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《港工技術(shù)雜志》2016年第5期

摘要：

本文結(jié)合唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭三期工程裝船機(jī)軌道梁的設(shè)計過程，探討碼頭軌道梁設(shè)計的創(chuàng)新方案。在遮簾樁導(dǎo)梁上設(shè)置支墩，通過縮短支墩間距減小前軌道梁斷面和配筋，并改善配筋方式，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果，可為類似工程的設(shè)計提供借鑒。

關(guān)鍵詞：

遮簾式板樁碼頭；軌道梁；優(yōu)化設(shè)計

引言

現(xiàn)澆彈性地基梁是目前國內(nèi)碼頭常用的軌道梁結(jié)構(gòu)型式之一，其施工簡單，工期短，但這種結(jié)構(gòu)型式通長需要較大的接地寬度來減小地基應(yīng)力，這就導(dǎo)致彈性地基軌道梁斷面往往都比較大，造價也較高，本文結(jié)合唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭三期工程裝船機(jī)軌道梁的設(shè)計，探討遮簾式板樁碼頭前軌道梁設(shè)計的優(yōu)化方案，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

1工程概述

唐山港曹妃甸港區(qū)煤碼頭三期工程位于曹妃甸一港池西岸側(cè)，南端與已建的曹妃甸煤碼頭二期工程相鄰，北端與曹妃甸港區(qū)通用散貨泊位工程相接。共建設(shè)1個5萬t級泊位、2個7萬t級泊位及2個10萬t級泊位，堆場位于碼頭后方。本工程設(shè)計吞吐量為5000萬t/a。碼頭采用順岸連續(xù)布置型式，碼頭長度為1417.5m，碼頭結(jié)構(gòu)均按10萬t級設(shè)計。碼頭面高程為4.5m，前沿設(shè)計底高程-15.5m，為遮簾式板樁結(jié)構(gòu)。

2優(yōu)化設(shè)計過程及方案

2.1主要設(shè)計工藝荷載

軌道梁設(shè)計荷載主要為裝船機(jī)荷載，其主要技術(shù)參數(shù)及荷載如下：1）工作狀態(tài)荷載裝船機(jī)軌距22.0m，基距16.0m，主機(jī)共4個支腿，海側(cè)每個支腿10個輪子，陸側(cè)每個支腿8個輪子，尾車共4個支腿,每個支腿3個輪子，以海側(cè)軌道為例，輪系布置如圖1所示，主機(jī)最大工作輪壓為348.9kN/輪，兩機(jī)間最小中心間距不小于50m。2）非工作狀態(tài)荷載裝船機(jī)非工作狀態(tài)荷載只在非工作狀態(tài)停機(jī)位置及陣風(fēng)錨碇處產(chǎn)生。裝船機(jī)頂升荷載：裝船機(jī)共設(shè)4個頂升角，每個角設(shè)2個頂升點，每個頂升點向下的垂直力標(biāo)準(zhǔn)值為1200kN。裝船機(jī)錨定荷載：裝船機(jī)在前、后軌各設(shè)2個錨碇點，每個錨碇點的水平力標(biāo)準(zhǔn)值為600kN。裝船機(jī)防風(fēng)荷載：裝船機(jī)共設(shè)4個防風(fēng)系纜點，每個防風(fēng)系纜點的拉力標(biāo)準(zhǔn)值為300kN。裝船機(jī)車擋荷載：裝船機(jī)對單車擋產(chǎn)生的水平撞擊力標(biāo)準(zhǔn)值不大于450kN，對雙車擋不大于225kN，撞擊點到碼頭面的垂直距離為0.725m。非工作狀態(tài)主機(jī)最大輪壓為398.7kN/輪。

2.2初步設(shè)計階段方案

初步設(shè)計階段碼頭對比了3種結(jié)構(gòu)型式，推薦采用遮簾式地連墻板樁結(jié)構(gòu)方案。前地連墻厚1.1m，底高程-31.0m，墻頂高程為0.0m。在前地連墻后打設(shè)一排遮簾樁，其上澆筑導(dǎo)梁。遮簾樁尺寸為1.0m×2.0m，樁底高程為-35.0m，樁頂高程為0.0m，前墻與遮簾樁凈距3.5m，遮簾樁沿碼頭縱向中心距2.4m，地連墻和遮簾樁間采用鋼拉桿相連，遮簾樁和錨碇墻之間設(shè)置鋼拉桿，錨碇墻上澆筑導(dǎo)梁。在前地連墻極端低水位處設(shè)置排水孔，并在墻后回填碎石倒濾層。碼頭結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。前軌道梁距碼頭前沿線6.5m，采用碎石基床上現(xiàn)澆彈性地基梁結(jié)構(gòu)型式，前軌道梁倒T形底寬2.0m，高1.5m。后軌道梁采用Φ1200灌注樁為基礎(chǔ)，灌注樁間距4.8m，后軌道梁尺寸為1.2m×1.6m（寬×高，下同）。初步設(shè)計階段，前軌道梁標(biāo)準(zhǔn)段最大彎矩設(shè)計值為3580kN•m，后軌道梁標(biāo)準(zhǔn)段最大彎矩設(shè)計值為2071kN•m。現(xiàn)澆彈性地基梁的優(yōu)點在于其施工工序簡單，工期很短，但由于本工程前軌道梁下設(shè)有拉桿，不能強(qiáng)夯，地基承載力較低，因而前軌道梁需要很大的接地寬度，這就導(dǎo)致前軌道梁斷面非常大，造價也很高，但即使如此仍避免不了后期沉降，維護(hù)工作量也很大。針對這種情況，施工圖設(shè)計階段結(jié)合遮簾樁導(dǎo)梁對前軌道梁斷面進(jìn)行了優(yōu)化。

