码头前沿钢移动防浪墙的应用分析

陆 峰

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

防浪墙是为防止波浪翻越坝顶而在坝顶挡水前沿设置的墙体，多用在水库、河道、堤坝上，起防浪、防洪、挡水作用。传统的防浪墙大多以钢筋混凝土为主料，用模板浇筑而成，施工工艺繁琐，虽起到了防浪、防洪、挡水的作用，但是由于混凝土结构自重较大，不便于临时安装与拆卸。广东某重力式码头前沿除了正常的装卸作业功能之外，在前沿波浪较大的时候，为了保护后沿引堤段带式输送机等设施，需设置防浪结构。为了克服钢筋混凝土防浪墙的不可移动性，应采用自重小同时强度大的结构型式。本文参照钢闸门结构型式，设计出一种新型的钢结构移动防浪墙。

1 工程概况

本工程重件码头结构长169 m(含6 m翼墙衔接段)，码头主体结构结合斜坡式引堤结构，总宽42.2 m(重件码头宽22.2 m，引堤宽20 m)，码头面高程为6.5 m。重件码头主要用于接卸后方电厂重大件设备，兼顾停靠工作船功能。斜坡式引堤段布置带式输送机，运输煤炭码头燃煤至后方电厂。重件码头东北角布置一座变电所，主要为码头装卸设备供电。

根据厂址测波站观测资料(见图1)分析：工程海区全年波况，常浪向为WSW，出现频率为15.55%，次常浪向为WNW，出现频率为13.05%，利用煤炭泊位的防浪掩护，重件泊位受常浪方向作用较小。根据厂址测波站波浪玫瑰图，重件泊位受NNW、NW向强浪作用，该方向波高大，频率低。为了保证重件泊位上变电所与引堤段带式输送机免受极端波况破坏，应在重件泊位码头前沿布置防浪设施以保证其安全。

图1 厂址测波站观测资料图

2 防浪墙结构方案

2.1 方案提出

防浪墙的墙顶高程是影响越浪量的主要因素之一，因此为了确定重件泊位码头防浪墙的顶高程，本文对不同防浪墙顶高程下的越浪量进行了估算，具体结果如表1所示。根据计算结果，并充分考虑工程建设的安全性与经济性，重件码头防浪墙顶高程设计为+10.0 m。

表1 不同防浪高程下重件码头越浪量估算表[m3/(m·s)]

为了保护重件码头上的变电所设施及其后沿引堤段的带式输送机，同时不影响码头前沿正常的装卸作业，本文提出两个防浪墙结构方案。

(1)方案一：钢移动防浪墙

防浪墙设置在码头前沿，为了不影响装卸作业，前沿防浪墙需要实现临时的安装与拆卸。工程实际中常用的钢筋混凝土防浪墙自重太大，移动较困难。本工程参照钢闸门的结构型式，采用钢结构可移动防浪墙，图2、图3分别为钢移动防浪墙的平面图、断面图。如图2和图3所示，钢移动防浪墙中心距前沿线3.75 m，码头面上每隔7.5 m设置一个钢活动墩，底板利用螺栓固定，每两个钢移动墩之间设置四块钢挡板，钢活动墩与钢挡板均为钢板焊接而成的箱型结构。当码头前沿波浪较大，使用的时候先安装好钢活动墩，之后利用吊车把钢挡板安置于钢活动墩的卡槽内；当重件码头前沿波浪较小，装卸作业的时候，则反过来先用吊车拆卸钢挡板，再将钢活动墩撤离，如此便实现了防浪墙的可移动性。

图2 钢移动防浪墙平面图(mm)

图3 钢移动防浪墙断面图(mm)

(2)方案二：钢筋混凝土固定防浪墙

方案二采用钢筋混凝土结构，由于自重大，因此采用固定式防浪墙。为了不影响重件码头的装卸作业，将防浪墙设置于后沿带式运输机挡风板处，如下页图4、图5所示。

图4 钢筋混凝土固定防浪墙布置平面图(mm)

图5 钢筋混凝土固定防浪墙布置断面图(mm)

2.2 方案比选

本文从挡浪效果、结构安全、占用空间、结构灵活性和工程造价等方面比较两个防浪墙结构方案，如下页表2所示。

表2 方案比选表

综上所述，前沿钢移动防浪墙与前沿胸墙形成整体，挡浪效果和结构安全性都优于后沿钢筋混凝土固定防浪墙，并且钢结构占用空间较小，重量轻，利于临时拆卸与安装，同时结合其造价低的优点，本工程采用前沿钢移动防浪墙结构。

3 防浪墙结构计算

钢移动防浪墙的活动墩是由钢板焊接而成的箱型结构，并用螺栓固定在码头面上。如图6所示。

图6 钢活动墩示意图(mm)

波浪作用在防浪墙上的时候，需要计算钢活动墩固定在码头面所用螺栓的拉力、剪力和钢板的应力。根据《港口与航道水文规范》(JTS145-2015)，可判断重件码头为低基床，波态为立波，同时由于H/L=0.075 6≥1/30且0.139

本文采用有限元软件Midas建立板壳模型，将钢挡板上的波压力进行换算，直接作用在钢活动墩上。

《水运工程钢结构设计规范》(JTS152-2012)中计算螺栓受拉受剪承载力公式为式(1)、式(2)：

(1)

(2)

d——螺栓直径，mm；

钢移动防浪墙的底板固定螺栓采用SUC200H鼓型护舷配套的M64螺栓，墩体采用20 mm厚Q345钢板，建模计算结果如表3所示。由表3计算结果可知，钢移动防浪墙满足设计要求。

表3 模型计算结果汇总表

4 结语

在不提高码头顶高程的前提下，本文提出在码头前沿设置钢结构移动防浪墙，以提高防浪效果，同时降低了工程造价。由于钢结构防浪墙自重小，便于临时安装与拆卸，实现了防浪墙的可移动性和码头的多功能性。通过方案分析和建模计算，验证了该新型防浪墙结构的可行性与安全性，以期推动码头前沿钢移动防浪墙的应用。