浅谈威海港重力式码头优化及分析

王斌

摘要：该工程建设规模为两个10万吨级、两个7万吨级、两个5万吨级泊位。该码头为重力式突堤码头。突堤西侧长720米，东侧长835米，宽300米，泊位总长度为1855米。码头前沿水深为-14.3m~-16.5m，顶面标高为5.0m。

关键词：威海港；重力式码头；工程概况；优化分析

一、引言

威海港新港区位于威海湾南岸，地理坐标为372706N，1221206E，行政区划属威海市经济技术开发区。该工程建设规模为两个10万吨级、两个7万吨级、两个5万吨级泊位。该码头为重力式突堤码头。突堤西侧长720米，东侧长835米，宽300米，泊位总长度为1855米。码头前沿水深为-14.3m~-16.5m，顶面标高为5.0m。

二、工程概况及自然条件

1、水文条件

设计水位：设计高水位2.30m；设计低水位0.00m

威海新港区主要受来自NE向波浪的侵袭，偏东方向的波浪由于受防波堤的阻挡，波浪不能直冲港内，仅有部分波浪绕射进入，且其尺度和作用都不太大。偏西北向由于陆地和刘公岛的阻隔，也没有外部波浪的侵入，所以进入本区的波浪影响最大的方向主要是NE向的。经实测资料分析，以ENE方向的波浪最大。

2、地质条件

本区位于华北地台鲁东隆起胶北凸起乳山～威海复北斜北部，基底是由元古界胶东群组成。自基底形成以后，本区长期处于隆起剥蚀状态，没有接受沉积，中生代时，形成了一些断裂构造并有岩浆岩侵入，新生代只在第四纪时局部地区形成了残坡积、冲积、海积等沉积物。地貌类型属于滨海浅滩堆积成因。工程场区天然水深在8～9m。

2.1土层分布及其工程地质性质

据烟台市勘察设计研究院有限公司2005年7月的钻探资料，工程场区各岩土层分布及其工程地质性质综述如下：

（1）淤泥质细砂（Q4m）：普遍分布，层位连续。层顶高程-8.60～-9.00m（当地理论最低潮面，后同），层厚0.9～5.6m。深灰～黑褐色，饱和，含多量淤泥，呈松散状态。容许承载力值60kPa。

（2）中砂（Q4m）：普遍分布，层位连续。层顶高程-10.00～-14.30m，层厚2.4～6.8m。灰黄～褐黄色，饱和，含多量淤泥，呈松散状态。局部夹黄色细砂层透镜体。水下休止角300～350。平均标贯击数8.8击，容许承载力值110kPa。

（3）粉质粘土（Q4m）：分布广泛，层顶高程-13.50～-18.20m，层厚2.3～10.5m。灰～褐黄色，湿，呈可塑状，土质不均匀，见铁锰质斑点，切面较光滑。平均标贯击数8.7击，容许承载力值140kPa。

（4）淤泥质粘土（Q4m）：深灰色，饱和，呈可塑状态。该层主要分布于M5、M68号孔以北，厚度3.20~6.20m，层底标高-14.90~-20.30m，该层进行标贯试验79次，标准值为4.4击。

（5）粗（砾）砂（Q4m）：分布广泛，层顶高程-20.30～-26.80m，层厚0.8～6.7m。褐黄色，饱和，呈中密状态。水下休止角370。平均标贯击数25.4击，容许承载力值280kPa。。

（6）全风化混合花岗岩（γ）：层顶高程-14.20～-28.30m，层厚1.4～9.2m。杂色，呈坚硬状态。原岩结构、构造已完全破坏，风化成土状。平均标贯击数41击，容许承载力值350kPa。

（7）强风化混合花岗岩（γ）：顶层高程-22.10～-31.70m，最大揭露厚度7m。黄褐色，原岩结构、构造已破坏，局部见岩块。标贯击数大于50击，容许承载力值450kPa。

2.2工程地质条件分析评价

1.勘探情况表明：⑤粗砾砂层工程地质性质较好，可选作地基持力层；强风化花岗岩为良好的地基持力层。突堤根部基岩面高程在-15.0m左右，往外基岩倾伏深至-30.0m左右。

