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摘 要：介绍茂名博贺新港某码头结构方案的比选和分析，对比确定码头结构方案影响因素，从地质、透水率、施工可行性、经济等多方面比较，最终确定重力墩式结构为合理的结构型式。
关键词：散货码头;重力墩式;桩基式;地质;施工条件
中图分类号：U612 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）06-0095-03
1 概述
茂名博贺新港区位于广东省电白县博贺、莲头岭半岛以东海域，辖属滨海新区东组团，博贺港区西侧与茂名港水东港区相邻，东侧与茂名港吉达港区相邻。本工程位于博贺新港区中突堤散货码头作业区见图1。
工程拟建成1 个20 万吨级、1 个10 万吨级和1 个5 万吨级散货泊位，水工结构按25万吨级、20万吨和10万吨级预留。本文通过分析影响码头结构型式选择的多种因素，根据本码头的地质、水文等条件和施工条件等特点逐一分析、优化，最终选择和确定较为合理且适合本码头的结构型式，为今后类似大型散货码头的设计提供参考和经验。
2 基础资料
2.1 波浪、潮流
码头前沿，重现期50年（考虑东、西防波堤已建成），N向设计波浪要素见表1。
码头前沿，重现期50年，港内风成浪设计波浪要素见表2（考虑东、西防波堤已建成）。
码头港池涨潮最大流速0.17m/s，落潮最大流速0.14m/s;港内航道涨潮最大流速0.30m/s，港内航道落潮最大流速0.15m/s;口门外进港航道涨潮最大流速0.61m/s，口门外进港航道落潮最大流速0.45m/s。
2.2 地质条件
根据现有勘察资料，拟建场地土层分布为中砂、淤泥质粉质黏土、砂质黏性土、全风化花岗片麻岩、强风化花岗片麻岩、中风化花岗片麻岩及微风化花岗片麻岩，主要岩土层总体厚度、埋深变化相对较大，各岩土层在水平、垂直方向上性质变化不明显，但风化岩层起伏变化明显，总体各岩土层均匀性较差，为不均匀地基。
2.3 主要高程参数
本文中高程采用当地理论深度基准面。极端高水位+4.34m，设计高水位+3.20m，设计低水位+0.26m，极端低水位+0.44m。码头前沿设计底高程按满足结构预留船型停泊设计，分别取为-22m（25万吨级泊位）、-20m（20万吨级泊位）和-16m（10万吨级泊位），码头面高程+8.0m。
2.4 总平面布置
根据装卸工艺及总平面布置的要求，码头结构总长960m，码头面宽度34m，其中25万吨级结构长378m，20万吨级结构长345m，10万吨级泊位长237m。
3 码头结构方案
码头结构总长960m，码头面宽度36m，其中25万吨级结构长378m，20万吨级结构长345m，10万吨级泊位长237m，码头面高程8.0m，前沿底高程分别为-22.0m，-20.0m，-16.0m。
25万吨级结构共布置16个沉箱墩，沉箱墩高26m，沉箱墩净距15.1m。沉箱墩之间采用预制纵梁和轨道梁连接，其中轨道梁断面采用工字型断面，梁高3m，总宽2.2m，中部宽1.4m，凈跨为14.6m;其中纵梁断面采用工字型断面，梁高3m，总宽1.8m，中部宽1.0m，净跨为14.6m。沉箱墩顶部现浇胸墙及纵向梁系，断面形状同预制梁，通过与预制梁的钢筋连接，形成连续梁结构。面板采用叠合板型式，预制板厚度400mm，现浇板厚度150mm。
20万吨级结构除沉箱高度（24m）及沉箱数量（14个）与25万吨级结构不同外，其余结构均相同。
