浮码头港池疏浚与挡土墙巧设研究.pdf

57现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 2 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.2 No.7Apr.2023浮码头港池疏浚与挡土墙巧设研究高衡东，毛 准（湖南省交通规划勘察设计院有限公司，湖南长沙 410000）摘 要：以湖南华电长沙发电有限公司煤码头港池疏浚工程为例，首先分析了该治理工程设计思路及存在的施工问题，并提出有针对性的维护疏浚施工方法，以此来进一步提高该港池和航道维护质量整理水平，同时更好地指导施工实践工作。关键词：港池疏浚；挡土墙；施工工艺中图分类号：U657.2 文献标志码：AResearch on the Dredging and Retaining Wall Design of Floating Wharf BasinGao Hengdong,Mao Zhun(Hunan Provincial Communications Planning Survey&Design Institute Co.,Ltd.,Changsha,Hunan 410000)Abstract:Taking the coal terminal dredging project of Hunan Huadian Changsha Electric Co.,Ltd.as an example,this paper first analyzes the design ideas and existing construction problems of the treatment project,and proposes targeted maintenance and dredging construction methods to further improve the quality and organization level of the port basin and waterway maintenance,and better guide construction practice work.Keywords:port dredging;retaining walls;construction technology作者简介：高衡东（1986），男，湖南省交通规划勘察设计院有限公司工程师，研究方向为港口与航道工程。随着全球贸易的不断发展和港口运输的日益繁忙，港池疏浚和挡土墙的设计与施工成为保障港口安全和有效运营的重要环节。港口作为国家经济发展和国际贸易的重要节点，承担着货物装卸、船只停泊和运输等关键任务。然而，由于海洋沉积物的堆积、水流和潮汐的影响，港池往往会面临淤积、底泥沉积等问题，导致水深减小，给船只通行带来困扰。此外，随着气候变化和海平面上升的影响，港口工程也面临着更加复杂的挑战，如岸线侵蚀和土壤稳定性问题。同时，挡土墙作为港口工程中的重要结构，具有抵御土壤侵蚀、保护岸线稳定的功能。然而，在现有的设计与施工过程中，仍然存在一些问题。例如，挡土墙的稳定性、材料的选择和施工工艺等方面都需要进一步研究和改进，以确保其长期可靠的性能。因此，本文通过对浮码头港池疏浚与挡土墙的设计与施工进行系统研究，旨在解决现有方案中存在的问题，并提出巧设方法来改善港口工程的可持续性和效益。通过深入分析港池疏浚与挡土墙的关键问题，并结合先进的技术手段和工程实践经验，为港口工程领域的实践工作提供指导，促进港口运输的安全与高效 发展。1 工程概况1.1 工程简介湖南华电长沙发电有限公司煤码头作为长沙电厂配套工程，位于电厂附近湘江右岸，于2012年底建成运行。工程建设1个2000t级煤炭进口泊位，泊位总长140m，设计年吞吐量为100万t，设计低水位为21.6m，设计高水位为34.68m，码头采用趸船浮码头结构型式。前沿线距湘江防洪堤顶99106m，前方采用65m（型长）15m（型宽）2.8m（型深）1.3m（最大吃水）的钢质趸船作为作业平台，趸船后方依次通过1座60m（长）4m（宽）6.5m（矢高）的活动钢引桥、9m10m（水流向）的转运站A、1座48m（长）6m（宽）4m（高）的固定钢引桥及9m10m（水流向）的转运站B接岸。2014年湘江长沙综合枢纽建成，库区下游水位不断下降，枯水季节运行水位经常低于码头设计低水位，尤其2014年以后水位不断创新低，导致趸船搁浅或来往船舶无法靠岸，影响码头接卸。除此之外，洪水季节码头前沿岸坡冲刷和上游端部排水渠带来的泥沙堆积，导致港池淤积加剧。经研究，拟对港池进行适当疏浚，并进行护坡治理1-2（图1）。