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摘要：码头作为港口工程建设中最重要的部分，主要功能为：一是满足船舶的系靠泊要求，二是为港口装卸设备提供作业平台。随着港口功能和等级的不断升级加大，码头装卸工艺和设备能力也不断提高，码头结构承担的荷载也随之加大，对码头设计也提出了严格的要求。而为了提高码头的荷载能力，文章将对其结构设计中的关键问题的处理进行详细的剖析，希望能够给相关人士提供重要的参考价值。
关键词：超大荷载；码头设计；关键问题；处理对策
引言：码头结构所受的冲击荷载一般包括船舶挤靠力、系缆力、系泊船舶撞击力、靠泊船舶撞击力等，其中，靠泊船舶撞击力对码头结构的安全性影响较大。随着水运交通行业的快速发展，船舶大型化趋势愈发显著，大型船舶进出港的频率日益提高。船舶的大型化造成的靠泊撞击力增大增加了码头撞损的几率，伴随船舶进出港频率的提高，码头的疲劳损伤逐渐积累，降低了结构的安全性，缩短了码头的使用寿命。为此，文章将对超大荷载作用下码头结构设计关键问题的处理方面展开全面的分析。
一、根据码头功能及工艺要求进行荷载分区
（一）码头功能分区
针对码头功能要求多的特点，可以将码头分为五种功能区域：高空吊行走区域（全长范围）、高空吊锚碇与固定作业点区域（三处）、测试区域（综合测试区与起重机测试区）、滚装区域（130m范围）、转向区域。
高空吊在码头全长范围内，沿特定的双排轨道行驶，并设置三个锚碇与固定作业点位置。比如说，综合试验区范围为宽度43m，长度53.5m，该区域荷载特征是局部均载较大，但位置不确定，并可同时在多处进行多机测试。由于有些大型钢构件需采用滚装船舶运输，因此在高空吊固定作业点两侧130m的范围内，在码头前沿胸墙上设置相应设施，以满足滚装船靠泊。转向区是为满足远期预留的成品设备运输方式，即高空吊在厂区吊起设备沿厂区至码头铺设的高空吊轨道运送到码头前方，设备轨道基本与码头前方轨道垂直布置，高空吊可在此处转向行驶[1]。
（二）根据装卸工艺要求对荷载进行分区
首先，码头装卸工艺。码头装船作业主要采用两种工艺方式，一种是利用码头配备的高空吊进行装船作业，二是利用滚装方式进行装卸作业。成品设备从厂区至码头前方的水平运输也采用两种工艺方式，一种是设备放在特定运输车辆上沿厂区至码头道路运送到码头前方；二是高空吊在厂区吊起设备沿厂区至码头铺设的高空吊轨道运送到码头前方。在码头前方除了要进行成品设备的装船作业外，还需要进行部分产品的测试和设备在船舶上的安装作业。其次，荷载。特殊的工艺设备和运输使用要求，需要码头结构承受巨大的荷载，主要有以下几方面：第一，码头前沿布置高空吊轨道两组，可以是每组2条，两组轨道中心距为16m。高空吊共4个支腿，每腿20个轮，每轮最大轮压1250kN；第二，综合测试区域考虑承受30t/m2垂直均布荷载，此荷载不会同时分布在整个区域上，而是最多同时覆盖测试区域的20%。荷载以半径为7m的圆的形式作用于码头面上；第三，试验区域主要用于起重机的测试，单个支撑点的最大荷载为：压力9000kN/m2，拉力4000kN/m2。
二、冲击荷载下码头结构的动力时程分析
冲击荷载中船舶靠泊撞击是高桩码头结构设计中关注的重点。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆冲击荷载一般以半正弦的曲线形式出现，在航空航天、汽车、机械等领域一般持续的出现的时间较短、幅值量级较大，例如在航天领域，冲击荷载一般持续时间为10ms，冲击加速度为50g。但是对于靠泊船舶撞击的冲击荷载，由于船舶靠泊时的速度较低，一般控制在0.45m/s以内，冲击过程时间稍长，一般在1.0s左右[2]。
