CN102094384B

CN102094384B - 一种高含沙海域多组合码头引桥结构

Info

Publication number: CN102094384B
Application number: CN 201010602120
Authority: CN
Inventors: 朱晓晨; 许宏纲; 于志刚; 童志华; 邱红娣
Original assignee: Shanghai China Commumictions Water Transportation Design & Research Co ltd
Current assignee: Shanghai China Commumictions Water Transportation Design & Research Co ltd
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN102094384A

Abstract

本发明涉及一种高含沙海域多组合码头引桥结构，包括从上至下的横梁和墩台结构、预应力空心板、PHC管桩及钻孔灌注桩，引桥为变跨度、变桩径、变桩数、变结构的多组合、高桩梁板式，结构为倒T型；多组合为三段(1、2、3)，第一段(1)为接岸段，使用小跨排距、小跨排距现浇空心板、钻孔灌注桩；第二段(2)使用中跨排距、中跨排距预应力空心板、中跨排距相应PHC管桩；第三段(3)使用大跨排距、大跨排距预应力空心板、大跨排距相应PHC管桩。本发明可解决码头引桥建设对所在高含沙海域的水流影响而造成泥沙淤积、从而影响所在海域船舶停靠作业与航行的问题。

Description

一种高含沙海域多组合码头引桥结构

技术领域

本发明属于码头引桥结构设计领域，特别是涉及一种高含沙海域多组合码头引桥结构。

背景技术

在高含沙海域建造引桥后，桥桩周边的水流会受到影响，易造成泥沙於积，日积月累，今后会使得该海域环境水深变化，影响船舶的停靠作业与航行，因此，有必要设计建造对水流影响小的引桥以减少泥沙的淤积，实现环境的可持续发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高含沙海域多组合码头引桥结构，以解决现有技术中引桥建设对所在高含沙海域的水流变化影响而造成泥沙淤积、从而影响所在海域船舶的停靠作业与航行的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种高含沙海域多组合码头引桥结构，包括从上至下的横梁和墩台结构、预应力空心板、PHC管桩及钻孔灌注桩，所述的引桥为变跨度、变桩径、变桩数的多组合、高桩梁板式结构，所述的结构为倒T型；所述的多组合为三段，第一段为接岸段，使用小跨排距、小跨排距预应力空心板、钻孔灌注桩；第二段使用中跨排距、中跨排距预应力空心板、中跨排距相应PHC管桩；第三段使用大跨排距、大跨排距预应力空心板、大跨排距相应PHC管桩。

采用该技术方案的原则是根据该海域的离岸距离不同的水域的不同水流情况，采用不同的结构形式的引桥，对水流、泥沙淤积影响不同以及结构形式造价不同，而采取最佳组合。

所述的第一段为自岸边70m距离段，所述的小跨排距为8m跨排距，所述的钻孔灌注桩的直径为800mm，面板采用650mm现浇空心板，150mm现浇叠合层，所述的第二段是第一段之后至引桥其余部分的三分之二处，即约600m距离，所述的中跨排距是10m，所述的中跨排距相应PHC管桩直径为800mm，每10m跨距设置有6根PHC管桩，面板采用800mm中跨排预应力空心板，150mm现浇叠合层，所述的第三段为引桥其余部分，所述的大跨排距为12m，所述的大跨排距相应PHC管桩直径为1000mm，每12m跨距设置有5根PHC管桩，面板采用950mm大跨排预应力空心板，150mm现浇叠合层。

所述的钻孔灌注桩的设置方式为等间距竖直排列，所述的PHC管桩的设置方式为每两根交叉、等间距排列。

有益效果

本发明的优点是码头前沿处尽量拉大跨距，以减少对水流的影响，同时造价增加不大，相对处于经济与环境影响的平衡点；剩余的距离采用更加经济方案，最大限度减少建设单位投资。

