锦州港煤炭码头一期工程结构断面优化设计

陈 羽，周庆文

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

锦州港煤炭码头一期工程结构断面优化设计

陈 羽，周庆文

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

重力式沉箱码头结构型式是锦州港码头经典结构型式，中电投锦州港煤炭码头一期工程对沉箱结构型式进行优化，采用宽沉箱结构型式，在降低施工难度、缩短工期、节省工程投资方面效果显著，本工程的成功经验可供其他同类工程借鉴。

沉箱结构；中电投锦州港煤炭码头一期工程；宽沉箱

引 言

在重力式码头结构中，沉箱码头结构具有码头整体性好、混凝土用量少、水下工作量小、施工速度快等优点。传统沉箱码头断面是根据沉箱的基顶和基底抗滑、主体结构抗倾、基床和地基承载力及整体稳定计算确定的，同时受预制能力和起吊拖运能力制约，沉箱断面宽度范围内一般不同时安放前后轨，后轨道梁下打设灌注桩以增加承载力和减少沉降，如沉箱后回填块石会增加打桩难度、增加费用及延缓工期。目前，锦州港已建成的码头结构基本上都是沉箱重力式码头，根据前人的研究成果，对于10万t级码头泊位，方块结构施工难度大、费用高，随着码头水深增加和码头结构断面的加大，方块码头结构整体不足的缺点会越发凸显，因此选用沉箱结构更为合理。本文以锦州港中电投煤炭码头一期工程为例，对传统沉箱码头断面进行优化，以期在保证造价不会大幅增加的基础上取得好的技术效果，为类似工程设计提供参考与借鉴。

1 工程概述

锦州港位于渤海西北部的锦州湾北岸，港口北距锦州市区35 km，西离葫芦岛市36 km，东距盘锦约 95 km，水路距秦皇岛港 98 n mile、大连港262 n mile，是渤海西北部400 km海岸线上唯一对外开放的一类口岸。锦州港煤炭码头一期工程陆域位于规划锦州港港区的西侧，第四港池的后方，码头岸线位于规划第四港池的北岸。码头设计长度为820 m，新建3个7万t级专业化煤炭装船泊位，码头结构全部按10万t级散货船设计，年设计通过能力3 500万t，码头面顶高程为5.00 m，码头结构全部按10万t级散货船设计，码头前沿底高程为-15.7 m。

2 码头结构设计与优化

2.1 主要设计条件

设计高水位为4.65 m；设计低水位为3.60 m；极端高水位为-0.07 m；极端低水位为-1.67 m。码头前沿50年一遇波要素：极端高水位H1%为2.1 m，设计高水位H1%为2.1 m，设计低水位H1%为2.0 m，均为5.6 s。

勘察结果表明，该区域岩土层分布较有规律。在勘察深度范围内，自上而下主要分为4大层：淤泥混砂、①1淤泥质粉质粘土；②1粉质粘土、中粗砂、②2粗砾砂、②3粉质粘土、②4粗砾砂；③1残积土、③2全风化岩、③3强风化岩；④1中风化岩；其中②大层中多处夹有粘性土混砂、砂混粘性土及粉质粘土等薄层或透镜体。

③3强风化岩工程地质性质好，标贯击数N＞50击，其岩面高程为-12.87～-22.08 m，是重力式码头结构良好的持力层，但部分区域需炸（挖）岩。

本工程区域抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。

工艺荷载分为码头均布荷载和装船机荷载，其中装船机前轨到码头前沿线的距离为6 m，轨距16 m，基距16 m，共4个支腿，每腿12轮，轮距0.8 m。工作状态、非工作状态最大轮压分别为400 kN、450 kN，水平荷载两个方向均为轮压的8 %。

2.2 沉箱结构方案

码头结构型式除满足平面及工艺要求外，主要由其所在区域的自然、施工等条件决定的。本工程所在区域强风化岩面的埋藏深度与码头结构的基础位置基本相符，强风化岩可作为重力式码头的良好持力层。

重力式结构对码头面荷载的适应性好，抵抗船舶水平荷载能力大，并具有施工经验成熟、维修费用少、结构坚固耐久的特点。所以，码头结构型式拟采用重力式结构。

目前，锦州港已建成的码头结构基本上都是沉箱重力式码头，结合本工程所在区域的地质条件和工艺布置方案，对本工程提出传统的沉箱结构断面：码头面顶高程5.0 m，码头前沿底高程-15.7 m；沉箱顶高程为1.9 m，沉箱仓格为3×4个仓格，沉箱长18.05 m，腰宽14.2 m，底宽15.2 m（前趾长1.0 m），高17.6 m。单个沉箱重约2 403 t；沉箱仓格内高程-3.0 m以下回填石碴，其上回填二片石垫层，二片石垫层以上回填10～50kg块石。沉箱上现浇钢筋混凝土胸墙、盖板；沉箱之间设结合腔，自码头前沿向后的结合腔内依次填充10～30kg块石、二片石、混合倒滤层，以形成倒滤层结构，沉箱后回填石碴，沉箱基床厚度约为0.8～6.2 m。

