辐射状沙洲港口建设特点

２００６年１０月
第１０期总第３９４期
Ｏｃｔ．２００６
Ｎｏ．１０ＳｅｒｉａｌＮｏ．３９４
水运工程
Ｐｏｒｔ＆ＷａｔｅｒｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
我国苏北沿海辐射状沙洲地区一直是我国沿海港口建设的空白带，位于其北端的大丰港是该空白带的第一个海港码头［１－２］，该工程于１９９８年开工建设，２００５年建成并投产；与其条件类似的吕四港，位于沙洲的南端，也将开始进行建设。

１辐射状沙洲的特点
江苏沿海辐射沙洲是２０世纪初以来逐步形
成的，据仅有的少数年份海图资料，１９０４年的英版海图上江苏沿海的暗沙尚未形成辐射状，１９５７年的海图暗沙呈辐射状，以后逐渐与现代面貌一致。

苏北沿海辐射沙洲南北长约２００ｋｍ﹐东西宽约９０ｋｍ﹐由７０多个大小沙体组成﹐并以弶港为顶端向外呈辐射状分布，北自大丰，南至吕
四。

有关科研成果表明，江苏沿海辐射沙洲群自形成以来整体上是稳定的，但区内泥沙运动活跃，局部地形变化明显。

东海前进波和山东半岛南部旋转波在江苏沿海的辐合和辐散，使沙洲群呈脊、槽相间，辐射状展布的格局不会改变，深大的潮汐水道是良好的通航水道。

１．１大丰港沿海动力地貌概述［１－２］
在１９９５年地质钻探时，对大丰港地层成因时
代作了鉴定，港区表层７．５～１５．５ｍ厚的灰黄色粉砂夹亚黏土层是距今８００多年黄河夺淮入海以来的松散沉积。

西洋水道潮汐动力强，流速和含沙量较大，据１９９２年９—１０月实测资料，大潮时垂线平均
收稿日期：２００６－０９－１９
作者简介：胡家顺（１９６４－），男，教授级高级工程师，从事港口工程设计。

辐射状沙洲港口建设特点
胡家顺
（中交水运规划设计院，北京１００００７）
摘要：分析辐射状沙洲地区动力地貌、地质、水位、波浪等的特点，重点论述位于辐射沙洲地区的大丰港、吕四港的
码头平面布置、航道、水工结构的特点，总结设计和施工经验，提出以后该区域设计、施工须考虑的因素和注意的问题。

关键词：辐射状沙洲；大丰；吕四；港口；建设中图分类号：Ｕ６５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００２－４９７２（２００６）１０－００９４－０４
ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＰｏｒｔＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｎＲａｄｉａｌＳａｎｄＢａｒ
ＨＵＪｉａ－ｓｈｕｎ
（ＣｈｉｎａＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＰｌａｎｎｉｎｇ＆ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｆｏｒＷａｔｅｒＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００００７，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｇｅｏｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｇｅｏｌｏｇｙ，ｓｔａｇｅａｎｄｗａｖｅ，ｅｔｃ．ｉｎｔｈｅａｒｅａ
ｗｉｔｈｒａｄｉａｌｓａｎｄｂａｒｓ，ｍａｉｎｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｓｏｆｐｌａｎｅｌａｙｏｕｔ，ｗａｔｅｒｗａｙａｎｄｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＤａｆｅｎｇＰｏｒｔａｎｄＬü
ｓｉＰｏｒｔａｔｔｈｉｓｋｉｎｄｏｆａｒｅａ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ａｎｄｐｕｔｓｆｏｒｗａｒｄｆａｃｔｏｒｓｏｆｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎａｎｄｍａｔｔｅｒｓｏｆａｔｔｅｎｔｉｏｎｉｎｆｕｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｔｔｈｅａｒｅａ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄｉａｌｓａｎｄｂａｒ；Ｄａｆｅｎｇ；Ｌü
ｓｉ；ｐｏｒｔ；
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
・・第１０期
最大流速为１．５９～２．０４ｍ／ｓ；大潮全潮平均含沙量
１．５ｋｇ／ｍ３左右，小潮时为０．７ｋｇ／ｍ３，最大含沙量达
２．７ｋｇ／ｍ３，该水道顺直，水流通畅，是潮流和泥沙
进出的通道。