2.3施工圖設(shè)計階段方案優(yōu)化

2.3.1第一階段優(yōu)化

前軌道梁距離碼頭前沿6.5m，遮簾樁導(dǎo)梁中心距碼頭前沿6.0m，施工圖階段將遮簾樁導(dǎo)梁中心調(diào)整到與前軌道梁一致，并在遮簾樁導(dǎo)梁上設(shè)置支墩，從而使前軌道梁受力模式變?yōu)槎嗫邕B續(xù)梁。最初設(shè)計方案，支墩間距與后軌道梁樁距相同，均為4.8m，尺寸為0.8m×0.8m，高1.4m，前后軌道梁標(biāo)準(zhǔn)段尺寸均為1.0m×1.6m，碼頭結(jié)構(gòu)斷面如圖3所示。部分軌道梁結(jié)構(gòu)段需設(shè)置裝船機(jī)檢修和防風(fēng)抗臺裝置預(yù)埋件，斷面加寬為2.4m×1.6m，其下支墩尺寸為1.7m×1.7m。軌道梁受力按多跨連續(xù)梁進(jìn)行計算，優(yōu)化后前軌道梁主要內(nèi)力計算結(jié)果見表1。優(yōu)化后前軌道梁標(biāo)準(zhǔn)段斷面面積由2.0m2縮小至1.49m2，混凝土用量節(jié)省約26%。此時前后軌道梁斷面一致，跨度也一致，均為4.8m。

2.3.2第二階段優(yōu)化

在第一階段優(yōu)化的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合碼頭結(jié)構(gòu)的實際情況，充分利用遮簾樁的豎向支撐作用，提出了將前軌道梁遮簾樁導(dǎo)梁上支墩間距由4.8m減小為2.4m，與遮簾樁間距相同。由于跨度大幅減小，前軌道梁斷面標(biāo)準(zhǔn)段尺寸減小為1.0m×1.3m，加寬段減小為2.4m×1.3m。再次優(yōu)化后前軌道梁主要內(nèi)力計算結(jié)果見表2。優(yōu)化后，前軌道梁斷面面積為1.24m2，相比首次優(yōu)化后的斷面混凝土用量節(jié)省約17%，配筋用量節(jié)省約65%。雖然支墩個數(shù)增加為之前的2倍，但由于支座反力減小，支墩斷面也相應(yīng)縮小。標(biāo)準(zhǔn)段支墩尺寸優(yōu)化為0.8m×0.6m，加寬段支墩尺寸優(yōu)化為2.0m×0.6m，支墩混凝土總用量并未增加。優(yōu)化后前軌道梁計算跨度與截面高度的比值符合l0/h≤2.5，按深梁進(jìn)行配筋，中間支座截面的縱向受拉鋼筋的高度范圍和配筋比例參照《水運工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》均勻布置在相應(yīng)高度范圍內(nèi)。圖4顯示了優(yōu)化前后前軌道梁標(biāo)準(zhǔn)段斷面及配筋。加寬段優(yōu)化后的斷面及配筋方式與標(biāo)準(zhǔn)段類似，但受力鋼筋直徑要更小一些。可以看出在滿足軌道梁承載能力要求的前提下，優(yōu)化后的斷面與優(yōu)化前相比斷面變小，受力鋼筋直徑變小，鋼筋分布更均勻，這種配筋方式對于減少混凝土劈裂，縮小裂縫寬度也更加有利。

3結(jié)論

1）本工程裝船機(jī)前軌道梁通過在遮簾樁導(dǎo)梁上設(shè)置支墩，并大幅度縮短支墩間距從而減小軌道梁斷面和配筋，優(yōu)化后的設(shè)計方案較傳統(tǒng)彈性地基梁設(shè)計方案相比，在達(dá)到相同功能的前提下，混凝土用量減少約35%，大幅降低了工程費用。

2）本次前軌道梁優(yōu)化設(shè)計突破了常規(guī)碼頭門機(jī)軌道梁設(shè)計的跨度范圍，創(chuàng)新采用了2.4m的小跨度連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，有效降低了截面內(nèi)力。

3）本工程碼頭結(jié)構(gòu)為10萬t級，軌道梁受力筋創(chuàng)新采用18mm、16mm、14mm等小直徑鋼筋，細(xì)而密的配筋模式使得應(yīng)力在截面上更均勻，減少了混凝土劈裂的可能性，也更有利于裂縫寬度的控制。

4）此種軌道梁處理方式在適用性上有一定的限制，本工程碼頭為遮簾式板樁結(jié)構(gòu)，遮簾樁為前軌道梁提供了有力的豎向支撐，在其他可提供連續(xù)豎向支撐的碼頭結(jié)構(gòu)如重力式沉箱碼頭等的軌道梁設(shè)計中，這種優(yōu)化設(shè)計方式也是很值得推廣應(yīng)用的。

參考文獻(xiàn)：

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作者:趙雁飛 張立國 楊攀博 單位:中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司