巫山县船舶废弃物码头水工结构设计

韩少玄

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

0 引言

三峡工程的建成极大改善了长江上游的通航条件，长江航运作用得到了进一步发挥，通航能力有了显著提升，服务沿江经济发展的能力有了新的提高[1，2]。近年来，三峡库区航运量呈快速增长态势，频繁的船舶运行产生大量的生活污水、油污水和固体垃圾等废弃物[3-6]。

虽然水上运输业在我国经济建设中扮演着越来越重要的角色，但是船舶运行过程中产生的废弃物对沿线生态环境所造成的污染不容忽视，它直接或间接地排放在库区内，不仅污染水域环境，损害生物资源，甚至还危及人类健康[7]。三峡库区水流变缓，库区的自净能力降低[8]，因此，需要建设更多的船舶废弃物码头，用于接收和处置船舶污染物、废弃物[9]。船舶废弃物码头的建设，水工结构的设计对整个工程的方案布置和安全运行起着至关重要的作用。下文依托巫山县船舶废弃物码头的建设，分析总结水工结构的设计要点和关键性技术。

1 工程概况

巫山县船舶废弃物码头拟建1个300 t级船舶污水泊位和1个300 t级船舶垃圾泊位。水工结构主要包括陆域平台支挡结构、斜坡道结构、下河公路护岸结构、工艺构筑物等。根据JTS 167-2018《码头结构设计规范》[10]，该工程水工建筑物设计使用年限为50年，结构安全等级为二级。

2 自然条件

受三峡水利枢纽运行方式的影响，工程区内设计高水位为173.45 m；设计低水位为143.45 m。内河不受浪，不考虑波浪。

工程区域土层有：1）第四系全新统（Q4）素填土，褐色，松散-稍密状，稍湿，主要由粉质粘土和灰岩、泥灰岩碎块组成，该层分布范围较大，在大部分拟建场地皆有分布；2）冲洪积粗砂层，灰色，稍湿，松散～稍密，磨圆度较好，含约10%的灰岩角砾，主要分布于库区淹没前的大宁河西岸到沿江公路一带；3）滑坡积红粘土，黄褐色，可塑状，局部软塑状，局部含少量灰岩角砾，仅在码头斜坡道和下河公路末端处揭露；4）滑坡积块石土，黄色、黄褐色，稍湿～湿，呈半胶结状，块碎石成分为灰岩、泥灰岩；5）基岩为三叠系下统嘉陵江组四段（T1j4）灰岩[11]。

工程所处地区的地震烈度为6°，设计基本地震加速度值为0.05 g，设计地震分组为第一组，属建筑抗震不利地段。该场地可不考虑液化的影响。设计荷载包括船舶荷载、工艺荷载等。根据JTS 144-1-2010《港口工程荷载规范》[12]，船舶荷载考虑船舶系缆力、撞击力、挤靠力等；工艺荷载考虑机械荷载、陆域平台均布荷载[11]。

3 设计要点

3.1 设计原则

1）满足船舶的使用要求，在安全的前提下力求经济合理、降低工程造价。

2）充分考虑港区地形、地质、水文自然条件，因地制宜地选择结构方案，以达到技术经济合理的目的。

3）充分利用工程区库岸整治工程完成后形成的场地和地形条件，以尽量不占用三峡防洪库容为原则，结合实际现状，紧凑布置各种构筑物。

4）充分利用当地的建筑材料及现有的施工条件，积极采用成熟可靠的施工工艺，尽量减少工程数量，加快建设进度。

3.2 工程平面布置

依据设计原则，在满足项目功能的前提下，结合实际现状，尽量压缩陆域平台面积，陆域平台设计顶高程175.00 m，工程平面布置见图1。

图1 工程平面布置图（单位：m）

陆域平台可分为入场道路区，物料临时堆放区，污水处理区等。上游布置船舶垃圾泊位，采用“S型”下河公路形式，下河公路长度约350.00 m，最大纵坡11%，高程为144.00～175.00 m，下河公路设置有调头平台2处。下游布置船舶污水泊位，主要由1艘钢质趸船和1座斜坡道组成。斜坡道底端高程为144.50 m，顶端接陆域平台，高程为175.00 m，斜坡道顺应现状地形建设，水平投影长约68.50 m，宽4.00 m。

3.3 水工结构设计

3.3.1 陆域平台结构设计

结构选型与自然条件、使用要求、施工技术、工程投资等密切相关。码头结构常用高桩、板桩、重力式等[13-15]，考虑工程位于长江与大宁河交叉口处，受风浪较小，场区不良地质现象、岸坡经有效治理后场地稳定，现状标高174.20 m，设计标高175.00 m，设计时采用挡墙结构对场地进行回填以达到设计标高。