10万吨级结构共布置10个沉箱墩，沉箱墩高20.5m，沉箱墩净距14.1m。沉箱墩之间采用预制纵梁和轨道梁连接，其中轨道梁断面采用工字型断面，梁高2.5m，总宽1.8m，中部宽1.0m，净跨为13.6m;其中纵梁断面采用工字型断面，梁高2.5m，总宽1.3m，中部宽0.7m，净跨为13.6m。沉箱墩顶部现浇胸墙及纵向梁系，断面形状同预制梁，通过与预制梁的钢筋连接，形成连续梁结构。面板采用叠合板型式，预制板厚度250mm，现浇板厚度150mm。
4 码头结构选型
本工程水工建筑物结构型式的选择，应遵循以下原则：①必须满足项目的使用要求，服从总体布置和工艺作业要求;②应尽量减少码头结构对海洋水域环境的影响，采用透空式结构，保证海洋水体的流动和交换;③根据工程区域的地质、水文等自然条件和施工条件选择合理的结构型式，力求做到工程投资最省，施工简便快捷。
4.1结构选型
考虑到工程所在地波浪较大（H1%=4.5m），为降低波浪反射对水工结构及港内泊稳条件的影响，同时满足透空率的要求，本项目可采用的结构形式有重力墩式结构和桩基结构。
根据地勘报告显示，工程区基岩为全风化或强风化花岗片麻岩，全风化混合岩及强风化混合岩有遇水软化、崩解的特点。全风化、强风化层常呈土状或土夹岩块状产出，力学性质接近坚硬土层，具有暴露时间长失水时易开裂、松散和吸水时易软化从而降低地基承载力、水泡时易膨胀而使地基变形等特殊性能。强风化混合岩风化不均匀，其中部分孔岩芯以半岩半土状为主，其余岩芯以坚硬土柱状为主。中风化混合岩风化较强，风化裂隙发育，岩芯呈碎块状及短柱状，且岩面埋深较浅，覆盖层较薄。
若采用桩基结构，则①必须嵌岩桩，工序复杂，稳桩困难，工期和成本不易控制，施工海域环境影响相对明显;②港池开挖存在高、陡的岩性边坡，边坡施工与桩基施工工序安排上，无论谁先谁后，均存在安全和质量风险;③炸礁清礁的必然存在，进一步加重了上述两大方面的风险。 鉴于拟建码头区域的地质条件和码头结构透空性的要求，本方案码头的结构型式采用重力式沉箱墩式结构。
重力墩式结构可选用矩形沉箱墩式结构和圆筒型重力墩式结构。由于大直径圆筒基础会使上部结构产生较大悬臂，难以满足结构透空率的要求，综合以上因素，本工程宜采用矩形沉箱墩式结构。重力墩式结构维修费用少，对较大荷载的适应性较强，施工简单，耐久性较好。
本工程码头面轨道荷载较大，鉴于预应力构件施工工艺、施工设备较为复杂，安装成本较高，且预应力反拱度较难控制，可能因混凝土徐变而加大，使钢轨产生过大高差，影响运营期装卸船设备的正常使用，因此，本工程码头上部结构采用质量更易控制的非预应力装配式结构：沉箱墩之间采用预制纵梁和轨道梁连接，沉箱墩顶部现浇胸墙及纵向梁系，与预制梁的钢筋连接，形成连续梁结构，增强结构的整体性，相比于简支结构，更易满足受力要求。面板采用叠合板型式，可有效提高施工效率，同时也可减少模板使用量，从而达到减少施工工期、降低施工成本的目的。
本工程栈桥结构荷载较小，重力式结构与高桩结构均能满足使用要求。考虑到重力式结构开挖量和基床回填量均较大，同时为了节约施工工期，简化施工工序，栈桥结构采用灌注桩基础，经济性更佳，且透浪性更好，利于港内泊稳。
4.2施工便利性
在茂名博贺港区地区拥有已建成沉箱预制场 ，可满足本工程的沉箱预制及出运安装工作，且预制场距离项目建设地距离10海里，利于项目的实施。
本工程码头结构采用常规的重力墩式结构，施工工艺成熟;栈桥结构选用灌注桩基础结构。两种结构型式的结合可使码头施工与栈桥施工同步进行，有效缩短施工工期。