装船机前轨设置在胸墙上，后轨采用钢筋混凝土轨道梁，其基础采用Φ1 200灌注桩，灌注桩间距约为4.50 m，桩底高程约为-24.2～29.9 m。码头断面详见图 1，由于后轨轨道梁靠灌注桩支撑，为提高灌注桩承载能力，灌注桩须进入强风化岩以下。

图1 码头结构断面图初始方案

图1为散货码头典型沉箱结构断面，断面方向一般为3个仓格，仓格尺寸4～6 m，具体尺寸根据抗倾抗滑稳定计算确定，根据工艺布置要求，装船机前轨轨道梁一般在沉箱上，和胸墙整体现浇，后轨轨道梁单独设置基础，一般为钻孔灌注桩，由于钻孔灌注桩穿过沉箱后回填石料并进入强风化岩约8 m，使得灌注桩成孔困难，容易塌孔，工期增大，增加造价，另外，装船机大机设备四个支腿分别在重力式基础和桩基基础上，使用期两个基础的不均匀沉降给码头正常生产埋下了隐患。

2.3 沉箱结构方案的优化

通过以上分析，如果把传统沉箱3×4仓格变成4×3仓格，也就是把沉箱转个九十度就能把断面变宽，再调整仓格尺寸保证装船机的前、后轨均布置在沉箱上，这样，虽然码头断面加宽了，增加了预制沉箱的混凝土量和钢筋量，但节省了后轨灌注桩179根，并且由于原方案施工灌注桩需要穿强风化岩8～11 m，意味着不止节省了灌注桩的混凝土量和钢筋量，还节省了一整套施工钻孔灌注桩及钢护筒打桩的施工工艺，使得整个码头施工环节大大简化，从了极大的缩短了工期，节约了成本。

按照以上设想，对传统沉箱码头结构断面进行优化，优化设计为：码头面顶高程5.0 m，码头结构按10万t级散货泊位设计，其前沿底高程-15.7 m；沉箱顶高程为1.9 m，底高程为-15.7 m，长16.2 m，腰宽及底宽20.35 m，高17.6 m，沉箱由4×3个仓格组成，单个沉箱重约2 692 t；沉箱仓格内高程-3.0 m以下回填石碴，其上回填二片石垫层。前后二个仓格内在二片石垫层以上回填10～50kg块石。沉箱中间二个仓格上设置预制盖板，后仓格为现浇盖板，前仓格上为现浇胸墙。装船机前轨位于胸墙上，后轨位于后仓格现浇盖板及轨道梁上。沉箱之间设结合腔，自码头前沿向后的结合腔内依次填充10～30kg块石、二片石、混合倒滤层，以形成倒滤层结构，沉箱后回填石碴，沉箱基床厚度约为 0.8～6.2 m。优化后的码头断面详见图2。

图2 优化后的码头断面

对沉箱码头断面进行优化后，从工程造价看，优化后方案总造价为31.2万元/m，原方案总造价为30.8万元/m，工程造价相当。从施工特点看，原方案后轨灌注桩在沉箱后回填石料及强风化岩中成槽困难、工期长，且施工质量不易控制，优化后方案装船机前、后轨道梁直接在沉箱上现浇，施工简单、工期短，容易控制施工质量。

3 结 语

锦州港煤炭码头一期码头主体结构部分已于2013年完成施工，码头结构断面优化结果说明，采用宽沉箱能降低施工难度、缩短工期。当工艺装卸大机前后轨轨距在20 m以内时，宽沉箱可以把前后轨均布置在沉箱上，而传统窄沉箱受断面宽度约束只能设置灌注桩，如沉箱后回填抛石棱体会增加施工难度和费用，宽沉箱方案的优势会更加显著，今后可供类似工程参考与借鉴，并能产生可观的技术经济效益。

［1］赵辉.沉箱码头后方棱体结构的优化设计及主要施工工艺［J］.港工技术，2011，（2）：34-36.

［2］严惠兰，王怀.某港重力式码头结构型式比选与造价分析［J］.港工技术，2011，（4）：43-44.

［3］贾晓荷，陈志乐，路萍，等.基础持力层埋深较深的重力式沉箱结构优化设计［J］.中国水运，2015，（8）.

［4］杨文.重力式码头结构设计比选分析［J］.珠江水运，2013，（13）.

Optimum Design of Structural Cross-section in Jinzhou Port Coal Terminal
Phase-1 Project

Chen Yu，Zhou Qingwen
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

Gravity caisson structure is commonly used in Jinzhou port.Wide caisson structure has been used as an optimum design in CPI Jinzhou port coal terminal phase-1 project.The application of new structure decreases the construction difficulty，shortens the construction period and reduces the project cost to a large extent.The project experiences may provide a reference for similar projects.

caisson structure； CPI Jinzhou port coal terminal phase-1 project； wide caisson

U656.1+11

A

1004-9592（2016）05-0038-03

10.16403/j.cnki.ggjs20160510

2016-03-18

陈羽（1984-），男，工程师，主要从事港口工程水工结构设计。