万吨级重力式码头沉箱和方块结构形式的比选与造价分析

孙玮洁

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉430000)

万吨级重力式码头沉箱和方块结构形式的比选与造价分析

孙玮洁

(中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉430000)

针对非洲某火山岛国海岸某港8000DWT散货泊位的重力式码头沉箱结构和方块结构形式比较，进行沉箱码头和方块码头2种结构型式方案的技术经济、造价分析和施工工艺特点对比。比选分析结果表明，随着水深的增加、码头结构断面加大，与沉箱结构相比，方块结构整体性不足的缺点越发凸显，万吨级码头工程重力式方案选用沉箱结构形式更为合理。

重力式码头;沉箱;混凝土方块;造价分析

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.053

1 引言

随着“一路一带”战略实施，中国企业都在加快“走出去”步伐。中国交建等越来越多的国际化企业也在参与海外港口项目的建设。与国内港口项目相比，海外港口项目的要求更高、竞争更加激烈，不仅需要设计单位遵循国际上要求较高的行业标准，还要求设计方案以最经济合理的造价赢得业主的青睐。重力式码头方案如何使设计方案最合理，码头造价最省，施工工艺最科学，本文就针对非洲某国海岸某港8000DWT散货泊位项目，进行沉箱结构和方块结构两种代表性的重力式结构的造价分析，比较2种方案的造价，并结合施工难易程度进行分析，为以后类似的项目提供可参考的依据。

2 非洲某国海岸某港8000D W T散货泊位重力式码头的水工结构方案

2.1 工程所在地的自然条件

非洲某港的设计高水位4m（采用大潮平均高潮位，下同）；设计低水位0.5m；极端高水位5.5m；极端低水位0m。该港地处非洲某国，该地多处由火山喷发堆积而成，海边都是火山熔岩喷发后凝结成的礁石，码头地基较好，有大量砂、石等建筑材料，建港条件好。该港利用天然水域海湾，港池外侧为实体斜坡堤防浪结构。多用途泊位段港池内侧采用方块（或沉箱）重力式结构，装卸区平台长度为150m，宽度为28m，高程为6.70m；码头基础为抛石(10～100kg)基床，抛石基床座落于珊瑚礁上，基床上安放预制钢筋混凝土方块（或沉箱），其上部现浇钢筋混凝土胸墙。

2.2 码头结构方案

码头拟建一个多用途泊位，码头水工结构按停靠5000DWT集装箱船或3 000DWT杂货船或5000DWT油船靠泊作业设计，设计船型尺度见表1。

表1 设计船型尺度表

码头面设计高程6.7m，码头前沿设计底高程-8.1m。根据掌握的该工程地质条件资料，码头地基承载力好，水工建筑物结构形式首选重力式结构。

2.2.1 沉箱结构方案

非洲某港码头如采用沉箱结构，单个沉箱高度10.1m，底宽12.0m，长6m；单个沉箱混凝土用量196m3，质量约500t；沉箱内设6个舱格，舱格内回填开山石。其上部现浇钢筋混凝土胸墙。码头基床抛石的平均厚度约为2m，沉箱后方抛填5～200kg块石形成减压棱体，码头后方陆域回填料为开山石，抛石棱体与回填开山石之间设置二片石层和混合倒滤层。沉箱方案的码头结构断面见图1。

图1 沉箱方案的码头结构断面

2.2.2 实体方块结构方案

非洲某港码头如采用实体方块，单个实体方块质量≈380 t，共设置5层方块。最顶层方块块体顶高程为0.4m，底层方块块体宽度10.0m。方块顶面以上设有悬臂长2.5m的卸荷板，卸荷板与顶层方块间设有预留孔，以现浇钢筋混凝土将卸荷板和顶层方块连接。方块后方抛填10～100kg块石形成减压棱体，陆域为回填开山石，抛石棱体与回填开山石之间设置2片石层和混合倒滤层。基床坐落在黏土层上，平均厚度约7.7 m。实体方块方案的码头结构断面见图2。

2.3 施工条件

本工程所用沉箱或方块，可在当地距现场2km处的临时预制场预制，再经海上浮运至本工程现场。码头结构后方的抛石棱体均采用陆上推进法施工。当地缺乏大型施工机械，施工材料主要依靠进口。当地石料丰富，主要为火山岩，砂主要考虑采用机制砂。经调查得知，建港所需的供电、供水、道路、通信等配套设施条件能基本满足建港需求。

