某海港码头过渡段结构设计与造价分析

李亚俊

摘 要：某海港码头位于广东省雷州半岛东南区域，本文研究对象为该港口煤炭码头与重件码头的过渡段，根据以往经验采用直立式沉箱结构。本文首先基于设计经验与工程实际建设环境对其过渡段进行了详细设计，然后采用物理模型试验，对码头结构的稳定性进行了分析验证。结果显示，本文设计的直立式沉箱结构能满足规范相应的稳定要求，且比原方案，即斜坡堤方案节省工程造价1226.52万元，节约比例高达15.7%，具有良好的经济效益与实用价值。

关键词：过渡段结构；直立式沉箱；稳定荷载；基床应力

1 项目概况

实例海港码头位于广东省雷州半岛东南区域。根据应用要求，本工程需要新建一座煤炭码头与一座重件码头。在两座码头之间，需要建立过渡段（过渡段长为223.7m），根据以往设计经验、工程实际建设环境以及本工程结构安全要求，建议码头采用直立式沉箱结构。

本工程其平面布置见图1。

2 结构设计

基于設计经验与工程实际建设环境，建议本工程结构设计如下：

过渡段采用直立式沉箱结构，其中，暗基床长为36.4m，开挖至-23.8m，两边放坡坡比为1：2，基床上置隔板沉箱（长为24.4m，宽为18.65m高为16～19m），沉箱剖面共有20个仓格，其中中间仓格以及靠近陆域仓格内回填土采用粒径为15.0～60.0mm的中粗砂，临水侧仓格内回填土采用块石。单个沉箱空箱重为3865t，回填后自重可达8560t。沉箱底部采用块石基床，栅栏板及扭王字块护底。沉箱顶部设置钢筋混凝土防浪墙，防浪墙顶高程为12.0m。整个基础采用抛填10～100kg 块石.沉箱顶部高程为1.20m，其上方胸墙高程港侧和外海侧分别为 10.3m和12.0m，胸墙后方码头顶面平台高程为6.5m；沉箱两侧坡脚分别采用150～200kg块石进行掩护过渡段剖面结构设计见图2。

3 结构稳定性验证

3.1 波浪试验布置与设计

为验证本文设计结构段稳定性，采用物理模型试验进行验证。其中，物理模型选择几何比例尺均为1：50的正态模型，根据计算，流量比尺为1：355.2，糙率比尺为1：1.791，时间比尺为1：8.33。试验水槽长68m，宽1.0m，高1.5m。造波机为电机伺服驱动推板吸收式造波机。本试验风浪水槽布置见图3。

试验波浪主要采用频谱不规则波，波谱采用JONSWAP谱[8]，谱的表达式为：

其中：

式中，f为频率； 为水面比降修正系数； 为有效波高； 为有效波周期；tp为完整波周期；s（f）为谱密度；fp为峰频； 为谱峰因子，取3.3； 为无维普宽参数。

3.2 波浪试验结果分析

针对研究对象，分别采用重现期为50年的极端低水位以及重现期为50年的极端高水位进行试验研究。结果表明，在极端低水位工况下，沉箱分别受到1061kN/m的水平力与533kN/m的浮托力，而在极端高水位工况下，这两项特征值则分别为1455kN/m、769kN/m，两种工况下沉箱受力均满足规范安全要求。对比试验测量值与直立式沉箱结构设计承载力，在各工况下，结构段所受最大特征力均小于设计承载力，直立式沉箱结构稳定、安全。另外通过试验发现，沉箱与胸墙一整体受到最大总水平力和总竖向力与沉箱最大水平力和浮托力表现在同一时刻。

同时，进一步观察、统计，这两种工况下，越浪量分别为0.009m3/ms以及0.292m3/ms，越浪量低于临界值，不会对直立式沉箱结构安全造成威胁，可满足泊稳条件。从图4也可看出，在各水位波浪作用下，通过试验观测可得，即使在极端低水位，150～200kg护底块石表面上方淹没水深达16.09m，因此在波浪连续作用下，波浪对块石稳定性影响不大，波浪连续作用3h，150～200kg 护底块石保持稳定。

将各工况下波浪作用效果绘于图4。

4 与原方案造价对比

本码头原工程方案为斜坡堤结构设计。根据两个方案的具体结构情况，同时结合工程区域现场的材料造价，将二者的具体工程造价对比列于表1。由表1可知，直立堤方案比斜坡堤方案节省工程造价1226.52万元，节约比例高达15.7%，具有显著的经济效益。

5 结论

本文基于以往设计经验，对广东省雷州半岛东南区域某海港立过渡段进行了结构设计，并借助物理模型试验对结构的稳定性进行了分析。从分析结果来看，本文设计结构在各工况下越浪量较小。护底石块较为稳定，沉箱受力均满足规范要求，从结构稳定计算结果来看，在各工况下，直立式沉箱结构码头过渡段的抗滑、抗倾安全系数均高于规范要求、地基沉降量较小，结构稳定、安全。同时，经与原方案对比，本方案比原方案节省工程造价1226.52万元，节约比例高达15.7%，具有良好的经济效益与实用价值，推荐在本工程中使用。