58现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期图1 工程总体布置1.2 设计总思路一般码头港池疏浚需要将趸船和活动钢引桥移走，活动钢引桥移动需要通过大型起重机吊装至空坪，且需要修建临时道路，施工难度较大，费用较高。本工程在前沿岸坡设置挡土墙，并在活动钢引桥某个节点安装滚轮，港池疏浚时，趸船移开后钢引桥将自动搁置于挡土墙，减小了钢引桥吊装难度，节约了吊装费用。2 码头的设计条件2.1 气候条件工程位于长沙市，处于亚热带季风湿润气候区，冬寒夏热，四季分明，春秋短暂，冬夏绵长，具有春季多雨、秋季晴朗多旱的特点。分析长沙市长沙气象站19512001年观测资料，可知其气象特征。在气温方面：历年最高气温为43.6（1961年7月24日）；历年最低气温为 12（1972年2月9日）；年平均气温为17.2；历年最大风速为20.7m/s（1980年4月13日，10min平均风速）；历年最大风力为11级（2006年4月）；主导风向为WN；多年平均风速为2.4m/s。在降雨、降雪方面：降雨多集中在37月；历年最大降水量为1690.3mm（1993年）；历年最小降水量为962mm（1978年）；多年平均降水量为1400.6mm；最大日降水量为143.9mm（1980年8月5日）；多年平均降水天数（0.1mm）为158.4天；历年最长连续降水天数为18天（1970年、1973年23月）；历年最大积雪厚度为27cm（1991年12月28日）；历年积雪最长持续时间为11天（1974年1月29日2月8日）。在雾方面：多年平均雾日数为26.4天（发生在冬春季早上和上午）；历年最少雾日数为4天（1975年）。在湿度方面：相对湿度为80%；冬季绝对湿度为5g/m3；夏季绝对湿度为1030g/m3。2.2 河岸地貌及地质条件工程地处湘江右岸的河漫滩及级阶地前缘一带，属丘陵地貌，场地地貌为河流侵蚀堆积的河漫滩和湘江级阶地地貌。工程区内地形简单，总体地形起伏小，地势平坦，堤顶高程为36.5m左右，大堤外侧为河漫滩，地面高程为22.524.5m，大堤内侧地面高程为30.1m左右，场地内地形简单。湘江在此处为微弯河段，河床有侧蚀现象存在，工程正好处于此侧蚀区的凹岸，岸坡类型为阶地岸坡。依据工程地质勘察报告，将场地内的地层划分为3个工程地质层，从上至下依次为：素填土；-1粉质黏土（硬可塑）；-2粉质黏土（硬塑）；圆砾。对各岩土层的特征评述如下。素填土（Q4ml）为褐黄色，稍湿，松散稍密，主要成分为黏性土，土质均匀，含少量砂。该层主要分布于湘江大堤堤身及两侧附近，厚度不大，大堤内外侧附近分布厚度较小，揭露层厚一般为0.62.7m，局部厚度较大，可达7.9m；-1粉质黏土（Q4al+pl）为褐黄色，硬可塑，稍湿，天然状态中等，黏性一般，土质均匀，局部见铁锰质。局部分布，仅钻孔F、H揭露，揭露厚度范围值为3.65.5m，层顶埋深0.62.7m，层顶标高为21.723.58m；-2粉质黏土（Q4al+pl）为褐黄色，硬塑，稍湿，天然状态硬，黏性一般，土质均匀，含高岭土团块，局部见铁锰质，分布于全场区，揭露厚度范围值为1.110.5m，层顶埋深07.9m，层顶标高为22.4528.97m；圆砾（Q4al+pl）为褐黄色，稍密中密，饱和，砾石含量占45%60%，磨圆度较好，呈亚圆状，粒径一般为10mm，卵石含量10%20%，粒径2040mm，砂质含量占15%25%，以砂及少量黏性土充填，胶结一般。该层广布于整个场区，厚度大且较稳定，未揭穿，揭露厚度范围值为13.233.1m，层顶埋深212.5m，层顶标高为16.221.75m。3 工程计算概述3.1 地层岩性岩土物理力学性质素填土：松散（堤身处稍密），以黏性土为主，主要5959建造科技为大堤填筑土，为新近堆填，未进行压实处理（堤身处已完成自重固结）。该层仅分布于大堤堤身及两侧附近，土质均匀，厚度变化小，不宜作为基础持力层。-1粉质黏土：硬可塑，现场标准贯入试验N=79，平均N=8.0；室内土工试验孔隙比e=0.8980.997，平均为0.947，液性指数平均值为0.56，压缩系数平均值1-2=0.33MPa-1，属中压缩性土，该层力学性质一般，根据地区经验和本次勘察成果，建议该层承载力特征值fak=140kPa。-2 粉 质 黏 土：硬 塑，现 场 标 准 贯 入 试 验N=1315击，平均N=13.6击；室内土工试验孔隙比e=0.6170.799，平均为0.726，液性指数平均值为0.17，压缩系数平均值1-2=0.20MPa-1，属中压缩性土，该层力学性质一般，根据地区经验和本次勘察成果，建议该层承载力特征值fak=200kPa。