本工程上部结构采用预制非预应力梁结构，相比预应力梁结构，无需张拉钢绞线，对预制场地的要求较低，施工设备简单，安装成本较低。由于预制非预应力梁结构高度宽度较小，受波浪浮托力的影响更小，利于结构安全。面板采用叠合板型式，可有效提高施工效率，也可减少模板使用量，减少施工工期、降低施工成本。
4.3波浪适应性
本项目码头结构采用重力墩式结构，栈桥结构采用灌注桩基础结构，码头及引桥均为透空式结构，其中码头结构透空率为60%，引桥结构透空率为90%;护岸采用斜坡式结构，相比直立式护岸，可有效降低港内波浪反射的影响，有利于港内泊稳条件，可满足1万吨级315天，2万吨级320天，5～12万吨级323天，15～20万吨级325天的作业天数要求。
码头及栈桥上部结构采用预制非预应力梁结构，结构高度宽度较小，相比预应力结构，受波浪浮托力的影响更小，利于结构安全。
4.4经济指标
桩基结构方案和重力墩式方案经济指标（相对造价），见表3。
5 结语
（1）桩基结构虽在经济造价方面具有较突出的优势，但由于本工程起伏不平的基岩及岩面较浅，对本项目的地质适应性较差，施工难度大、风险高，施工期间可能会存在较明显的不可预见安全因素。
（2）重力式结构整体性较好，耐久性强，施工风险低，对本项目的地质条件适应性好，尽管投资略高，但是增加费用比例较有限，且码头结构为本工程的核心功能性水工建筑物，其性能直接决定整个项目的今后运营的质量，故从使用性、耐久性、施工条件等因素多个角度分析，推荐重力墩式结构。
参考文献：
[1] JTS 167—2018，码头结构设计规范[S]
[2] JTS 145—2015，港口与航道水文规范[S].
[3] JTS153-2015，水運工程结构耐久性设计标准[S].
[4]茂名港博贺新港区利丰散货码头岩土工程勘察报告[R] 广东明源勘测设计有限公司，2016.
关键词：散货码头;重力墩式;桩基式;地质;施工条件
中图分类号：U612 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2021）06-0095-03
1 概述
茂名博贺新港区位于广东省电白县博贺、莲头岭半岛以东海域，辖属滨海新区东组团，博贺港区西侧与茂名港水东港区相邻，东侧与茂名港吉达港区相邻。本工程位于博贺新港区中突堤散货码头作业区见图1。
工程拟建成1 个20 万吨级、1 个10 万吨级和1 个5 万吨级散货泊位，水工结构按25万吨级、20万吨和10万吨级预留。本文通过分析影响码头结构型式选择的多种因素，根据本码头的地质、水文等条件和施工条件等特点逐一分析、优化，最终选择和确定较为合理且适合本码头的结构型式，为今后类似大型散货码头的设计提供参考和经验。
2 基础资料
2.1 波浪、潮流
码头前沿，重现期50年（考虑东、西防波堤已建成），N向设计波浪要素见表1。
码头前沿，重现期50年，港内风成浪设计波浪要素见表2（考虑东、西防波堤已建成）。
码头港池涨潮最大流速0.17m/s，落潮最大流速0.14m/s;港内航道涨潮最大流速0.30m/s，港内航道落潮最大流速0.15m/s;口门外进港航道涨潮最大流速0.61m/s，口门外进港航道落潮最大流速0.45m/s。
2.2 地质条件
根据现有勘察资料，拟建场地土层分布为中砂、淤泥质粉质黏土、砂质黏性土、全风化花岗片麻岩、强风化花岗片麻岩、中风化花岗片麻岩及微风化花岗片麻岩，主要岩土层总体厚度、埋深变化相对较大，各岩土层在水平、垂直方向上性质变化不明显，但风化岩层起伏变化明显，总体各岩土层均匀性较差，为不均匀地基。