附图说明

图1是本发明引桥的三段组合结构图，其中1-第一段、2-第二段、3-第三段；

图2是本发明实施例1第一段的主视图；

图3是图2的A-A处剖视图；

图4是本发明实施例1第二段的主视图；

图5是本发明实施例1的第三段的主视图；

图6是图4、图5的A-A处剖视图；

图7是本发明在实施例应用中对该海域沙流影响效果模拟图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

一、概述：

本实施例为上海临港新城东港区一期工程，码头布置在《上海临港新城港区控制性详细规划》确定的东港区主码头东段，码头前沿线位于-10m等深线(吴淞基面，下同)以外，码头走向为N90-270°，码头通过其西端后侧的引桥与陆域连接，码头、引桥总体呈“L”形平面布置。码头前沿布置2万吨级杂货船泊位。根据工艺布置要求，确定引桥总长为968m，宽度为25m。

由于引桥结构方案直接影响到今后对周边环境的影响以及工程投资，故对引桥进行不同排架间距、不同桩型的比较，以确定合理的结构方案。

二、引桥荷载情况：

1、引桥结构自重。

2、流动机械荷载：

德国Scheuerle公司生产的重型组合式液压车组，单侧轮压100KN。

3、考虑均载为20KN/m²。

4、水文波浪条件

(1)、设计水位：

设计高水位(高潮累积频率10％) 4.18m(5.01m)

设计低水位(低潮累积频率90％) -0.32m(0.51m)

极端高水位(五十年一遇) 5.53m(6.36m)

极端低水位(五十年一遇) -1.25(-0.42m)

(2)、设计波浪要素：

设计波浪要素根据南京水利科学研究院编制的《上海临港新城东港区一期工程(水域工程)初步方案波浪数学模型研究报告》选取。根据设计波浪要素，按《海港水文规范》(JTJ213-98)确定波浪力对码头、引桥的作用。

引桥计算要求的设计波浪要素取E向各水位对应的50年一遇波浪要素，见下表：

E向设计波浪要素

(3)、潮流：最大垂线平均流速按2.68m/s考虑。

5.地质条件

A、土层分布情况

根据上海岩土工程勘察设计研究院有限公司《上海临港新城东港区一期工程-码头、引桥工程岩土工程勘察报告(详勘)》(2009.5)，拟建场地土层分布较为稳定，属上海市正常地层沉积区。拟建场地在标高-70.97m(约相当于地面下75.0m)深度范围内的地基土属第四纪全新世(Q4)及上更新世(Q3)河口～滨海相、浅海～滨海相、河口～湖沼相和沼泽相沉积层，主要由粘性土、粉性土及砂土组成。按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，按上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJ08-37-2002)相关条款可划分为六个主要层次，其中缺失上海市统编地层第③层淤泥质粉质粘土。同时根据其土性及成因的不同，第⑦层可分为二个亚层及二个次亚层。本场地的地层分布具有如下：

(1)第①₀层吹填土，主要分布于陆域部分，以砂质粉土为主，局部夹薄层粘性土，土质松散且不均匀；土层厚度局部变化较大，最厚约2.6m；由于吹填土形成时间短，排水条件差，自重固结尚未完成，属欠固结土，具有含水量高、强度低、在动水条件下极易产生流砂等不良特性。

(2)第②₃层灰色砂质粉土，含云母及少量有机质，夹薄层粘性土，土质不均。主要在陆域分布，海域部分厚度较薄或缺失。

(3)本场地缺失上海市统编地层第③层淤泥质粉质粘土层，第④层灰色淤泥质粘土层分布较为稳定，层厚一般为2.10～6.10m，呈流塑状态，高等压缩性；该层渗透性差，在预制桩沉桩施工时，形成的孔隙水压力消散很缓慢，土体重新固结十分缓慢。

(4)第⑤层为灰色粉质粘土，呈软塑～流塑状，中等～高等压缩性，土性虽好于第④层，但亦具高压缩、低渗透性特点。

(5)第⑥层暗绿～草黄色粉质粘土(俗称“硬层”)，是上海市划分Q3与Q4的标志层；其层面标高为-16.80(-15.97)～-19.80m(-18.97m)，含氧化铁斑纹及铁锰质结核，呈现可塑～硬塑状，标准贯入击数平均值为11.9击，土性较佳。