为了获取撞击荷载作用下码头结构的动力放大效应，分别计算了码头结构在上述撞击荷载下的最大位移反应及在2000kN静力作用下的码头结构位移，通过比较两者差异获取码头结构对船舶撞击荷载的动力放大效应。
三、码头结构设计
（一）断面设计
根据码头使用要求以及功能分区，码头的沉箱结构需要两种宽度，宽度一是满足码头高空吊沿轨道作业的稳定断面宽度，宽度二是满足综合试验区要求宽度。其中高空吊作业区，根据整体稳定计算，将码头作业区域沉箱宽度有效计算出来。根据沉箱重量要求，按码头平面尺度排列，得出沉箱沿码头长度方向的尺度。
（二）巨型沉箱的设计与施工
为确保工程的顺利施工，在沉箱预制前对作业班组进行施工技术交底和安全交底，要求开展典型施工确立施工样板，并对钢筋的保护层厚度、扎丝等部位重点监控，对混凝土浇筑振捣和养护派专人监控。巨型沉箱的出运和安放是本工程的重点和难点，设计人员专门前往施工现场，全程参与沉箱的出运和安放全过程，5800t沉箱运输用8000t半潜驳“四航广州”号，下水、安装过程中严格核验沉箱浮游稳定性，安装后加密进行位移观测，确认沉箱的沉降、位移稳定且位置符合规范要求时才进行箱内回填。
（三）结构创新
超大的荷载给码头结构设计带来很多问题，较常规的沉箱重力式码头相比，以下多个方面进行特殊处理：第一，由于高空吊轮压荷载较大，且前方比一般件杂货泊位的堆载大，造成基床应力较大，设计中通过调整沉箱内填料高度来减少基床应力，对每种工况分别进行计算，不同功能区域的沉箱仓格内的填料高度均不同。第二，为减少沉箱在局部较大荷载作用下产生的相对位移，设计人员研发出在沉箱侧面设置剪力传递结构，利用相邻沉箱间形成剪力腔传递剪力，经检测，码头使用后沉箱未出现明显的相对位移，此种措施效果是显著的。第三，由于沉箱仓格内回填料未填满，在100kPa堆货荷载作用下，沉箱后墙结构受力非常大，为解决此项问题，对沉箱后墙与上部混凝土板采取铰接的处理方式，此种特殊处理方式的提出是在充分理解研究沉箱结构受力原理的基础上的，经过大量结构计算与对比确定的。按常规的沉箱后墙与上部结构不连接时，沉箱后墙上部采用两端固定的连续板进行计算，后墙横向最大弯矩为209kN·m，此时沉箱后墙横向计算内力过大；第四，现浇大体积混凝土结构。码头前沿各种设施多，预埋件密集，也是本工程的一大特点。在综合试验区，码头断面方向将两个沉箱前后并排摆放，为增加双沉箱断面的整体性，沉箱顶整体现浇混凝土块体作为测试区预埋件基础，尺寸为：63.19m×48.57m×5.1m，现浇混凝土面积3069m2，体积1.6万m3。针对大体积混凝土控裂，设计人员积极深入现场，与施工单位共同探讨解决方案，除了在现浇的大体积混凝土块体中添加抗裂纤维，还采用了参填大块石，对骨料进行冷却处理，严格控制振捣，并派专员进行混凝土养护等精细化措施，裂缝得到有效控制，混凝土外观质量有了显著提高。
结论：
针对码头功能多、停靠船型种类多、行走起重机吊重大、港口工程单结构现浇混凝土方量大的特殊性。文章对码头采用堆载预压、消除后期沉降的工程措施，并找出项目建设的难点和技术关键点，推陈出新，确定科学合理的建设方案。工程投入使用后，码头结构保持良好，满足各项使用功能要求。
参考文献：
[1]陶震,邵昌浩,袁忠华.关于重力式沉箱码头结合腔结构型式的探讨[J].水运工程,2015,100:96-98.
[2]邱茂顺,傅品.大型重件码头墙身结构堆载预压效果分析[J].港工技术,2014,51(06):39-41.
[3]中交第一航务工程勘察设计院有限公司.厦门港招银港区10＃泊位工程初步设计[R].2014.
论文作者:文鹏,钟利
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/9/29
标签：沉箱论文; 码头论文; 荷载论文; 结构论文; 作业论文; 高空论文; 船舶论文; 《防护工程》2018年第16期论文;