2.3 主要高程参数
本文中高程采用当地理论深度基准面。极端高水位+4.34m，设计高水位+3.20m，设计低水位+0.26m，极端低水位+0.44m。码头前沿设计底高程按满足结构预留船型停泊设计，分别取为-22m（25万吨级泊位）、-20m（20万吨级泊位）和-16m（10万吨级泊位），码头面高程+8.0m。
2.4 总平面布置
根据装卸工艺及总平面布置的要求，码头结构总长960m，码头面宽度34m，其中25万吨级结构长378m，20万吨级结构长345m，10万吨级泊位长237m。
3 码头结构方案
码头结构总长960m，码头面宽度36m，其中25万吨级结构长378m，20万吨级结构长345m，10万吨级泊位长237m，码头面高程8.0m，前沿底高程分别为-22.0m，-20.0m，-16.0m。
25万吨级结构共布置16个沉箱墩，沉箱墩高26m，沉箱墩净距15.1m。沉箱墩之间采用预制纵梁和轨道梁连接，其中轨道梁断面采用工字型断面，梁高3m，总宽2.2m，中部宽1.4m，凈跨为14.6m;其中纵梁断面采用工字型断面，梁高3m，总宽1.8m，中部宽1.0m，净跨为14.6m。沉箱墩顶部现浇胸墙及纵向梁系，断面形状同预制梁，通过与预制梁的钢筋连接，形成连续梁结构。面板采用叠合板型式，预制板厚度400mm，现浇板厚度150mm。
20万吨级结构除沉箱高度（24m）及沉箱数量（14个）与25万吨级结构不同外，其余结构均相同。
10万吨级结构共布置10个沉箱墩，沉箱墩高20.5m，沉箱墩净距14.1m。沉箱墩之间采用预制纵梁和轨道梁连接，其中轨道梁断面采用工字型断面，梁高2.5m，总宽1.8m，中部宽1.0m，净跨为13.6m;其中纵梁断面采用工字型断面，梁高2.5m，总宽1.3m，中部宽0.7m，净跨为13.6m。沉箱墩顶部现浇胸墙及纵向梁系，断面形状同预制梁，通过与预制梁的钢筋连接，形成连续梁结构。面板采用叠合板型式，预制板厚度250mm，现浇板厚度150mm。
4 码头结构选型
本工程水工建筑物结构型式的选择，应遵循以下原则：①必须满足项目的使用要求，服从总体布置和工艺作业要求;②应尽量减少码头结构对海洋水域环境的影响，采用透空式结构，保证海洋水体的流动和交换;③根据工程区域的地质、水文等自然条件和施工条件选择合理的结构型式，力求做到工程投资最省，施工简便快捷。
4.1结构选型
考虑到工程所在地波浪较大（H1%=4.5m），为降低波浪反射对水工结构及港内泊稳条件的影响，同时满足透空率的要求，本项目可采用的结构形式有重力墩式结构和桩基结构。
根据地勘报告显示，工程区基岩为全风化或强风化花岗片麻岩，全风化混合岩及强风化混合岩有遇水软化、崩解的特点。全风化、强风化层常呈土状或土夹岩块状产出，力学性质接近坚硬土层，具有暴露时间长失水时易开裂、松散和吸水时易软化从而降低地基承载力、水泡时易膨胀而使地基变形等特殊性能。强风化混合岩风化不均匀，其中部分孔岩芯以半岩半土状为主，其余岩芯以坚硬土柱状为主。中风化混合岩风化较强，风化裂隙发育，岩芯呈碎块状及短柱状，且岩面埋深较浅，覆盖层较薄。
若采用桩基结构，则①必须嵌岩桩，工序复杂，稳桩困难，工期和成本不易控制，施工海域环境影响相对明显;②港池开挖存在高、陡的岩性边坡，边坡施工与桩基施工工序安排上，无论谁先谁后，均存在安全和质量风险;③炸礁清礁的必然存在，进一步加重了上述两大方面的风险。 鉴于拟建码头区域的地质条件和码头结构透空性的要求，本方案码头的结构型式采用重力式沉箱墩式结构。
