均高于规范要求、地基沉降量较小，结构 稳定、安全。同时，经与原方案对比，本方案比原方案节 省工 程造价 1226.52 万元，节约比例高达 15.7%，具有良好 的经济效益与实用价值，推荐在本工程中使用。 参考文献 1 JTS 154 -1-2011 防波堤设计与施工规范 S. 2 周益

9、人，陈国平，王登婷，等透空式水平板波浪上托力计算方法 J海洋工程， 2004.22(2)： 26 30 3 JTS 145-2-2013 海港水文规范 S. 4 魏元友扶壁式码头土压力量测及计算问题探讨 J岩土工程学报， 1987(6)： 91 102 5 周益人，陈国平，王登婷，等透空式水平板波浪上托力计算方法 J海洋工程， 20 04.22(2)： 26 30. 6 Wiegel R L .Transmission of waves past a rigid vertical thin barrier J .Jou rnal of t he Waterways and Harbors Division， ASCE， 1960（ 86） :1-12. 作者简介 李亚俊（ 1985-），女，大学本科，中级工程师，主要从事内河，港 口工程造价方面的工作。 122 海峡科技与产业 万方数据 3 3