式空心方块码头一种优化的结构型式

沉箱和大圆筒因基础过大， 单个构件尺寸相应增大， 自重 较大， 超过 2’’5， 需用大型起重设备， 这样造价偏高。而实 心方块虽可按小块预制， 但数量过多， 起吊安装费用也不 少， 造价也较高。空心方块充分利用卸荷板的减压作用 及卸荷板悬臂上填土对竖向合力的偏心作用， 使基底应 力减小， 从而能保证砂垫层承载力要求。空心方块单个 块体重量不大， 基础底宽适中， 特别是双层空心方块方案 因上层块体底板 （带悬臂兼卸荷作用） 较单层块体卸荷板
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重力式空心方块码头一种优化的结构型式
何元瑭， 黄长红
（广东省航运规划设计院， 广东 广州 !"##!#）
摘
要： 主要介绍设计华南某港 ! 万吨级泊位时， 推出的优化重力式空心方块结构型式及其在减小墙背土压力、 调整
以其具有的优 ! ’ #()& 和 !"# 水泥结构胶泥相配合， 良物理力学性能， 在混凝土道路裂缝处理上避免了按传 ， 原贯穿裂缝重新贯 统方法易于出现 “* 条缝变成 + 条缝” 穿的现象； 在混凝土路面缺陷、 劣伤处理后避免出现新老 部位脱离起壳、 断裂、 裂纹、 脱落异常现象。目前由 ! ’ 仅限于适 #(,& 和 !"# 结构胶泥比普通混凝土成本较高； 用最能发挥其技术特长的领域和部位， 重点是 “局部增 强、 增韧、 阻裂” 。应用于混凝土结构修补加固的成本， 远 低于环氧类、 丙烯酸类材料的成本， 且施工操作简单、 方 便、 无毒无味、 质量易于保证。因此在混凝土结构修补加
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位置低， 卸荷作用更明显， 引起竖向合力进一步后移， 缩 小偏心， 在适当减小基础底宽的情况下仍能保证砂垫层 承载力要求， 既降低造价， 又保证了结构安全可靠， 设计 为推荐方案。 ",! 结构设计 经方案对比， 设计推荐的码头结构方案为重力式双 层空心方块 （底板带悬臂兼卸荷作用） 结构型式， 基础采 用深基槽挖除软弱土层 （底宽 3!#、 前坡 3 6 .、 后坡 3 6 2） ， 换填中砂垫层 （厚约 +#） ， 砂垫层经爆夯密实其上抛填 &# 厚的抛石基床， 基床上安放底宽为 0 , ’#、 长 0 , 2#、 高 33# 的双工 字 型 空 心 方 块， 块 体 内 抛 填 砂， 上层安放底宽 底板厚 3#， 带悬臂、 后壁带斜肋， 高 . , 0# 的空心方 " , "#， 块。上部浇筑底宽 & , 2#。高 & , 2# 的混凝土胸墙， 胸墙上 设装卸桥轨道。墙后设抛石棱体， 后设倒滤层与其后回 填砂隔开。此方案 （图 3） 与单层空心方块方案 （图 !） 相 比， 前者更有利于降低和调整地基应力， 其技术经济效果 明显。 "," 技术经济效果 设计推荐的双层空心方块结构将上层空心方块的底 板尾部做成悬臂， 并设在适当高程处， 起到了比一般空心 方块结构更理想的减压卸荷效果， 具有以下优点： （3） 技术先进性。结构合力重心后移， 避免了地基局 部应力过大， 有利于抗倾稳定性和满足地基承载力要求。 （!） 经济合理性 。地基应力经调整均衡得到了降低， 因而基础底宽可以减小 （设计推荐方案结构底宽为 0 , ’#， 单层方块结构底宽 0 , +#） ， 从而降低工程造价。本工程双 层空心方块结构码头每延米造价 3& , "! 万元， 单层空心方 块结构码头每延米造价 3. , &’ 万元， 相比每延米造价节省 & , "7 。 （&） 施工简单， 工期较短。
码头区土层自上至下分布 - 层： （"） 淤泥类土： 主要为淤泥， 局部为淤泥间砂或砂混 夹薄层粉、 细砂。本层 淤泥。灰色， 流塑 W 软可塑状态， 厚度在 & U ## W "$ U ##K 之间， 坦藏底层高程在 % "- U ’! W % "’ U $#K之间。 （$） 砂土类： 主要为砾砂或圆砾， 层面局部为粗砾， 饱 和， 稍密 W 中密， 并随深度含圆砾或卵石的增加而渐变为 密实状态。本层厚度一般为 ! U ##K 之间。 （.） 残积土： 可塑 W 软塑， 最大厚度 . U ##K 左右， 埋藏 高程在 % $$ U &# W % $( U ##K 之间。 （-） 全风化花岗岩： 为花岗岩强风化呈土状， 硬塑 W 坚硬， 土质好， 强度高。 AUA AUAU@ 工艺荷载 码头面堆货荷载
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随改性剂的组成数量多少而变化。 !"# 聚合物凝胶把水 泥的颗粒包裹集成为连续性的薄膜而形成一个整体网 络， 并填充水泥胶中的部分空隙， 在受力时成为富有弹性 的 “铰” 结构， 既分散了结构胶泥微细裂缝的应力集中， 又 提高了变形能力， 对微裂缝的扩展起到明显的抑制作用， 表现出良好的塑性特征。 !"# 胶乳的加入具有减水剂效 果， 降低 $ % &， 改善和易性， 提高强度， 而且可使集料与水 泥基面粘结度大为堤高。 !"# 水泥结构胶泥在混凝土结 构维修加固中起到明显的 “增强、 增韧、 阻裂” 作用。
