青岛港邮轮码头透空式上部结构设计与研究

邹一波，郭春玲，付爱珍

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300222）

青岛港邮轮码头透空式上部结构设计与研究

邹一波1，郭春玲2，付爱珍2

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津300222；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津300222）

码头设计中采用透空式上部结构，可以减小波浪对码头的作用力，减少码头上水、降低码头面高度。以青岛港邮轮码头工程为例，通过物理模型试验研究，优化结构方案，确定结构开孔尺寸和码头面高程。结果表明，在上部结构采用透空形式进行消浪，对减小码头上水、降低码头面高程的效果明显，可为类似工程设计提供参考。

邮轮码头；透空式上部结构；消浪；码头上水

0　引言

青岛港邮轮码头工程建设位置地基岩面较浅，承载力高，经工程前期工作各方案的比较，最终采用重力式沉箱结构。同时由于邮轮码头处于无掩护水域，若采用常规不透空直立式岸壁结构，为解决码头上水，则码头面高程较高，与后方陆域高差较大，衔接较为困难。工程中常用的解决办法是在沉箱上开孔，但本工程因某些原因不能采用，故将开孔高度提高，在胸墙上开孔，并通过物理模型试验来观察其作用效果。

1　工程概况

青岛港邮轮码头工程[1]位于青岛港大港池口门处，码头岸线与中港池西北防波堤平行，距防波堤95 m。该工程为1个15万吨级邮轮泊位，码头岸线总长490 m，码头面高程6.2m。前沿设计底高程为-13.5 m，可停靠目前世界上最大的邮轮——海洋绿洲号。青岛港邮轮码头工程平面布置见图1。

邮轮码头处于无掩护水域，为开敞码头，其顶面高程除应满足码头顶面不被波浪淹没的要求外[2]，还要考虑与后方陆域的衔接。根据码头泊稳数学模型结论，在设计高水位重现期50 a一遇波浪作用下，邮轮码头前沿最大波峰面高程为7.28 m，码头为重力式沉箱岸壁结构，不考虑上部结构和富裕高度，码头顶面高程可取7.2 m。现有老港码头陆域顶面高程为5.5m，邮轮泊位码头顶面与后方陆域之间高差较大，若将陆域全部填高至7.2 m，造价过大，若采用过渡坡度，不方便陆域房建、机械及道路的布置。为解决这一难题，只能从降低码头面这个方面来考虑。

图1　工程平面方案图Fig.1 Proposed p lan layout ofwhar f

为降低码头面，码头结构采用透空结构，因某些原因沉箱上不能开孔，故将上部结构做成透空形式，以减小码头前的反射波高，降低码头顶面高程。因上部结构上有系船柱、护舷和轨道等设施，采用怎样的开孔形式及大小，既能达到消减码头前波浪、降低码头顶面高程的目的，又能满足结构要求。为此进行了专门的透空式上部结构的设计，并进行了相关模型试验[3-4]。

2　设计条件

2.1设计水位（当地理论基准面）

设计高水位4.34m，极端高水位5.43m。

2.2设计波浪要素

设计波浪要素见表1。

表1　设计波浪要素Table1 Designwave parameters

3　结构设计与方案对比

码头结构为重力式沉箱结构，前沿底高程-13.5 m，沉箱顶高程+2.5 m。沉箱内回填5～50 kg块石，沉箱顶面现浇上部结构，上部结构为透空消浪结构，见图2。

开孔消能的主要原理是利用墙前波浪与进入消能室的波浪相位差和波浪进入消能室后产生的紊流消耗能量，来达到减小波浪力的作用。消能效果与开孔大小和消能室的宽度有关。根据国外资料和国内科研单位的试验研究成果[5-7]，消能室宽度B与入射波长L的比值为B/L=0.2左右时消能效果最佳，一般B/L为1/4～1/8。

因本工程沉箱不能开孔，只能在上部胸墙上开孔，故开孔率较小。为保证上部透空结构的消浪作用，在满足结构要求的前提下尽可能的加大消浪室。一般的沉箱结构，码头上部结构只是将沉箱前舱顶面现浇混凝土形成码头面。为达到消能效果，将沉箱顶面整个现浇混凝土透空结构，除底面、顶面和后面为实体外，其他全部为透空。为加大消浪室，将顶面和底面之间的隔墙取消，四角处采用棱柱支撑，消浪室的宽度为9.65 m，B/L约为0.2。

图2　码头断面结构图Fig.2 Structural crosssection ofwharf

为验证透空式上部结构的消浪效果，并确定结构上的波浪力，验证结构的稳定性，分别按不同的顶面高程即+7.2 m、+6.7 m和+6.2 m，即不同的消浪室高度进行了3个方案的模型试验。透空式上部结构具体尺寸见图3。

图3　胸墙结构图（单位：mm）Fig.3 Structu re of breastwall(mm)

