2009 年9 月第9 期總第432 期水運工程 port&waterwayengineering sep.2009 no.9sefialno.
432 寧波港鑫東方燃供倉儲**** (1,浙江省交通規劃設計研究院, 白峰碼頭設計綜述黃俊,李浙江,詹明旭浙江杭州310006;2,寧波港集團****,浙江寧波315800)
摘要:以寧波港鑫東方燃供倉儲****白峰碼頭設計為工程例項,分析了複雜自然條件下的建港不利因素.通過模型試驗提出採用炸礁及設定導流堤等方法對潮流進行歸順,樁基採用植入式鋼管嵌巖樁,突破了複雜地質地形條件對碼頭建設的限制,對類似條件下的碼頭設計具有借鑑作用.
關鍵詞:複雜自然條件;碼頭設計;炸礁;導流堤;植入式鋼管嵌巖樁中圖分類號:u653.
5 文獻標誌碼:a 文章編號:1002—4972(2009)09—0079—07 co.
, huangjun,lizhe-jiang,zhanming—xh ( gzhou310006,china; abstract: geco.,ltd.
ofningboportasanexample, undercomplicated geologicconditions, oftrainingdyke throughmodeltests,-sockete dsteelpipepilesto increasethebearingcapacity, naturalconditions, servingasreferencesforsimilardesigns. keywords:complicatedgeologicconditions;wharfdesign;reefblasting;trainingdyke;impl antable rock——socketedsteelpipepiles
隨著港口工程的不斷開發建設,沿海適於建港的優良深水岸線日益稀少,選擇在複雜自然條件下建設碼頭的工程逐漸增多.本工程選址位於天然深水岸線,離岸不足100m水深即可達30m, 但水下地形複雜多變,潮流流態紊亂,地質條件複雜,半段為岩基裸露,另半段為淤泥質軟土, 由於自然條件複雜,該段岸線一直未開發利用, 如何最大限度利用深水岸線資源,合理確定碼頭總平面布置方案和碼頭樁基結構,以節省工程投資,
收稿日期:2009—07～24 作者簡介:黃俊(1982 一),女,工程師,從事港口航道設計.
是本工程設計的關鍵所在. 本工程建設規模為,新建1000 噸級和5000 噸級(水工結構按1 萬噸級設計)燃料油泊位各1 個,設計年通過能力147 萬t.
1 建港自然條件分析
工程位於浙江省寧波市穿山半島東北側,螺頭水道南部,北隔螺頭水道與舟山本島相望,東西兩側經螺頭水道與峙頭洋,金塘水道,冊子水 ? 80?水運工程2009 丘道相接.
受附近多通道地形影響,工程水域流態複雜 (圖1).潮流基本為東北～西南向往復流運動,總體落潮流佔優勢.受漲水潮島和長柄嘴山等大小島嶼影響,漲,落潮流期間,近岸水域均有區域性回流存在,流態十分複雜.
漲潮流最大流速在 0.50m/s 以下,對應流向為157.～291.
,起決定作用的落潮流流速一般在1.21～1.55m/s,流向與岸線基本平行,最大流速達2.
58m/s,落急時有橫流產生. 工程勘探場地按照基岩埋深分為3 個區域, 即:碼頭東部覆蓋層厚度<3m的堅硬場地土,碼頭後側覆蓋層厚度3-9m的中硬場地土,碼頭西側覆蓋層厚度9～22.
0m的軟弱場地土.工程區域水下地形坡度陡,起伏大,碼頭東側暗礁部分岩基裸露. 圖1 碼頭區域地形急流態圖建港不利自然因素具體體現為:
1)_丁程所在區域水下地形複雜,存在一處暗礁,等深線曲折,給碼頭前沿線的確定帶來較大難度.
2)工程所在區域的水文條件非常複雜,流態紊亂,落急時碼頭水域垂向流產生橫向流,影響船舶安全靠泊.
3)工程處在峽道位置,風浪掩護條件較好, 但流速較大,最大潮流流速2.58m/s,不利於船舶靠離泊,而水流是影響船舶安全靠泊的主要因素.