在潮滩区外缘，距岸堤４ｋｍ以外范
围，滩面地形变化较大。

在整体稳定的总趋势下，西洋水道稳定地位于岸外１０ｋｍ左右处，港区附近主槽处于微冲的动态平衡状态，－５ｍ、－１０ｍ深槽略有冲深拓宽之势。

根据海图资料对比分析，港址附近１９６３—１９９３年０ｍ、－５ｍ、－１０ｍ等深线逐年后退，其中０ｍ和－５ｍ等深线平均后退速度为５０～６０ｍ／ａ，－１０ｍ等深线进退变幅在１０ｍ左右；水道东侧小阴沙轴线有所变化，其西侧－１０ｍ等深线变幅较小。

１９９３—１９９５年间０ｍ和－５ｍ等深线变化不大。

１．２吕四港动力地貌概述［３－５］
该区是古长江三角洲沉积区，为粉沙淤泥质的平原海岸，由于古地貌基础差异及现代潮流和泥沙运动的塑造，形成现今海滩深槽相间分布的海岸形态。

小庙洪水道位于岸外５ｋｍ，与现海堤之间为宽阔的潮间浅滩。

吕四海滩经历了漫长的冲淤过程。

据调查，西起东灶港、东至蒿枝港长约３０ｋｍ的海滩处于侵蚀过程之中，高滩侵蚀率每年约２７ｋｍ。

自１９６１年海堤加固后，高滩的侵蚀被制止，但堤外的低滩侵蚀还在继续。

根据１９９０年夏在小庙洪南支水道口门处水文泥沙测验资料分析，涨落潮垂线平均流速相差不大，一般落潮流略大于涨潮流，实测最大流速为２．０ｍ／ｓ，均在表层落潮流时出现。

潮流的历时一般涨潮时略长，潮流流向与水道主槽方向一致。

实测大潮平均含沙量为０．３５ｋｇ／ｍ３；小潮平均含沙量为０．０９ｋｇ／ｍ３；实测涨潮平均最大流速１．４９ｍ／ｓ，落潮平均最大流速２．０５ｍ／ｓ；而潮滩上的涨潮历时远小于落潮历时。

２辐射状沙洲港口自然条件特点
２．１水位特点
苏北辐射状沙洲地区潮差比较大，大丰港和吕四港的潮差见表１。

２．２波浪特点
苏北辐射状沙洲地区冬季盛行西北风，夏季盛行东南风，台风多出现在７—９月份，平均风力５～８级，台风影响次数由北向南逐渐增多。

据统计，影响大丰地区的台风平均每年０．６次，风向以ＮＥ和ＮＮＥ为主；影响吕四港的台风平均每年１．７次，风向以ＮＮＥ为最大。

苏北辐射状沙洲地区沿海波浪是以风浪为主，沙洲对外海来浪有一定掩护。

大丰港无长期实测资料，设计波要素采用风场资料推算（吕四海洋站）。

两港的强浪、次强浪向设计波浪见表２。

２．３地质特点
１）大丰港
第四纪沉积厚２００～３００ｍ，上层６０ｍ范围自上而下为粉砂、灰色粉砂夹亚黏土、灰色亚黏土混粉砂、浅灰色亚砂土及浅灰色亚黏土与亚砂土互层。

２）吕四港
工程场区地基土层为第四系全新统滨海相沉积层和上更新统海陆交互沉积，上层６０ｍ范围自上而下为粉砂夹粉质黏土或粉质黏土夹粉砂、淤泥质粉质黏土夹粉砂、粉细砂沉积。

３辐射状沙洲港口建设的特点
３．１码头前沿线
１）码头要顺流布置
辐射状沙洲海域为强流海区，主流向与岸线大致平行，特点是流速大；水体含沙量大；滩面主要沉积物为粉沙，在波浪、水流作用下极易启动，是一种动态平衡。