4　结果分析

各水位重现期不规则波作用下3个方案的模型试验结果[3]详见表2、表3。

表2　码头前沿波高值Table2 W aveheightsat frontofwharf

从表中可以看出：

1）码头面高程+6.2 m，消浪室高度1.8 m，极端高水位50 a重现期不规则波作用时越浪量最大，为0.082 9m3/（m·s），最大水舌厚度为1.95m。设计高水位时的上部结构开孔消能作用发挥较好，重现期10 a无越浪；

2）码头面高程+6.7 m，消浪室高度增大到2.3m，消能效果增强，极端高水位50 a重现期不规则波作用时越浪量为0.023 3m3/（m·s），最大水舌厚度1.65m，设计高水位10 a重现期无越浪；

3）码头面高程+7.2 m，消浪室高度增大到2.8m，消能效果最好，极端高水位重现期50 a不规则波作用下的越浪量为0.003 6m3/（m·s），最大水舌厚度为1.05m，设计高水位10 a重现期无越浪。

物模试验结果表明，在消浪室宽度一定的情况下，消浪室的高度越大，码头前的比波高值越小，消能效果越好，但码头面顶高程也越高，这样不但码头的工程造价高，且与后方陆域的高差较大，衔接困难。

从试验结果可知，码头顶面高程6.2 m、消浪室高度1.8 m时，设计高水位时重现期10 a无越浪，极端高水位50 a重现期的越浪量为0.082 9 m3/（m·s），基本上可以满足码头的使用要求，故码头顶面高程确定为6.2m，为减小越浪量，改善极端高水位下码头上浪情况，在码头前沿设置封闭的护轮坎，护轮坎高度为0.5m，此时越浪量减小至0.078 8 m3/（m·s），满足设计和使用要求。

表3　码头面上浪试验结果Table 3 Test resultsof overtopp ing on whar f deck

5　结语

在青岛港邮轮码头的设计中，通过物理模型试验结果的研究表明，只在上部结构采用透空形式进行消浪，在减小码头上水、降低码头面高程方面效果显著。而且采用透空式上部结构，在降低码头顶面高程的同时可降低码头前沿的比波高值，改善码头前沿的泊稳条件。这对邮轮码头这种客运码头来说，提高了船舶停靠时的舒适性。本工程的设计思路及试验数据可为类似工程设计提供参考。

[1]中交第一航务工程勘察设计院有限公司.青岛港老港区邮轮码头工程可行性研究报告[R].2012. CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Engineering feasibility study reportofcruisewharf in Qingdao Port[R].2012.

[2]JTS 167-2—2009，重力式码头设计与施工规范[S]. JTS 167-2—2009,Design and construction code for gravity quay [S].

[3]交通运输部天津水运工程科学研究所.青岛港老港区邮轮码头工程断面波浪物理模型试验研究报告[R].2012. Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,M.O.T. Physicalmodel reportofwave condition of cruise wharf in Qingdao Port[R].2012.

[4]交通运输部天津水运工程科学研究所.青岛港老港区邮轮码头工程码头泊稳数学模型研究报告[R].2012. Tianjin Research Institute forWater Transport Engineering,M.O.T. Mathematicalmodel report of anchor stability condition of cruise wharf in Qingdao Port[R].2012.

[5]邱驹.港工建筑物[M].天津：天津大学出版社，2002. QIU Ju.Harbour engineering building[M].Tianjin:Tianjin University Press,2002.

[6]习和忠.开孔沉箱防波堤消浪作用的理论研究及应用[J].港口工程，1994（6）：11-16. XI He-zhong.Theoretical study and application on perforated caisson breakwaterwave dissipation[J].Port Engineering,1994(6): 11-16.

[7]施晓迪，琚烈红.开孔沉箱消浪性能试验研究[J].水运工程，2011（3）：16-20. SHIXiao-di,JU Lie-hong.Experimental research onwaveattenuation effectiveness ofperforated caisson[J].Port&Waterway Engineering,2011(3):16-20.

Design and study on permeable superstructure of cruise wharf in Qingdao Port

ZOUYi-bo1,GUOChun-ling2,FUAi-zhen2
（1.CCCCTianjin PortEngineering InstituteCo.,Ltd.,Tianjin 300222,China; 2.CCCCFirstHarborConsultantsCo.,Ltd.,Tianjin 300222,China）

A permeable superstructure in wharf design can reduce wave forces acted on the wharf and reduce overtopping，thus lowering down theelevation of thewharf deck.Taking the cruisewharf in Qingdao Portasan example,thewharf structure is optimized through physical model tests to determine the dimensions of hollows in the breast wall and the wharf surface elevation.The analysis results show that,with the permeable superstructure to dissipatewaves,themethod doeswell to reduce overtopping and wharf elevation.Itmay provide a reference to similar projectdesign.

cruise terminal;permeable superstructure;wave dissipation;overtopping

U656.111

A

2095-7874（2016）06-0025-04

10.7640/zggw js201606006

2016-03-21

邹一波（1983—），男，辽宁沈阳市人，工程师，港口航道与海岸工程专业。E-mail：zouyibo@163.com