4)工程碼頭東側區域部分基岩裸露,覆蓋層薄,兩側區域由於水流的作用泥面坡度較陡,岸坡土體整體的穩定性較差,易產生滑坡事故,碼頭樁基設計及施工困難. 總體分析,工程區域水深變化較大,地形複雜,存在礁石且水流紊亂,帶有迴轉流,常規情況下不適宜在此建造碼頭.
2 碼頭總平面布置
2.1 原總平面布置方案
本工程選址在漲水潮島與原老堤間約200m 岸線,該段岸線有一凹進小港灣,設計在老堤至漲水潮嘴之間新建圍堤,進行小範圍高灘圍塗. 由於工程所在水域離岸約80in 處存在一處暗礁, 且該處水深較淺,不利於碼頭平面布置,故將碼頭位置確定於離岸線約170m處一201ti 等深線附近,為節省丁程費用,棧橋利用碼頭後方暗礁與陸域相連(平面布置見圖2). 第9 期黃俊,等:
寧波港鑫東方燃供倉儲****白峰碼頭設計綜述.8i. 圖2 原總平面布置方案工程物理數學模型試驗研究結果表明,該方案實施後,水流流速仍然較大;落潮期間落急時段碼頭水域出現垂向流(圖2),由此產生的碼頭橫向流速可達0.
35～0.40m/s,歷時0.501h,對船舶靠離泊安全產生較大影響.
此外,由於碼頭離岸相對較遠,對南側相鄰碼頭的船舶靠離泊作業影響也較大.
2.2 採取工程措施後的總平面布置方案
工程水域岸線前沿水深條件良好,最深處達一 30m,因受到岸線前沿暗礁,漲水島嘴東側突出長柄山嘴及漲水潮嘴之問凹進水域影響,水流流態發生改變並形成一定迴轉流.經過對工程水域潮流地形的充分分析論證,認為將岸線前沿暗礁炸除將有效改善工程水域流態.設計摒棄了利用原有地形布置碼頭的常規思路,採用將岸線前沿暗礁炸除的方案,並對此進行了專題研究.
炸礁後的碼頭平面布置調整為:將漲水潮島礁炸除,前沿的炸礁深度為一161ti,並將炸除的岩石填到較深的港池位置,以進一步歸順水流. 碼頭前沿線與長柄嘴相對應,碼頭軸線方位角為 為船舶繫泊安全,在島礁下游以及島礁同陸域之間設定導流堤,以調順水流.
平面布置中間為碼頭平台,兩側為繫纜墩,並在繫纜墩後側設定兩座導流堤(總平面布置見圖3).
2.2.1 炸礁後流態改善效果ⅲ
南科院的物理模型試驗表明,暗礁炸除後, 圖3 改進後的總平面布置方案 ?82?水運工程2009 生該處水域將成為漲落潮主通道,有利於水流的順直,碼頭前沿區域性水域流態得到明顯改善.
主要體現在以下幾個方面: 1)流態:炸礁後擬建碼頭水域成為一片開敞水域,呈漲落潮往復流運動特徵,碼頭附近水域流速減少,流態有顯著改善,流向歸順.
2)流速:模型試驗測出炸礁方案實施後, 擬建碼頭前沿水域落潮最大流速在1.46～1.
56m/s, 漲潮最大流速在0.46～0.58m/s;落潮平均流速下降了7.
56%～14.29%;漲潮平均流速下降了 4.35%～10.
87%,有效改善了水域流速較大的狀態. 圖3 改進後的總平面布置方案
2.2.2 炸礁底高程論證
炸礁底高程將直接影響工程水域的水動力情況,也直接影響碼頭靠離泊安全及工程費用.為此,南科院的物理模型試驗對在水域水流條件不變的情況下,分別對炸礁底高程至一11m,一16i13, 一 20m共3 個方案進行了研究分析,以確定最合理的炸礁深度. 研究結果表明:
炸礁後,擬建碼頭前沿港池水深增加,擬建碼頭水域成為一片開敞水域,擬建碼頭水域成為漲落潮主流區,漲落潮流流態改善程度明顯.港池底高程炸礁至一 與一11 ilfl 比較,初漲時擬建碼頭右側水域垂向流強度隨著炸礁t 程區水深的增加而減弱,落潮時進入岬角口水域的落潮流大部分通過炸礁區進入長柄山嘴岬角灣水域灣內,與一】1ill 相比,岬角口水域產生順時針回流時間稍滯後0.5～1h,其回流強度與直徑略小,歷時也略短.
