李鹏飞 彭华君 陈 宇(重庆交通大学，重庆400074)

1 引 言

我国西南部地区河流众多，但因水位落差大，流速急，长期以来水运建设相对落后。对于这些大水位差港口，考虑到其地质、地形、水文、投资等条件的限制，大多采用了传统的斜坡式码头[1]。近年来国家大力推进西部大开发战略，西部内河港口发展迅速，货运量迅猛发展，港口吞吐量也随之不断增长，研究开发适合于西部内河港口大水位差条件下的集装箱码头具有非常重要的现实意义，也是推进西部内河港口建设的当务之急。为此，众多学者在充分研究传统码头结构形式的基础上提出了内河架空直立式码头。与传统斜坡码头相比，内河架空直立式码头能适应库区的大水位变幅并且采用更为先进的装卸工艺，装卸效率高，吞吐量大[2]。目前，内河架空直立式码头已经逐渐运用到库区码头的建设中，对库区的航运发展扮演起越来越重要的角色。

2 结构形式及运用现状

2.1 结构形式

山区河流水位落差大，流速急，码头受力复杂，尤其在船舶系靠方面面临更为严峻的考验，传统的内河码头结构形式在安全性和装卸效率上都跟不上经济发展的需要，在此背景下内河架空直立式码头结构应运而生，其典型断面图如图1所示。在结构形式上，内河架空直立式码头有以下特点。

1）多层系缆

内河架空直立式码头与沿海的高桩码头具有一定的相似性，但沿海的高桩码头一般只有一至两层系缆，而内河山区码头处在变动回水区，水位变幅大，所以码头结构高度大，并设置分层系缆以满足不同水位下船舶的停靠和系泊。

2)空间特征鲜明

相比沿海高桩码头的梁板结构，架空直立式码头桩柱间采用纵、横撑联系，形成整体框架。当船舶撞击力作用在各不同位置时码头结构受力空间特性鲜明，并且由于这种空间特性，使结构的受力更为均匀。

图1 内河架空直立式码头典型断面图

3)全直嵌岩灌注桩

由于长江中上游地区尤其在重庆，地基覆盖层较薄，上部荷载较大， 因而架空直立式码头一般采用钻孔( 或挖孔) 嵌岩灌注桩作为码头基础。除此，由于地基岩体强度较高，在施工时很难像沿海地区一样设置斜桩，所以内河架空直立式码头基础采用全直桩设计[3]。码头的横向荷载通过纵横连系梁传递到直桩上。

2.2 目前库区主要架空直立式码头

2006年1月，重庆寸滩港开港，标志着内河架空直立式码头正式运用在长江上游流域。当前，除了寸滩港以外，还有果园、万州江南、涪陵黄旗等集装箱码头均采用了架空直立式结构。

1）寸滩

位于重庆朝天门下游六公里处，分三期建成，总投资50亿元。目前寸滩港的集装箱吞吐能力已达到100万标箱，三期建成后，集装箱吞吐能力可达到140万标箱。

2）果园

位于重庆朝天门下游30公里处，规划建设5000吨级泊位16个，其中10个多用途泊位，设计年吞吐量200万标箱。

3）万州江南

位于重庆市万州区，建成后年吞吐量40万标箱，总投资约10亿元，建设3000吨级泊位4个。现已完成一期工程，集装箱年吞吐量20万标箱，工程投资约5.5亿元。

4）涪陵黄旗

黄旗集装箱码头是重庆建设长江上游航运中心的重点项目，位于重庆市涪陵区。它是重庆主城、万州、涪陵三大枢纽型港区的重要码头，设计年吞吐能力为40万标箱，工程总投资6.5亿元。

架空直立式码头对库区集装箱的货运的适用性与高效性已经得到了充分的证明，特别是寸滩、果园两港作为重庆“三基地四港区”中的集装箱码头，已经在西部航运物流中转发挥了重要作用。

3 发展趋势

成库后，码头施工水位提高（见表1），库区枯水期不再存在，取而代之的将是长时间水库特性的深水期（头年11月—次年4月）和天然山区河流特性的的洪水期（7—9月，可能出现超过20m以上的大水位差）。库区常年回水区的码头建设都面临深水问题，部分系靠船设施将在水下施工，因此在施工水位以下采用钢结构纵横撑。但位于水位变动区的构件，其耐久性和防腐要求高，水下施工工程量太大，利用三峡蓄水后的消落期抢水位施工，工期短、强度大，代价高。

为了解决上述问题，王多银等人提出了“粗桩大跨”的结构理念。排架间距变大，增加了码头结构的跨度，减少了部分联系撑，使码头结构更为简单，受力更为明确。这种结构理念在实际工程中已得到较好的应用。以寸滩及果园港为例，表2为其各期结构尺寸的比较。由于施工水位抬高，成库后桩基施工时需要搭设钢护筒作为保护措施，如图2为施工水位抬高后码头结构形式的变化。码头结构排架间距增大相应桩基的数量减少，降低了工程难度，减少了工程量以及工程造价，具有较高的应用价值。