(6)第⑦层根据土性差异和Ps曲线形态特征可分为：第⑦₁层、⑦₂层，其中⑦₂层又可细分为⑦_2-1层、⑦_2-2层。

第⑦₁层砂质粉土，其层面标高为-24.00(-23.17)～-27.32m(-26.49m)，在场区中分布稳定，标准贯入击数平均值为24.4击，土性较佳。

第⑦_2-1层粉砂，在场区中分布稳定，标准贯入击数平均值为33.2击，土性佳。

第⑦_2-2层粉细砂，在场区中分布稳定，标准贯入击数平均值大于50击，土性甚佳。

B、地基土的物理力学性质

1)地基土的物理力学性质指标

地基土的物理力学性质指标分层统计结果，详见《土层物理力学性质参数表》。

C、持力层选择

(1)桩型选择

桩型的选择不仅与拟建建筑物桩基持力层选择、桩端入土深度密切相关，同时还受到工期(施工便利)、经济效益及周围环境等因素的制约。就周围环境而言，拟建建筑物周边除新大堤外，周边无已有建筑和管线，环境条件简单；就地层分布特点及施工便利考虑，拟建场区中可能作为桩基持力层的⑦₁、⑦₂层分布稳定、层面埋深适中，采用预制桩方案时，沉桩一般无困难；从经济效益及桩身质量的控制而言，采用预制桩或PHC桩具有明显的优势，故本工程一般以选用预制桩方案为宜。另考虑到浅部为粉性土且桩身需进入⑦层砂土一定深度，可优先采用贯入能力较强的PHC管桩。

但在引桥近新大堤处桩基施工时应采取必要的保护措施，以确保新大堤的安全。若无法控制沉桩对新大堤侧向位移的影响或当采用预制桩沉桩困难时，以选用钻孔灌注桩方案为宜，但须认真做好施工管理及施工监理工作，确保施工质量。

(2)桩基持力层选择

场区第⑥层及以上土层均不宜作为本工程码头、引桥的桩基持力层。

第⑦₁层砂质粉土，层面标高一般为-19.7(-18.87)～-23.5m(-22.67)，层厚为2.5～5.4m；标准贯入击数平均值为24.4击，虽土性较佳，但在海域中该层埋藏较浅一般难以满足设计对单桩承载力的要求，可作为本工程陆域引桥的桩基持力层。

第⑦_2-1层粉砂，层面标高一般为-24.0(-23.17)～-26.80m(-25.97)，层厚为3.5～9.5m；标准贯入击数平均值为33.2击，中密～密实状，土性佳，且其下部无软弱层，可获得较高的单桩承载力，可作为本工程引桥及码头的桩基持力层。由于桩身需要穿过平均厚约4～5m(最厚9.5m)、中密状的第⑦1层砂质粉土层，沉桩难度较大，需采取加强桩身强度、增加桩靴、加大壁厚等措施，同时采用相匹配的沉桩设备。

第⑦_2-2层粉细砂，层面标高一般为-30.10(-29.27)～-35.80m(-34.97)，至标高-70.97(-70.14)m尚未钻穿，标准贯入击数平均值＞50击，呈密实状，土性甚佳，在PHC桩沉桩可行情况下，可作为是本工程码头及引桥的桩基持力层。但需注意，当采用预制桩并选用⑦_2-2层粉细砂作为桩基持力层时，由于桩身还需穿越平均厚度约4～5m呈中密的⑦₁层砂质粉土及平均厚约6.56m的中密～密实状⑦_2-1层粉砂，沉桩难度很大，应通过试沉桩确定沉桩可行性，或采用钻孔灌注桩。

(3)桩基参数

各层土的桩侧极限摩阻力标准值fs和桩端极限端阻力标准值fp详见下表：

注：1、上表各土层的fs、f_P值除以安全系数2即为相应的特征值。

2、海域部分fs、f_P值因埋深因素影响对部分土层作适当折减。

3、上表中f_S、f_P值尚未考虑大直径钻孔灌注桩尺寸效应折减。

三、计算成果：

四、估算成果：

	单价(元/m²)	总价(万元/m)
			22m跨度预应力箱梁	6500	12584
15m跨度预应力空心板	7050	13648.8
			10m跨度空心板	3600	6969.6
8m跨度空心板	3750	7260
			6m跨度实心板	4000	7744

