某浮码头靠船结构体系的设计与研究

满足设计要求。 （２）低水位情况 同样计算，在低水位时靠船体系吸收的最大能 量设计值为：Ｅ吸一７５．１ ｋＮ・ｍ＞Ｅ。一７１．９ ＩＴＩ，满足设计要求。 ５．３桩的强度计算 经计算，在护舷反力作用下，单根桩所受的扭矩 Ｍ，为１０３．２ ｋＮ・１２１，水流摩擦力为９．１ ｋＮ。钢管 桩的内力设计值为： Ｍ。一７２６５．７
（下转第２７页）
［１３天津大学等四校合编．港Ｅｌ工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，
１９７９．
考
文
献
［２］汤姆林森著，朱世杰译．桩的设计与施工ＥＭ］．北京：人民交通
出版社，１９８７．
［３］周春儿．靠船桩的性状与计算方法［Ｊ］．水运工程，１９９９，（５）：
２２—２７．
［４］谢耀峰．港Ｅｌ靠船桩工作性状计算的双参数法［Ｊ］．海洋工程，
工程概况
４柔性靠船结构体系的设计
长沙地区某码头工程位于湘江下游的右岸，上４．１设计条件 游距离市区约１５ ｋｍ，下游至城陵矶约１５８ ｋｍ，场
收稿日期：２０１２—１１—２７
（１）设计水位及高程
作者简介：王俐（１９８１一），女，２００６年毕业于中科院武汉岩土力学研究所，工程师，研究方向为水工结构设计及科研等。
码头以及系泊码头进行装卸作业操作过程中，船体 会对码头建筑物施加冲撞、挤压和摩擦等作用，其作 用荷载也越来越大，对于靠船体系的要求也越来越 高。为了保护码头建筑物和船体的安全，在码头前 沿通常需要设置防冲设备，靠船桩成为港口水工结 构中采用的主要防冲设备形式之一［１。］。 根据吸能形式不同，靠船桩可以分为两类：１）由 多根桩组成的刚性靠船桩，在受撞击过程中变形很 小，撞击能量主要被橡胶护舷吸收；２）柔性靠船桩， 在受撞击过程中变形较大，船舶撞击能量由桩的变 形和橡胶护舷共同吸收。柔性靠船桩结合了护舷和 桩的共同吸能作用，并且其吸能能力与桩的悬臂长 度成正比（适用于深水条件）。从作用机理看，采用 柔性靠船桩作为码头的防冲没备更为经济合理。 钢管靠船结构体系由钢管靠船桩平面刚架和橡 胶护舷（或橡胶垫块）二大部分组成。当船舶靠泊 时，船体首先撞击钢管靠船桩，在通过桩身变形吸收 一部分撞击能量的同时，桩上端的变位压缩橡胶护 舷（或像胶垫块）将部分撞击能量传给高桩码头主 体。正是这种多位一体的吸能工作原理，使钢管靠 船桩式高桩码头具有传力明确、结构简洁、造价经 济、靠泊安全的特点。 ２
３工程地质及水文地质
本项目所处河段为月亮岛分汊河段出口处，原 始地貌属湘江河床、河漫滩，湘江右岸岸侧边滩坡度 约２０。，标高约２５～２８ ｍ，河床枯水水深约２
ｍ。
钻探所揭露地层自地表而下按单元土体划分主 要为：①素填土（Ｑ≯１）、②中粗砂（Ｑ；１）、②，淤泥质土 （Ｑａｌ）、③粉质粘土（Ｑ：１）、③。粉质粘土（Ｑｉｌ）、③：中 粗砂（Ｑ；１）、④砾质粘性土（Ｑｄ）、⑤全风化花岗岩 （ｒ）、⑥强风化花岗岩（ｒ）、⑦中风化花岗岩（ｒ）。其 中⑦单元中风化岩，强度高，饱和单轴极限抗压强度 值在２５．６～１２９ ＭＰａ之间，平均值７８．４ ＭＰａ，标准 值４５．２ ＭＰａ，工程性质好，埋深较大，层厚较大，层 位稳定，是良好的基础持力层。
石Ｆ冈＿７．＜１．１．厂
经计算，满足设计强度要求。
（２）
管靠船桩的变形，共同承担船舶撞击力，在构造上将 相邻钢管靠船桩用一水平联系钢管焊联起来，形成 钢管桩平面刚架，优化结构体系整体受力。
６靠船钢管桩的施工设计
参 ６．１靠船桩的选型 因钢管桩具有较强适应水平变形和承受水平力 的能力，故柔性靠船桩一般选择钢管桩。但本工程 覆盖层比较薄，仅０．９ ＩＴＩ左右，基岩出露，且基岩为 中风化花岗岩，若选择钢管桩作为靠船桩且采用一 般的打人桩施工方法，桩尖无法达到设计高程要求。 若桩承受较大的水平力或力矩，可采用预制型 植入嵌岩桩，若桩主要承受轴向力和较小水平力或 上拔力，可采用预制芯柱型嵌岩钢管桩。由于本码 头主要承受较大的水平力，故采用预制型植入嵌岩 桩，其施工工艺采用“栽”桩法。
护舷吸收能量Ｅ护一７２ ｋＮ・ｍ，经计算，护舷达 到的最大反力Ｐ。＝３４４ ｋＮ，撞击力沿码头长度方向 的分向力Ｐ２—１０３．２
ｋＮ。
ｍ／ｓ，船舶满载排水量Ｍ一３０７０ ｔ，有效动能系数１０ —０．７５时，有效撞击能量为： Ｅｏ一１／２・ＭＷｐ 计算得：Ｅ。＝７１．９
ｋＮ・ｍ。 （１）
５．２桩的吸能计算 钢管桩的吸能由两部分组成，其一为护舷反力 及撞击力沿码头长度方向的分力共同作用时桩所产 生的应变能Ｅ０，，其二为撞击力沿码头长度方向的