表1 重庆港架空直立式码头施工水位比较

表2 重庆港主要集装箱码头各期工程比较

4 现阶段的问题与不足

4.1 参考规范和依据的不足

目前在进行内河架空直立式码头结构计算时主要是参照高桩码头的设计与施工规范，但此类码头结构高度大（＞40m），系缆层数多，构件复杂，尺寸大（桩基直径1.5m-3.0m）且采用全直桩，结构形式，受力情况与沿海高桩码头有较大差异；而且内河与沿海的地质情况、水文环境均有很大的不同；内河架空直立式码头采用框架结构，但与普通的框架结构相比，该结构尺寸较大，受力更为复杂，工况繁多。设计计算中存在主观和盲目成分，一般只有保守的进行设计计算，导致工程造价增大而且存在安全隐患。

图2 排架间距增大后架空直立式码头结构断面图

4.2 结构计算理论有待完善

国内学者已经对内河架空直立式码头的力学性能、结构特性、荷载组合、受力系数分配方面有了一定的研究[4-6]。但架空直立式码头作为一种新兴结构形式，相关的数值分析与模型试验相对来说较少，各种规律特性没有总结成型。合理的结构形式不但要弄清楚各构件实际的受力和变形规律，同时应综合考虑整个码头结构构件间的受力变形协调关系，提出基于荷载分担的码头结构优化设计技术尤为重要。虽然目前提出了“粗桩大跨”的发展方向，但没有完善的理论依据。完善内河架空直立式码头技术的最终方法，需要进一步的研究探讨。

5 发展与展望

当前，内河架空直立式码头能有效的改善库区货运条件，但是在设计与施工中仍存在不足，有必要进行深入研究，在现有基础上对其进行改进。笔者在翻阅大量文献和实地调查的基础上，提出以下两点改进建议：

5.1 进一步深入桩基部分的力学研究

桩基搭设钢护筒是作为施工成桩时的保护措施。内河架空码头的钢护筒桩长长，桩径大，相应的结合面面积大， 钢护筒和桩之间层间会产生不可忽略的界面强度，并和码头结构共同承担作用在码头上的荷载。针对三峡蓄水后，施工水位抬升，库区新修架空直立式码头工程中均运用了钢护筒，但在理论和设计计算中并没有考虑钢护筒与混凝土桩的相互作用力这一情况，可开展深入研究，把钢护筒与桩的界面强度引入到码头受力的理论分析和实际工程建设中，使结构受力更加明确，实际设计施工更加可靠。

5.2 推广预应力技术在内河架空直立式码头中的应用

随着预应力技术在码头结构中的逐步应用和推广，排架结构向纤细化、大跨度方向发展[2]。由于预应力技术可以有效提高构件刚度、减轻结构自重， 在码头结构中具有广阔的应用前景。针对直立框架式码头结构及受荷特点，在主要受力构件中实施预应力可以有效地增大排架间距，相应减少了基桩及构件数量。但大跨度预应力结构同时会导致施工难度增加，而且往往需要加大基桩和立柱的直径，甚至采用桩簇及柱簇才能满足承载力要求，码头面板也需要采用刚度更大的预应力结构梁。当前，预应力技术已在沿海高桩码头中广泛运用，可借鉴其成功经验，运用到内河架空直立式码头的设计施工中。

6 结 语

内河架空直立式码头作为一种较为新型的结构形式已充分表现出适应库区流域的特点，现已经广泛运用于上游内河码头的设计建造中。随着小南海水电站的破土动工，朱杨溪水利枢纽的建设提上议程，加之上游的梯级航道正在成型，国家对内河航运的发展日益重视，内河架空直立式码头的应用前景愈加广泛。

[1]王多银，田建柱.大水位差架空直立式集装箱码头结构形式研究[J].重庆交通大学（自然科学版），2008，27（1）:139—143.

[2]王多银，何光春.内河大水位差架空直立式集装箱码头结构形式研究[R].重庆:重庆交通大学，2006.

[3]温焰清，王多银，杨洪祥，宋成涛.三峡库区码头结构新趋势的探讨[J].港工技术，2010，47（6）:36—37.

[4]毛国健，冯凯.温州地区港口码头结构形式分析研究[J].中国水运，2010，10（5）:25—26.

[5]谢殿武，王多银.内河架空直立式码头接岸结构的选择探讨[J].水运工程，2004，11:80—82.

[6] 刘明维，翁珍燕,，杨 洋.架空直立式码头船舶撞击力横向分配系数数值模拟分析研究[J]. 水运工程，2013，（3）:63-67.