五、对海流、泥沙淤积影响分析

根据南京水利科学研究院编制的《上海临港新城东港区一期2万吨级码头工程引桥墩柱排距优化试验》，引桥排距按8m、10m、20m不同方案，采用桩基阻水面积相似模拟方法，进行分析研究，得出结论如下：

(1)引桥排距增大则对水流流速影响减小，排距8m时，流速影响约为6％，排距10m时，影响为5％，排距20m时，影响为4％，引桥对两侧流速的影响范围均在3km以上。

(2)引桥排距试验表明，由于10m排距方案桥墩为单排桩，20m排距方岸采用双排桩，20m排距方案对水流流速的影响比10m排距方案减小不大，差别在1％左右；组合方案对水流条件改善作用不明显；泥沙淤积试验表明，20m排距条件下引桥区回淤强度比10m排距稍有减小，平均约减小0.03m/a。排距方案的选择可以从工程造价、施工难易以及对周边水流泥沙条件影响等角度进行综合比较确定。

综合设计后，采用下述设计：

如图1所示，一种高含沙海域多组合码头引桥结构，包括从上至下的横梁和墩台结构、预应力空心板、PHC管桩及钻孔灌注桩，所述的引桥为变跨度、变桩径、变桩数的多组合、高桩梁板式结构，所述结构为倒T型；所述的多组合为三段1、2、3，第一段1为接岸段，使用小跨排距、小跨排距现浇空心板、钻孔灌注桩；第二段2使用中跨排距、中跨排距预应力空心板、中跨排距相应PHC管桩；第三段3使用大跨排距、大跨排距预应力空心板、大跨排距相应PHC管桩。

如图2至图6所示，所述的第一段1为自岸边70m距离段，所述的小跨排距为8m跨排距，所述的钻孔灌注桩的直径为800mm，面板采用650mm现浇空心板，150mm现浇叠合层，所述的第二段2是第一段1之后至引桥其余部分的三分之二处，即约600m距离，所述的中跨排距是10m，所述的中跨排距相应PHC管桩直径为800mm，每10m跨距设置有6根PHC管桩，面板采用800mm中跨排预应力空心板，150mm现浇叠合层，所述的第三段3为引桥其余部分，所述的大跨排距为12m，所述的大跨排距相应PHC管桩直径为1000mm，每12m跨距设置有5根PHC管桩，面板采用950mm大跨排预应力空心板，150mm现浇叠合层。

所述的跨距为8m、10m、12m为横梁结构。

Claims

1.一种高含沙海域多组合码头引桥结构，包括从上至下的横梁和墩台结构、预应力空心板、PHC管桩及钻孔灌注桩，所述的横梁和墩台结构为倒T型，其特征在于：所述的引桥为变跨度、变桩径、变桩数、变结构的多组合及高桩梁板式；所述的多组合为三段（1、2、3），第一段（1）为接岸段，使用小跨排距、小跨排距现浇空心板、钻孔灌注桩；第二段（2）使用中跨排距、中跨排预应力空心板、中跨排距相应PHC管桩；第三段（3）使用大跨排距、大跨排距预应力空心板、大跨排距相应PHC管桩。

2.根据权利要求1所述的一种高含沙海域多组合码头引桥结构，其特征在于：所述的第一段（1）为自岸边70m距离段，所述的小跨排距为8m跨排距，所述的钻孔灌注桩的直径为800mm，面板采用650mm现浇空心板，150mm现浇叠合层，所述的第二段（2）是第一段（1）之后至引桥其余部分的三分之二处，即约600m距离，所述的中跨排距是10m，所述的中跨排距相应PHC管桩直径为800mm，每10m跨距设置有6根PHC管桩，面板采用800mm中跨排预应力空心板，150mm现浇叠合层，所述的第三段（3）为引桥其余部分，所述的大跨排距为12m，所述的大跨排距相应PHC管桩直径为1000mm，每12m跨距设置有5根PHC管桩，面板采用950mm大跨排预应力空心板，150mm现浇叠合层。

3.根据权利要求1或2所述的一种高含沙海域多组合码头引桥结构，其特征在于：所述的钻孔灌注桩的设置方式为等间距竖直排列，所述的PHC管桩的设置方式为每两根交叉、等间距排列。