此种条件决定了为避免港表１大丰港和吕四港的潮差ｍ潮差大丰港吕四港最大潮差５．２５５．１
最小潮差１．５２２．８８
平均潮差３．１３．７１
表２重现期为５０ａ码头前沿（设计高水位）波浪要素港址波向Ｈ１％／ｍＴ／ｓ
大丰港
Ｎ５．４９．３
ＮＮＥ４．８９．５吕四港
ＮＥ－ＥＮＥ５．１７７．５
Ｅ－ＥＳＥ４．９９７．４
胡家顺：辐射状沙洲港口建设特点９５
２００６年
水运工程・・
口建设对地形造成大的影响，码头轴线应与水流主流向平行；还要特别考虑水流的底流速和流向，码头轴线与底流向角度不宜过大。

２）码头占用深槽尽量少
大丰港和吕四港均显示岸坡近年来逐渐变陡，深槽有岸逼的趋势，码头前沿处于冲刷环境，这对局部疏浚后码头前沿水深维护是有利的。

此外，从长期发展来说，鉴于码头前沿的深槽是以后港区主要的进出港航道，先期建设的码头不宜过多占用此深槽。

因此，码头平面应尽量靠近深槽岸侧。

３）引堤、引桥采用透空结构
辐射状沙洲岸侧浅滩的特点是：浅滩长、坡度缓（约为１／１０００）。

根据大丰港引堤和吕四港围堤建设的经验，接岸结构应采用透空结构。

在岸边一定范围建设围堤对地形影响不大，随着引堤向海中加长，其前沿水深变化逐渐加深。

当然，由于岸边地形高，建设实体结构造价较少，但应估计到对将来的影响。

４）航道和设计船型
大丰港和吕四港分别位于江苏沿海辐射沙洲的南北两端，大丰港－１１ｍ航道长度约２６ｋｍ，吕四港３．５万吨级航道长５４ｋｍ，对沿海辐射沙洲其他港址，则航道长度还会增加。

而大丰、吕四两港潮型均为半日潮，因此，对于船舶进出航道而言，宜考虑由于航道较长而影响的乘潮时间和乘潮水位。

由于前述的原因，在不采取可靠工程措施的前提下，如挖泥浚深，航道很难维护。

预计近期两港建设码头的最大吨级在５万吨级左右。

３．２码头水工结构特点３．２．１
码头、引桥桩基
大丰港实际经验证明，码头采用桩基是成功
的，以采用钢管桩或预应力混凝土管桩为好。

为了验证６００ｍｍ×６００ｍｍ预应力混凝土方桩的可实施性，大丰港曾于１９９７年进行了试桩。

共试验
４根桩。

试桩桩长４７ｍ，担心锤击困难，其中２根桩考虑了结合水冲（内冲内排），则桩内空心!３００ｍｍ至顶。

试打桩采用Ｄ１００锤开二挡。

在满
足设计承载力时的最后贯入度在５￣１０ｍｍ／击，桩的锤击数在１２００￣３０３０击之间，单桩极限承载力
为５０００～６０００ｋＮ。

而在实施中采用!８００ｍｍＰＨＣ桩时，最大锤击数在２０００击以内，单桩极限承载力为６０００ｋＮ以上。

吕四港码头和引桥也拟采用桩基结构。

３．２．２其他特点
码头纵向排架计算浪流对桩、板梁作用力时，
码头作为整体，考虑了相位影响，并进行物理模型试验验证，在浪流同向时，试验结果与采用规范计算结果比较接近。

为解决小船系缆，设置了双层系船柱。

梁板均采用预制安装构件。

施工期波浪比较大，要考虑特别的夹桩措施。

大丰港引桥采用纵横向双层刚性夹桩，已经施打的桩要求冬季前安装完上部纵横梁或采取双层夹桩措施。

３．２．３
码头、引桥施工特点
根据大丰港已建码头的经验，此处具有一般外海施工特点外，还具有当地特殊因素：
１）引桥浅水段
大丰港引桥浅滩直桩段，水深浅，打桩船无法作业，施工采用陆上推进搭脚手架、采用振动锤加内冲内排沉桩，距设计高程５ｍ时，停止水冲，振动下沉至设计高程。

由于桩长超过３０ｍ，受陆上起重能力的限制，整根桩分２节下沉，采用水上焊接。

要求上节桩在１９ｍ以上，保证接头位于泥下。

主要问题是ＰＨＣ桩接头的焊接无法检测，只能依靠生产商的技术指导和监理的现场旁站；水冲高度不易控制，曾有１根桩出现沉到设计高程后，几天后复测时，有自沉现象。

２）引桥深水段和码头
桩基采用打桩船施工，由于水上施工，距岸远，定位需要采用测量平台或ＧＰＳ；打桩船大多时间横流施工，流速大，特别是潮流与浪同向时，能量更大，加之海底为粉细砂，需要注意船舶锚锭系统。

