离岸深水港口建设关键技术研究课题之五

离岸深水港口建设关键技术研究课题之五

离岸深水港码头重力式复合结构和嵌岩

桩结构关键技术研究

报告简本

1.课题研究的意义

本课题研究依托大连新港新建30万吨级（兼靠45万吨）进口原油码头工程、中石油大连LNG项目码头工程和宁波港北仑港区五期集装箱码头工程，研究内容涵盖了离岸深水港码头建设的多个关键技术问题，十分具有代表性。本课题研究的意义如下：

1.1本课题是满足船舶大型化、解决岸线资源紧张的需要

我国国民经济的持续高速发展，引发港口建设新的高潮。港口运输能力已不适应日益繁忙的国内外运输需要。目前，沿海港口运输总能力缺口达5亿吨，与2015年需求相比，缺口约20亿吨以上，为此，迫切需要加快离岸大型深水港口建设。

然而目前我国港口布局不尽合理，港口虽多却缺少大型深水码头，易开发的近岸岸线资源已基本开发使用殆尽。岸线资源是不可再生的，迫切需要寻找新的岸线资源。

1.2码头离岸化、深水化迫切需要新型结构型式

大连港作为中国东北地区最大的出海口和大连建设东北亚重要的国际航运中心的重要基础和支撑，其大窑湾港区是国家重点开发建设的国际深水中转港之一，远期规划建设约40个大型深水泊位。同时沿海营口港、唐山港、青岛港、日照港、连云港港、上海洋山港区、宁波-舟山港、湛江港、广西北部湾港等亦正在加大大型散货码头的投资力度。这些港口的建设迫切需要新的结构型式，重力式复合结构和嵌

岩桩结构是可供选择的很好的结构型式。

1.3是提高我国建港技术水平、促进我国建港技术进步和创新的需要

积极开展离岸深水港码头重力式复合结构和嵌岩桩结构关键技术研究，将成果直接应用于国家重大港口工程建设，达到规避工程建设风险、优化方案、节约投资、加快建设速度的目标。这对于加快全国沿海港口工程建设，提高我国整个港口工程建设的技术水平，节省工程建设投资亦具有重要的意义。

2. 国内外研究概况

2.1国内、外已有大型开敞式码头结构型式

2.1.1国内开敞式码头结构型式

国内大型开敞式码头按结构型式分类主要有以下几种：

1）桩基结构型式

①一般斜桩结构

国内应用最广泛、最成熟的结构之一。

②全直桩结构

2）重力式结构

2.1.2国外开敞式码头结构型式

1）国外大型开敞式桩基码头结构型式

①全直桩码头结构

分为柔性结构和半柔性结构。柔性结构保持各桩均匀承受水平力而顶部不承受弯矩；半柔性结构桩群上部采用刚性连接，桩顶部承受弯矩。

②导管架结构

该结构具有整体性好、承载力大、抗风浪性能好、便于施工的特点。在日本、欧洲应用较多。

③一般斜桩结构

适应于海底覆盖层适中，用打桩船即可沉桩的地质条件，常见于25万吨级以下

码头。

2）复合结构

①桩基-重力式复合结构

该种结构型式在国外大型开敞式码头中得到较广泛地应用，是一种很有发展前途的新型结构。

②重力式-桁架复合结构

国外还较少采用。

3）重力式结构

国外25万吨级以上码头较少采用重力式结构。

2.2国内、外大型开敞式码头施工方法

2.2.1国内已有施工方法

1）桩基施工

国内开敞式大型桩基码头施工主要采用打桩船施工。我国现有打桩船有效起吊能力120吨左右,最大冲击能量为533千牛·米左右,打桩船所能施打的合适钢管桩Ф2000mm以下。

国内大型钻机或者冲击钻成孔，孔径可达3000 mm。

2）大型构件施工

近年国内已有起吊能力达7500吨的起重船，但数量十分有限。大型预制构件重量一般控制在500吨以内，海上桩基桥墩已出现整体吊装施工工艺。

2.2.2国外施工方法

1）桩基施工

①打击法沉桩

打击法沉桩适合海底有合适覆盖层厚度地质条件的港址。目前，该沉桩方式应用最普遍。

②挖孔或冲孔栽入桩

③钻孔嵌岩法

嵌岩桩结构受力合理，施工速度快，造价低，在国外得到广泛应用。国外已有钻孔直径达7m的旋转式钻机；冲击钻机已能冲击成直径3-5m、深40m的孔。

④钻打结合法

2）大型构件施工

自航式旋转臂架起重船使用灵活方便，但结构复杂，费用高；非自航式固定臂架起重船使用较不方便，但结构简单，费用低。世界上起重船最大起重能力已达万吨以上。

2.3国内开敞式码头设计、施工中存在的问题

2.3.1设计存在的问题

1)结构型式方面

①码头结构型式

国内开敞式大型深水码头绝大多数为重力式结构和斜桩结构，少数为全直桩结构，结构型式比较单一。

②上部结构

国内大型码头上部结构一般采用梁板结构，该结构仅梁板采用预制安装，桩帽和节点采用水上现浇施工，现浇量仍较大。

目前国内采用打桩船沉桩，在开敞海域施工沉桩偏位很难控制，给上部结构采用陆上整体或分块预制、水上吊装的施工方式带来了较大困难。

③嵌岩结构

国内嵌岩结构在中小型码头中应用较多，在开敞海域大型码头中应用经验不足。

2)材质

目前，高端高强度钢仍需进口，价格昂贵。而我国广泛应用的低合金钢强度明显偏低。

3)计算理论、方法、手段

国内复合结构计算模式、方法方面还是空白。

4)码头面高程的确定

现行开敞式码头面高程的确定方法仅适用于正向浪作用下透空的桩基梁板结构，不适用于斜向浪、波流共同作用下的桩基结构、重力式结构和复合结构。

2.3.2施工存在的问题

1)桩基施工

国内用打桩船沉桩存在的主要问题是起吊能力偏小、锤击能量不足及沉桩桩径受到较大限制；钻孔沉桩存在的主要问题是设备可靠性较差、施工效率较低。