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｓｉｇｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｓｅｖｅｒａｌ
ａｒｅ
ｉｍｐｒｏｐｅｒ ｄｅｓｉｇｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ
ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｄｅｔａｉｌｓ．Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ
ａｓ
ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｂｒａｎｃｈ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３０００７３）
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｉｎ ｏｒｄｅｒ
ｔｏ
ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｇｏａｌ ｏｆ
ａ
ｓａｆｅ，ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｄｅ—
中图分类号：ＴＵ４７３ 文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４—３１５２（２０１３）０１—０００５—０３
址位于某集团粮食储备库。 １
引言
现代港口停靠船舶的日趋大型化，船舶在靠、离
本工程拟新建２０００吨级泊位５个（除食用油泊 位外，其它泊位水工结构按３０００吨级设计），其中１ ＃泊位为食用油泊位，２＃泊位为粮食通用泊位，４＃ 泊位为件杂泊位，５＃、６＃泊位为多用途泊位。 １＃泊位为浮码头，２＃、４＃～６＃泊位为高桩梁 板结构。２＃泊位通过一座引桥和陆域相连，并通过 墩台和实体接岸分别与３＃泊位（已建码头）和陆域 相连，４＃泊位通过两座引桥和陆域相连，５＃、６＃泊 位通过后方平台及接岸与陆域相连。引桥、后方平 台均为高桩梁板结构。
２００５，２０（２）：３８—４２．
［５］
谢耀峰．靠船桩的性状与计算［Ｊ］．水运工程，１９９９，（９）：卜９．
万方数据
第１期
孙亚飞：基坑支护结构优化设计探讨
Ｅ２］
２７
工顺序、连接构造的合理性、施工的难易性以及避免 不必要的施工风险，从而达到“安全、经济、易于施
肖武权，冷伍明．深基坑支护结构设计的优化方法［Ｊ］．岩土力
ｋＮ．ｍ．
整个靠船结构体系吸收的最大能量设计值为：
Ｅ吸一Ｅ护＋Ｅ桩＝９０．６ ｋＮ・ｍ＞Ｅｏ一７１．９ ｋＮ・ｍ
７窒占ｔｉ≥
在长江中上游的码头设计中，码头基岩的出露 面较浅，覆盖层较薄，在浮码头设计过程中，靠船体 系结合地质条件和施工机械、施工工艺的选型非常 重要。基岩面较浅的浮码头靠船体系的设计要点总 结如下。 （１）浮码头的靠船体系宜选择钢管桩与橡胶护 舷（或橡胶垫块）结合的方式，充分利用桩身变形和 橡胶护舷（或橡胶垫块）变形来消耗船舶停靠能量。 （２）靠船桩宜选择柔性钢管桩，便于充分利用桩 的变形来消耗靠船能量。相对于刚性桩，柔性钢管 桩具有形变量大、协调性好的特点。 （３）地质条件较好时，柔性靠船钢管桩宜选择 “栽”桩法施工。通过常规钻孑Ｌ桩成孑Ｌ，大型机具整体 吊装钢管桩，再浇筑混凝土，最后拆除钢护筒，具有施 工方便，结构体系安全，施工机械充分利用的优点。 （４）码头平面布置时，应考虑船舶靠泊时，船舶 纵轴线与码头前沿线有一夹角。为协调相邻排架钢
万方数据
土
工
基
础
设计高水位３５．５８ ｍ（二十年一遇）；设计低水 位（建库后）２８．４０ ｍ（长沙枢纽防洪预泄最低运行 水位）；设计洪水位３６．６５ ｍ（一百年一遇）；码头面 高程３７．５０ ｍ；设计河底高程２４．７０ （２）设计代表船型和兼顾船型 ①１＃食用油泊位 设计代表船型为２０００吨级油船，兼顾船型为 １０００吨级油船和５００吨级油船。 ②２＃、４＃～６＃泊位 设计代表船型为２０００吨级货船，结构设计船型 为３０００吨级货船，兼顾船型为１０００吨级货船和 ５００吨级货船。５＃、６＃泊位为多用途泊位，考虑集 装箱船靠泊。 （３）设计荷载 结合工程特点主要考虑以下荷载 ①系缆力；②撞击力；③水流力；④码头使用荷 载：管线荷载、码头面均布荷载、装卸机械荷载、流动