３）备用桩比例
大丰港码头水上沉桩实际坏桩比例较高，达
２％以上，除去没有及时夹桩的原因，主要是上层
粉细砂层厚度大，标贯击数比较大，加上ＰＨＣ强
９６
・・第１０期
度高、脆性高。

４）施工时间
大丰港一般情况下每年４－１０月水上作业条件较好，期间主要受台风影响，但港址东侧有浅滩，因而台风的影响相对不严重；１１－３月，主要受北风及寒流的影响，水上施工困难，开始阶段曾在１１月打桩，总共只打３根桩；另外，在此处施工过程中，打桩船曾多次出现由于北风引起的危险因素。

３．３港口建设对局部地形的影响
１）施工期局部地形变化
现地形处于动态平衡，随着建筑物的修建，局部地形变化剧烈。

大丰港在建设期间，实体引堤堤头前１０～２０ｍｍ范围，局部冲坑约１０ｍ左右；随着桩基的施工，码头前沿水深局部逐渐加深，原码头位置泥面－５ｍ左右；据２００３年１２月测图，码头位置泥面在－６．５￣－６．７ｍ左右；在２００５年９月的最新测图中，码头北段已达－１１￣－１２ｍ。

２）使用期地形变化
工程实施后，水深变化相当剧烈，在大丰港５０００吨级码头设计时，码头前沿还要进行局部挖泥，结构也按１万吨级进行了预留。

据１９９５年测图，码头前沿泥面高程在－５．１ｍ左右，码头于２００５年１０月建成投产，在２００６年４月的测图中［６］，码头前沿的泥面高程在－１４．５￣－７ｍ之间，最大冲刷深度达９．５ｍ。

码头宽度３５ｍ，码头后沿泥面高程也在－１１￣－１３ｍ之间，远超出预计，需要采用工程措施对桩基进行保护。

由于投产时间短，地形还在定期测量中。

４存在的主要问题
１）风、浪和水位的观测
由于苏北辐射状沙洲一直是我国的沿海港口空白带，自然条件的观测工作过去做得很少，近年来，结合大丰港和吕四港的开发，做了一定的工作，但对整个区域还缺少系统观测。

２）泥沙分析研究
港区目前处于动态稳定，局部变化剧烈，应进一步加强对整个苏北辐射状沙洲的观测与变化规律的研究。

３）运营问题
考虑苏北地区航道长，可达数十公里，风、雾对船舶作业实际影响比一般港口大，考虑遇有紧急情况要安排时间提前离港等因素，按规范计算的作业天数要偏多。

由于航道长，若利用深槽中最大水深，则需要定期或不定期观测，根据水道冲淤的变化及时调整导助航设施。

４）结构耐久性及维护
根据观察，大丰港除Ｃｌ－之外，水流、波浪对混凝土结构，特别是桩基的影响还有待进一步研究；另外，本区水体含沙量大、水流流速大，对桩基耐久性影响尚须进一步监测研究。

参考文献：
［１］中交水运规划设计院．大丰港５０００吨级码头工程施工图设计［Ｒ］．北京：中交水运规划设计院，１９９８．
［２］中交水运规划设计院．大丰港５０００吨级码头工程初步设计［Ｒ］．北京：中交水运规划设计院，１９９７．
［３］中交水运规划设计院．江苏大唐吕四电厂专用煤码头工程初步设计［Ｒ］．北京：中交水运规划设计院，２００５．［４］南京水利科学研究院．吕四港小庙洪水道稳定性分析研究报告［Ｒ］．南京：南京水利科学研究院，２００３．
［５］南京水利科学研究院．江苏大唐吕四电厂工程潮流泥沙物理模型试验研究［Ｒ］．南京：南京水利科学研究院，
２００３．
［６］海军某部测量大队．大丰港５０００吨级码头测图［Ｒ］．海军某部测量大队，２００６．
胡家顺：辐射状沙洲港口建设特点９７。