落潮流比降度小於一11m,碼頭左側約55ill 水域落急時產生的垂向流強度也略小於一11ill.擬建碼頭水域流態的改善程度要好於～11iil.炸礁拓深至一 時, 碼頭前沿過流能力增強,漲潮時右側垂向流消失,落急時橫流流速減小但碼頭前沿落急流速偏大,對船舶正常靠離泊穩存在一定影響.
擬建碼頭前沿水域水面比降現象不明顯.綜合炸礁費用和設計底高程,碼頭前沿炸礁至一16m較為合理.
2.2.3 導流堤實施效果論證
炸礁後工程水域流態得到極大改善.為了進一步歸順水流,總平面布置中考慮了設定南北導流堤.南科院的物模研究表明,近岸邊灘修建了南,北導流堤等輔助工程措施,對灘地漲落潮水流起了調整歸順作用,北側導流堤的設定阻斷了長柄山嘴岬角灣水域灘麵漲潮流進入灘地水域的路徑,灘地水域及擬建碼頭後方近岸邊灘水流因南導流堤作用形成了離岸流,歸人碼頭水域,落潮時大部時段內擬建碼頭前沿流態呈平順流急, 落潮主流基本與擬建碼頭走向一致,僅落急時約 1～1.
5h 段在擬建碼頭左側區域性水域有低流速垂向流產生i1_.因此,設定南北導流堤後,碼頭前沿水域流態更趨於平順. 第9 期黃俊,等:
寧波港鑫東方燃供倉儲****白峰碼頭設計綜述.83.
3 碼頭樁基設計
由於工程所在區域地質條件複雜,碼頭西南段覆蓋層較厚,有約9～22m的軟弱土,碼頭東北段為炸礁形成的基礎,基岩裸露.碼頭採用高樁梁板式結構,樁基礎根據地質條件的不同分東西段設計.西側碼頭平台海側一排直樁採用61000mm 鋼管嵌巖,其它採用4,1000mm的鋼管錨巖斜樁(見圖4),滿足使用要求;東側碼頭平台通過對樁基型式比選後,採用1000mm和l800mm植巖鋼管直樁組合的方案(見圖5).
由於碼頭平台承受較大水平荷載,部分樁基受拉力較大,在覆蓋層土質較差的碼頭西段平台, 鋼管直樁嵌入岩基3m,針對樁基抗拉承載力不足的問題,採用鋼管樁斜樁錨巖(見圖4),將樁內錨桿錨人中風化巖8m,大幅提高了樁基抗拉承載力而碼頭東側區域預裂定向炸礁後,碼頭前排樁基所處的基岩面較深,第二排樁基所處的基岩靠近斜坡,由於岩石的完整性一定程度上受到炸礁施工的損壞,樁基的受力效能相對較差,而後排樁基所處的基岩岩面高程較高,基岩的完整性較好.若採用常規單一樁徑方案,各樁的嵌固點位置所處高程差異較大,中間樁的受力可靠性受到基岩完整性程度的影響較大,質量難以保證. 採用西1000mm和4,1800mm鋼管樁組合的方案較好地解決了以上問題.
同時,針對樁身最大的彎矩作用點位於岩面附近,而此處鋼管樁與灌注樁結合部,剛度突變,受力不合理且無法承受較大的彎矩.樁基內力計算結果如表l 所示. 因此,設計中考慮水平承載力主要由後排鋼管樁承受,後排樁基直徑大於前兩排,最大限度提高樁基受力的效用.
這也是本工程樁基設計的圖4 碼頭西段平台斷面 ? 84?水運工程2009 魚圖5 碼頭東段平台斷面表1 東側工作平台單根基樁內力及抗力設計值計算成果特點之一.
該方案後排樁基礎集中承受水平力, 為了解決樁基彎距最大處斷面剛度突然減少的不利受力狀態問題,設計採用將鋼管全斷面"植入" 到基岩內一定深度,並使樁基與基岩有可靠連線, 從而極大提高樁基水平和豎向受力能力.該方案工藝較複雜,施工要求較高,目前本工程樁基施 t 已基本完成.
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