圆 砾：稍 密 中 实，现 场 动 力 触 探 试 验N63.5=519击，平均N63.5=12.1击。该层全场区分布，力学性质较好，根据地区经验和本次勘察成果建议该层承载力特征值fak=280kPa。各岩土层建议承载力标准值及抗剪强度标准值如表1所示。表1 各土层参数建议值建议指标岩土名称承载力特征值 f（kPa）天然重度（kN/m3）压缩模量Es1-2（MPa）抗剪强度标准值Ck(kPa)k()-1 粉质黏土14018.861518-2 粉质黏土20019.18.53020圆砾2802225/453.2 设计水位及高程设计水位和高程如表2所示。表2 设计水位和高程项目高程/m备注码头设计高水位34.6820 年一遇水位码头设计低水位18.23码头前沿湘江 3000t 级航道99%保证率施工水位20枯水期平均水位港池设计底高程153.3 结构计算前沿挡土墙共135.7m，墙高均为5.8m，最大结构长19.3m，搁置钢引桥结构长10m，排水渠两侧挡土墙分别为51m和28m，最大墙高5.1m，最大结构段长14m。结构段之间设置2cm结构缝，并以聚丙烯填充。墙背回填开挖土综合内摩擦角=35，重度=18kN/m3，现浇混凝土挡土墙与原砾持力层摩擦系数=0.4。前沿挡土墙，最终计算出挡土墙抗滑安全系数Fs=1.721.3，抗倾覆安全系数Ft=2.351.6，挡土墙稳定性满足要求。挡土墙基底应力最大值max=140kPa280kPa，地基反力满足地基承载力要求。排水渠两侧以最大墙高即H=5.1m断面为稳定性最不利计算断面，最终计算出挡土墙抗滑安全系数Fs=1.831.3，抗倾覆安全系数Ft=2.471.6，挡土墙稳定性满足要求。挡土墙基底应力最大值max=120kPa280kPa，地基反力满足地基承载力要求。当港池疏浚时，活动钢引桥搁置于前沿挡土墙，活动钢引桥内力复核见表3。表3 60m活动钢引桥内力复核计算成果表结构部位Nmax（kN）Nmin（kN）应力值（MPa）上弦杆536.6-258.133下弦杆237.8-530.7-44.4竖杆186.7-341.7-40.4斜杆395.7-267.3484 设计方案及施工工艺4.1 设计方案码头前沿线保持不变，对港池范围进行疏浚至15m高程，港池坡比12.5，港池岸侧坡顶高程为22m，后方通过重力式挡土墙接岸，墙高均为5.8m，最大结构长19.3m，搁置钢引桥结构长10m，挡土墙顶高程26m，底高程20.1m，搁置钢引桥结构段上顶宽2m，下底宽4.24m，墙后坡比为10.3，其他结构段，上顶宽2m，下底宽4.24m，墙后坡比为10.3。泊位上游排水沟两侧采用挡土墙加固，挡土墙均采用重力式，下游挡土墙总长51m，上游挡土墙总长28m，最大结构段长14m，最大墙高5.1m，上顶宽1.0m，墙后坡比为10.3。挡土墙之间设置2cm结构缝，并以聚丙烯填充。护坡结构断面如图2 所示。高衡东，毛 准：浮码头港池疏浚与挡土墙巧设研究60现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期考虑后期港池维持方便，在河侧活动钢引桥第5个节点上安装滚轮，趸船移走后，滚轮会坐落在挡土墙上。当极端低水低于17.4m时，滚轮会自动坐落在挡土墙上。图2 护坡结构断面4.2 施工工艺本项目的施工工序依次为趸船及活动钢引桥移走、岸坡开挖、挡土墙浇筑、墙后回填、港池疏浚、活动钢引桥滚轮安装（图3）、趸船及活动钢引桥归位、草皮护坡。岸坡开挖之后对地基岩基上的杂物、泥土及松动岩石均应清除及整平夯实，并满足设计地基承载力要求，挡土墙混凝土浇筑后，在现场安排专人负责进行养护，防止混凝土受风干、流水或机械破坏4-5。图3 滚轮结构5 结语湖南华电长沙发电有限公司煤码头港池疏浚工程的顺利实施，表明将河侧活动钢引桥第5个节点滚轮坐落在挡土墙上的措施是可行的，在趸船移走后，滚轮会坐落在挡土墙上，减小了疏浚施工过程中的难度，节约了费用，所用到的施工工艺和质量监控措施是恰当的。该项目的顺利进行，可为码头港池疏浚工程类项目提供参考。参考文献1 姜立群,张耀,杨超,等.海洋工程码头港池维护性疏浚实践探讨J.现 代制造技术与装备,2021,57(4):214-215.2 张天华,侯志强.天津港口门附近淤积与减淤措施J.水运工程,2011 (8):88-93.3 廖冬林.高栏国码支航道和港池维护性疏浚工程难点和控制措施 J.珠江水运,2021(20):56-57.4 王纪辉.码头工程通航安全研究D.广州:华南理工大学,2018.5 曹宏生,范平易.镇江粮食出运码头改造工程技术方案J.港工技术,2022,59(6):1-4.设计高水位34.68m（20年一遇）