求， 设计具有一定的先进性。对具有较高码头前沿的码 头， 当码头底距持力层之间的软弱土层较薄， 码头基础采 用一般打入桩不能满足桩的入土深度， 采用灌注桩又增 加工程造价和影响施工进度时， 码头结构按重力式双层 空心方块结构型式设计是一种可考虑的方案。 （+） 在确定双层空心方块结构的上层方块底板位置 时， 要充分考虑： ! 底板悬臂上土重使结构合力重心后 移， 均衡地基应力的效果； "因卸荷悬臂降低使墙后土压 力减小的情况； #双层方块各自自重对起吊设备的要求。 通过对上述各种作用和因素进行综合分析、 计算、 比较， 应能找到设置上层空心方块底板的最佳位置。 （-） 上层空心方块腔内不填料， 有助于结构降低和调 整地基应力。
万方数据
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码头前 沿 !"# 内， 码 头 前 沿 !"# 外， $ % &’()*； $% +’()*。 !,!,! 起重运输机械荷载 集装箱装卸桥轮压 )#*- % .!’(/， 轮数共 &! 个， 每支 腿 " 个。 !,!," 地震荷载 按 0 度设防。 码头结构设计 结构选型 码头结构型式一般根据当地自然条件、 码头建筑物 使用要求和施工条件决定。本工程码头区地质地层主要 为淤积、 冲 积 层， 规 律 性 较 好， 土 层 埋 藏 较 深， 高程在 码头结构型式选用桩基梁板结构是适合 1 !. , 2’#左右， 的。但为满足码头前沿水深要求， 码头前沿需挖泥至高 程 1 3+ , ’#， 软弱土层厚度仅保留 " , 2# 左右， 如果再把此 软弱层挖除， 进行换砂处理， 码头结构采用重力式也是可 以的。此时决定选用何种结构型式与建设单位使用情况 有关。由于施工条件具备， 地基处理难度不大， 而重力式 结构与桩基梁板结构相比具有对超载及机械工艺变化适 应性强、 整体性好、 施工简单、 使用年限长、 维修费用少等 优点。作为以集装箱货运为主， 机械化要求高， 业务繁忙 的港口码头， 要保证其使用方便且经久耐用， 码头采用重 力式结构较为适合。由于码头较高， 达 34 , !#， 基底应力 较大， 通过抛石基床传至砂垫层顶面的应力也大， 同时， 基础前后趾应力相差也大。为此， 需采用有效的技术措 施， 降低基底应力及调整平衡基础前后趾应力， 使砂垫层 满足承载力要求。本工程采用重力式结构能否成功的关 键是将传至砂垫层的应力降低到其允许范围之内。码头 结构作了 2 个方案的设计， 分别为单层空心方块方案、 双 层空心方块方案、 实心方块方案、 沉箱方案和大圆筒方 案， 经结构计算及稳定验算， 2 个方案均满足规范要求。 设计时从减小水平力和竖向合力的偏心距， 增加基础宽 度， 增加抛石基床厚度等各方面综合考虑了保证砂垫层 承载力要求的措施。此外， 实心方块、 沉箱和大圆筒方案 侧重通过增加基础宽度来保证砂垫层承载力， 而空心方 块方案主要靠减小水平力和竖向合力的偏心距的措施来 保证， 其中双层空心方块方案在这方面的作用尤为明显。
地基应力、 降低工程造价等方面的重要作用， 从而在结构选型时探讨设计新思路。 关键词： 空心方块； 结构型式； 结构选型 中图分类号： )*!*+" "" 文献标识码： , 文章编号： （$##$） "##$ % -’($ #" % ##$" % #.
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@ 工程概况 某港位于珠江入海口水道右岸， 拟建泊位位于已建 码头下游侧。此港水域宽阔， 水流平稳， 外海传入波浪 属 小， 水深条件良好， 距主航道约 $ U -PK。水陆交通方便， 优良港址。 拟建 ! 万吨级集装箱泊位， 总长 .$#K， 码头面高程 （珠基， 以下同） ， 码头前沿底高程 % "* U #K。经充分 . U $K 论证及经济技术比较， 初步设计推荐码头结构方案为重 力式空心方块结构。 AU@UA 工程地质
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自然条件 水文地质 工程水位
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设计高水位 " U $&K、 设计低水位 % " U -*K； 极端高水位 极端低水位 % " U ’*K。 $ U -#K、
收稿日期： $##" % #! % #& 作者简介： 何元瑭 （"’($ % ） ， 男， 广东广州人， 助理工程师， 从事港口工程专业。
!
结语
固领域， 具有明显的优势和应用价值。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第 +- 页） " 结语 本设计推荐的重力式双层空心方块结构是对单层空 心方块结构 （空心方块结构普通类型） 在型式上的一种优 化， 具有一般重力式空心方块码头的普遍特点， 但比一般 重力式空心方块码头具有性能更全面， 造价更合理等优 点。最后， 对本结构方案的设计作以下几点说明： （*） 本设计推荐的重力式双层空心方块结构方案， 设 计原理与一般重力式空心方块结构相同， 设计理论成熟， 符合现行设计规范要求， 设计结构受力明确， 结构稳定， 能满足使用要求。设计上将上层空心方块的底板尾部做 成悬臂， 并设在适当高程处， 目的是使结构更有效地发挥 减压卸荷作用， 有利于抗倾稳定性和满足地基承载力要
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双层空心方块码头断面
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单层空心方块码头断面
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