根据设计荷载、地质条件及地基处理等，工程陆域平台铺装采用混凝土结构，下设砂石垫层；下河公路采用混凝土结构，下设水泥稳定碎石基层、级配碎石垫层等。

3.3.2 斜坡道结构设计

作为船舶污水泊位的上下连接通道及船舶不同水位的停靠设施，斜坡道结构设计方案的选择对工程的安全运行起着重要的作用。

初步设计时考虑两个方案：一是采用全架空斜坡道结构，钻孔灌注桩基础和梁板式结构，此方案结构单一，码头结构安全可靠，但挡土较高，桩径、桩长较大，工程造价高且侵占三峡库容；二是结合工程区域库岸边坡近期已采用钢筋混凝土格构和混凝土预制块防护，故考虑斜坡道采用嵌入式贴坡布置，此方案少开挖、少回填，对边坡扰动小，与周围环境相协调，且工程造价小。

结合总平面布置、工艺要求、工程投资等综合考虑，斜坡道为嵌入式贴坡布置。斜坡道水平投影长68.50 m，前沿操作平台下有约3.00 m厚的块石土层，其下为较厚的红粘土层。块石土层常年受水流冲刷，地基承载力较小，以红粘土为桩基持力层，采用桩长12.00 m、桩间距2.30 m的灌注桩桩基处理。斜坡道中间布置宽度为2.20 m的人行踏步，左侧布置生活污水管和含油污水管，右侧布置码头用水、用电管道。

3.3.3 下河公路结构设计

考虑水位变动时，船舶可以方便停靠，垃圾吊装和车辆运输需设置下河公路连接陆域平台和低水位平台。初步设计时考虑了两个方案：一是减少边坡开挖，新建下河公路沿线采用桩板式挡墙进行支挡回填形成路基平台，此方案对边坡扰动少，但工程造价高，且回填侵占三峡库容；二是结合现有道路进行改建，分段采用不同的结构支挡形式，避免大开挖和大回填，此方案支挡形式分段布置，因地制宜，节省投资，且与周边环境协调一致。

结合现状地形、工程造价等综合考虑，下河公路采用“S型”布置，全长350.00 m，总宽7.00 m，局部宽4.50 m，最大坡度11%。下河公路以尽量不占用三峡防洪库容为原则，结合目前库岸整治工程完成后的地形条件，根据实际现状进行清基，铺装C30混凝土，形成路面。

下河公路前半部分（270.00 m）利用现状道路进行改造，回填量较少，公路外侧采用重力式挡墙结构。后半部分（80.00 m）利用现状边坡进行新建公路，表层为3.00～6.00 m的素填土，地基承载力较小，其下为较厚的块石土。根据地质建议并结合地质灾害设计方案，选择块石土为桩基持力层，外侧桩板式挡墙悬臂段高度为2.18～5.40 m，经计算复核，依据挡土高度细化两种桩型：1 500 mm，桩中心距3.50 m，桩长15.00 m；2 000 mm，桩中心距3.50 m，桩长20.00 m。平台内侧悬臂段高度较小，采用1 000 mm，桩中心距3.00 m，桩长12.00 m。

3.3.4 工艺构筑物结构设计

工艺构筑物包括生活污水调节池、含油污水调节池及储油罐基础等，根据工艺要求、运行原则并结合实际地形，综合确定工艺构筑物可移至陆域平台最外侧，作为陆域平台支挡结构的一部分，节省投资。

4 关键技术分析

1）工程处于三峡库区，水位受三峡水利枢纽运行方式影响较大。库水位变幅30.00 m，给工程布置、结构稳定、边坡治理带来极大的难度和挑战。设计时，应综合考虑各种不利工况组合进行复核验算，保障场区边坡稳定，结构设计安全。

2）工程处于三峡库区，考虑行洪安全需要，以尽量不占用三峡防洪库容为原则进行结构设计；利用库岸整治工程完成后形成的场地和地形条件，场地受限，结合实际现状，设计时应紧凑布置各种构筑物。

3）工程处于二郎庙滑坡体地质灾害治理范围，地质条件复杂、边坡治理难度大，结构设计时结合了地质灾害治理方案，采用桩板式挡墙进行支护，同时考虑对原始边坡的开挖扰动影响，避免采用大挖大填方案。

5 结语

实践表明，工程区域边坡稳定，位移和沉降均在允许范围内，各构筑物运行情况良好，结构安全。上文总结了工程设计方案的选取原则和关键技术分析，对同类工程，尤其是对处于三峡库区的同类工程具有一定的借鉴作用。