第２７卷第ｌ期 ２０１３年２月
土
工
基
础
Ｖｂｌ．２７
Ｎ０．１
Ｓｏｉｌ Ｅｎｇ．ａｎｄ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ
Ｆｅｂ．２０１３
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
某浮码头靠船结构体 系的设计与 研究
王 俐
（中交第二航务工程勘察设计院有限公司，武汉４３００７１）
摘要：介绍长沙地区某码头靠船体系的组成及工作原理，分析了靠船体系的设计特点及设计过程，提出了浮码头 靠船钢管桩的“栽”桩施工工艺，结合工程具体应用，总结了该工艺的优点，可供同类工程参考。 关键词：浮码头，靠船系统，钢管桩，“栽”桩
图ｌ
１＃码头水工结构横断面图
０．２３
ｍ／ｓ，计算得到有效撞击能量Ｅ。一６５．８ （３）撞击力的确定
ｋＮ・
５柔性靠船桩的结构计算
５．１
ｍ＜Ｅｏ。 本工程选择ＤＡ—Ａ５００Ｈ型橡胶护舷（标准反 力型），长度为１．０
ｍ。
船舶靠泊时的有效撞击能量及撞击力 （１）只考虑船舶撞击情况 根据相关规范，当船舶法向靠泊速度为０．２５
尹双，张仲先，王勇．深基坑支护方案的分析与优化［Ｊ］．岩土工 程技术，２００５．
Ｔｈｅ Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓ
ｏｎ
ｔｈｅ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｓ
ＳＵＮ Ｙａｌｅｉ
（Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｇｒｏｕｐ
（２）考虑船舶与趸船一起撞击情况 当船舶与趸船一起靠泊时的法向速度为Ｖ。＝
万方数据
第１期
王俐：某浮码头靠船结构体系的设计与研究
‘７
分力作用时，桩扭动产生的应变能Ｅ。：。 （１）高水位情况 根据相关规范，在高水位时，撞击力距离泥面的 距离为１１．６ ｍ，外力作用点至桩嵌固点的距离为１６ ｍ，经计算，此时的Ｅ。。一１８．６
ｋＮ・ＩＴＩ ｋＮ・
Ｖ一５６３．６ ｋＮ
Ｍｒｐ一１０３．２
ｋＮ・ｍ
桩身的应力计算值为： 盯一Ｍ。／Ｗ。 正应力盯＝２．１８×１０５ ｋＮ・ＩＴＩ＿２＜厂＝２．９５×
１０
５
ｋＮ・１ＴＩ～，满足设计要求；剪应力ｒ一１２９２３．１
ｋＮ・ｍ－２＜＾＝１．７×１０５ ｋＮ・ｍ一，满足设计要 求。折算应力应满足式（２）。
学，２００７．
Ｅ３］
冯俊福．杭州地区地基土ｍ值的反演分析［Ｄ］．浙江：浙江大
学，２００４．
工”的设计目标。
［４］
罗少华，等．会展中心站基坑支护结构设计［Ｍ］．天津：中铁上 海设计院集团有限公司天津分院，２００９．
参
考
文
献
［５］
刘国彬，王卫东．基坑工程手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版
社，２００９．
［１］
ａ ｃｏｓｔ
ｎｏｔ
ｏｎｌｙ ｒｅｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ
ｋＮ・ｍ，Ｅ。。＝０．００４
６．２“栽”桩法的施Ｔ Ｔ艺 （１）先沉放钢护筒； （２）钻岩至设计标高，做好灌注砼和沉桩准备； （３）钻岩完毕后立即灌注水下砼（不离析砼）； （４）砼初凝前及时把桩沉人设计标高，临时固 定； （５）待桩内外砼强度达到７０％后拆除钢护筒。
ｋＮ・１ＴＩ，钢管桩吸收能量为：Ｅ桩一Ｅ０１＋Ｅ０２—１８．６
ｍ。
机械荷载、引桥荷载、后方平台荷载等。 ４．２设计情况 主要介绍１＃浮码头的设计思路及概况。 （１）１＃码头主体结构 １＃码头为浮式结构，主要由一艘钢趸船（６０×
１２×２Ｘ０．８
ｍ）、一座３０×４．５ ｍ钢引桥、一座８Ｘ
８
ｍ钢筋砼阀室承台及２根趸船定位桩组成，定位桩 采用（Ｉ）１４００ ｍｍ嵌岩钢管桩。钢筋砼阀室承台尺 度为８×８ ｍ，承台顶高程为３８ ｍ，承台厚１．８ ｍ，基 础采用４根＃９１０００ ｍｍ灌注嵌岩桩（图１）。 （２）钢引桥的结构设计 １＃码头在设计低水位时，码头钢引桥坡度为 １：３．８８，参照客运码头相关规范，引桥坡度不宜陡于 １：７，若引桥上设踏步可以适当放缓。本工程考虑在 钢引桥人行侧桥面做活动踏步，踏步设置采用连杆 机制，随着坡度变化，踏步面始终保持水平，保证行 人通行的要求。