2.码头结构型式宜采用重力式。

3.上部土层可挖性好，港池易于形成。

根据本地区地震基本烈度和砂层的密实程度，判定地基土中无可液化土层。工程场区内上部土层（以砂为主）开挖性好且为较好填料。

三、设计优化及分析

1、5、7万吨级泊位结构以及造价分析。

该码头共设置5万、7万、10万吨级泊位各2个。码头前沿水深为-14.3、-14.9、-16.5，均采用重力式沉箱结构，持力层土质均为中粗砂以及强风化层。针对5万和7万吨级码头结构设计进行分析比较。持力层为-20米，5万和7万吨级码头设计。

针对持力层均为-20米的情况下，将5、7万吨级泊位断面进行如下综合经济分析情况如下：

1、泊位沉箱比较：除高度差别60cm以外,沉箱整体结构尺寸以及钢筋砼配比基本一致。对此通过码头断面比较计算得出：5万吨级沉箱砼为690方，沉箱长度为19.55米，每延米砼用量为34.78方；7万吨级沉箱砼为704方，沉箱长度为19.55米，每延米砼用量为36.01方。

2、泊位胸墙以及上部结构比较：沉箱以上结构、尺寸均一致。

3、泊位基床抛石比较：5万吨级每延米抛石用量为126.4方，7万吨级每延米抛石用量为148方。

4、泊位棱体抛石比较：5万吨级每延米抛石用量为334.2方，7万吨级每延米抛石用量为354.1方。

5、在持力层均为-20米，5、7万吨级泊位每延米工程量以及造价比较

通过进一步分析发现，在持力层一定的情况下，泊位前沿水深变化与沉箱砼、棱体抛石以及隔仓抛石工程量变化成正比关系，而与基槽挖泥、基槽抛石工程量变化成反比关系。例如：本项目在在持力层均为-20米的情况下，通过对5万、7万吨级泊位整体结构经济分析，发现5、7万吨级泊位每延米建设造价非常接近。

2、10万吨散货泊位码头断面优化

在以往散货码头建设中，码头采用重力式沉箱结构，码头自下向上依次为：抛石基床、沉箱、盖板以及胸墙面层。

散货码头使用期间，通过不断积累的使用经验，针对码头使用中存在出现的问题，对以往的码头断面进行不断设计优化，具体优化内容如下：

前后轨道梁在使用期间出现不均匀沉降以及前后轨轨距发生变化。针对该问题进行原因分析：前轨道梁位于沉箱上部的胸墙中，前轨荷载压在胸墙以及沉箱上，后轨道梁位于棱体基床上，后轨荷载压在棱体基床。前后轨道梁受力基础不同，胸墙以及沉箱整体稳定，受压后不易变形；而抛石棱体较胸墙、沉箱整体受力能力差，对此容易出现前后轨高差变化。另一方面，后轨道梁受后方货物堆载挤压以及自身沉降等原因，前后轨道间距发生变化。针对以上问题进行码头断面细部优化。

1、针对前后轨受力基础不同问题，在沉箱后方增设2m斜趾，后轨道梁直接压在斜趾，保证前后轨道均压在胸墙以及沉箱上部，整体受力稳定，从而保证前后轨道整体稳定且沉降量微小。

2、针对轨距受沉降、挤压影响不断变化问题，在沉箱盖板上部浇筑一层混凝土，将前后轨道梁连为一体，从而解决轨距变化问题。

四、结语

1、码头造价随码头水深以及持力层变化而变化。根据本次重力式沉箱码头结构经济分析得出：在码头整体结构相同情况下5、7万吨级码头每延米造价变化不大在。对此，在码头设计时，应根据码头持力层深度情况，合理选择码头建设码头建设水深，从而做到在同样的投资下，建造相对较大规模的码头泊位。

2、根据码头使用以及建设经验，通过沉箱、胸墙设计细部优化，从根本上解决后轨道沉降、变化问题。

参考文献：

[1]韩传强.重力式码头的施工技术要点分析[J].中华民居,2012.

[2]王海军.重力式码头沉降位移的应对措施[J].中国水运(下半月),2014,11:312-313.