3 造价分析和方案比选

本工程码头投资估算采用的主要材料调查价格为：钢筋5788元/t，水泥1570元/t，板枋材1996元/m3，中粗砂240元/m3，碎石159.96元/m3。在计算码头主要的分部工程量和工程费用时，码头结构的计算宽度均取28m。上述2种结构方案码头主体结构的直接工程费用，分别见表2和表3。

表2 沉箱方案码头主体结构的主要工程费用

从表2和表3可以看到，经过计算得出沉箱码头的造价约为47.46万元/m，方块码头的造价约为46.13万元/m。沉箱方案比方块方案码头造价高出约2.89%。通过对各细项工程费用的组成分析，可得知造成沉箱码头方案造价稍高的原因有：沉箱单个块体较重，高额的运输费用和起吊安装费用均要计入码头主体部分的工程费中；方块码头单块方块重量比较轻，对起吊安装设备的要求没有沉箱码头高。虽然，钢筋混凝土沉箱墙身结构每延米消耗的钢筋混凝土量比方块码头墙身少34.22m3，但是仍然比起吊安装设备的租赁费用少得多。另外，沉箱码头比方块码头每延米多出内抛石约54.07m3，这一项工程造价使沉箱码头高出方块码头约17648元/m。沉箱单个块体虽然较方块单个块体更大更重，但其优点是：安放块体数量少；施工速度快；水下工作量少；结构整体性好；抗震性能强；箱中填以砂石，较方块码头使用水泥量少。缺点是：需要钢材多；耐久性不如方块码头；需要专门的更大型的预制场地、施工船机和下水设施；从沉箱预制场地到安放地点浮运沉箱，要有足够航道水深。一般适用于当地有现成沉箱预制场或工程量较大的大型码头。在我国大连、葫芦岛、秦皇岛等地得到广泛采用。[1]

表3 方块方案码头主体结构的主要工程费用

图2 方块方案的码头结构断面

4 结语

通过以上分析可知，以上文中沉箱码头为例，重力式码头中码头主体结构、基槽开挖、抛石基床和后方抛石棱体等分部工程占工程费用绝大部分，分别占总工程直接费用约45 %、4%、10%和31%左右。因此，重力式码头优化设计的关键和重点应针对码头主体、基床和后方棱体才能达到优化目的。由于本工程地处非洲海岛，水泥等基础材料十分匮乏，需依靠从其他国家进口，海运费用占比较高、海上运输耗时久、水泥保存期限短等限制因素，均对码头的结构设计提出了很高的要求。这种情况在近年来海外港口码头建设中并不少见，建议对码头主体结构做进一步优化。在本工程比选沉箱方案与方块方案的码头单延米造价基本相当的前提下，沉箱具有码头整体性好、混凝土用量少、水下工作量小、施工速度快等优点。由于方块码头的门机后轨道梁坐落在回填块石上，使用期间的沉降量较大，必须经常进行调整和修复。经综合比选，认为沉箱方案更具优势，可以作为本工程码头主体结构的推荐方案。

【1】徐鑫.浅谈某港口重力式码头结构型式的选择［J］.中国水运，2013（4）：251-252.

Cost Analysis and Comparison Between Gravity Quay Caisson and ConcreteBlock Structure of 10 000DWT Berth

SUN Wei-jie
（CCCCSecondHarborConsultantsCo.Ltd.,Wuhan 430000，China）

Comparison of the gravity caisson and concrete block quay structure of 10000 DWT bulk cargo berth on anAfricavolcanicisland off the coast.With theanalysis ofconstruction cost,technology economy, and construction process technologyof the contrast betweengravity caisson and concrete block quay structure. Results shows that, with the increase of the water depth, wharf structuralsectionincreaseconcomitantly, concrete block quay structureexposed the inadequacies in integrity and shortcomings increasinglycomparedwith the gravity caisson structure. Therefore, it ismore reasonable to adoptgravity caissonstructure in 10000 DWT bulk cargo berthgravitywharfstructureselection.

gravitywharf;caisson;concreteblockquay;costanalysis

U655.2;TU723.3

A

1007-9467（2016）09-0176-03

2016-05-17

孙玮洁（1989～），女，天津人，助理工程师，从事港口工程概预算研究，（电子信箱）2236294351@qq.com。