重力墩式结构可选用矩形沉箱墩式结构和圆筒型重力墩式结构。由于大直径圆筒基础会使上部结构产生较大悬臂，难以满足结构透空率的要求，综合以上因素，本工程宜采用矩形沉箱墩式结构。重力墩式结构维修费用少，对较大荷载的适应性较强，施工简单，耐久性较好。
本工程码头面轨道荷载较大，鉴于预应力构件施工工艺、施工设备较为复杂，安装成本较高，且预应力反拱度较难控制，可能因混凝土徐变而加大，使钢轨产生过大高差，影响运营期装卸船设备的正常使用，因此，本工程码头上部结构采用质量更易控制的非预应力装配式结构：沉箱墩之间采用预制纵梁和轨道梁连接，沉箱墩顶部现浇胸墙及纵向梁系，与预制梁的钢筋连接，形成连续梁结构，增强结构的整体性，相比于简支结构，更易满足受力要求。面板采用叠合板型式，可有效提高施工效率，同时也可减少模板使用量，从而达到减少施工工期、降低施工成本的目的。
本工程栈桥结构荷载较小，重力式结构与高桩结构均能满足使用要求。考虑到重力式结构开挖量和基床回填量均较大，同时为了节约施工工期，简化施工工序，栈桥结构采用灌注桩基础，经济性更佳，且透浪性更好，利于港内泊稳。
4.2施工便利性
在茂名博贺港区地区拥有已建成沉箱预制场 ，可满足本工程的沉箱预制及出运安装工作，且预制场距离项目建设地距离10海里，利于项目的实施。
本工程码头结构采用常规的重力墩式结构，施工工艺成熟;栈桥结构选用灌注桩基础结构。两种结构型式的结合可使码头施工与栈桥施工同步进行，有效缩短施工工期。
本工程上部结构采用预制非预应力梁结构，相比预应力梁结构，无需张拉钢绞线，对预制场地的要求较低，施工设备简单，安装成本较低。由于预制非预应力梁结构高度宽度较小，受波浪浮托力的影响更小，利于结构安全。面板采用叠合板型式，可有效提高施工效率，也可减少模板使用量，减少施工工期、降低施工成本。
4.3波浪适应性
本项目码头结构采用重力墩式结构，栈桥结构采用灌注桩基础结构，码头及引桥均为透空式结构，其中码头结构透空率为60%，引桥结构透空率为90%;护岸采用斜坡式结构，相比直立式护岸，可有效降低港内波浪反射的影响，有利于港内泊稳条件，可满足1万吨级315天，2万吨级320天，5～12万吨级323天，15～20万吨级325天的作业天数要求。
码头及栈桥上部结构采用预制非预应力梁结构，结构高度宽度较小，相比预应力结构，受波浪浮托力的影响更小，利于结构安全。
4.4经济指标
桩基结构方案和重力墩式方案经济指标（相对造价），见表3。
5 结语
（1）桩基结构虽在经济造价方面具有较突出的优势，但由于本工程起伏不平的基岩及岩面较浅，对本项目的地质适应性较差，施工难度大、风险高，施工期间可能会存在较明显的不可预见安全因素。
（2）重力式结构整体性较好，耐久性强，施工风险低，对本项目的地质条件适应性好，尽管投资略高，但是增加费用比例较有限，且码头结构为本工程的核心功能性水工建筑物，其性能直接决定整个项目的今后运营的质量，故从使用性、耐久性、施工条件等因素多个角度分析，推荐重力墩式结构。
参考文献：
[1] JTS 167—2018，码头结构设计规范[S]
[2] JTS 145—2015，港口与航道水文规范[S].
[3] JTS153-2015，水運工程结构耐久性设计标准[S].
[4]茂名港博贺新港区利丰散货码头岩土工程勘察报告[R] 广东明源勘测设计有限公司，2016.