◎狄宇伦 广东省航运规划设计院有限公司

1.项目背景

该工程位于广州省淡水河右岸，码头于1993年竣工投产，码头现有1个5000吨级通用散货泊位，泊位总长160米。码头结构采用透空式高桩梁板结构，采用门机抓斗加漏斗装车的作业方式装卸粮食。其中有一台门机，由于超龄及金属结构存在安全隐患，已报备了港航事务中心。作报废处理。由于，近几年的10吨门机生产厂家不作生产，同时随着船舶大型化、专业化、自动化的发展，码头原有港口规模及装卸设备难以适应现状物吞吐量及装卸能力的需求。因此，本次设计补充一台45t固定吊，作为补充码头前沿生产作业的设备。

2.自然条件

2.1 设计水位

本报告的高程系统采用当地理论最低潮面。

设计高水位：3.05m（106.32m） （高潮10%）；

设计低水位：0.37m（103.65） （低潮90%）；

校核高水位：4.06m（107.34） （50年一遇高潮）；

校核低水位：-0.41m（102.87） （50年一遇低潮）。

2.2 泥沙及波浪

淡水河属少砂河流，河床比较稳定。据有关研究分析，本河段潮流为往复流性质，河流的悬移质和推移质均小于东江北干流，淤积甚微。本河段距外海较远，外海传入的波浪受河床及沿岸地形等因素的影响，至本河段时已大大减弱，且本码头属透空式桩基结构，故本码头水工结构对波浪作用的影响可以忽略不计。

2.3 工程地质

依据现状码头的相关地质勘查报告，本工程码头所处地区地质分布比较均匀，起伏不大，上软下硬。基本上分为灰色淤泥，灰色亚粘土（局部为灰色淤泥质亚粘土），灰色中粗砂和砂页岩风化层。

2.4 地震

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001），本区地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，区内建筑物抗震设计应据此设防。

3.改造设计方案难点重点

依据旧码头的检测与评估报告，旧码头桩基仍可承受部分作用力。因此充分利用原码头结构，保证新旧结构的结合性，是本次改造设计的重点难点。

4.总平面布置

4.1 总平面布置原则

总平面布置需与港口总体规划相协调，并满足《海港总体设计规范》（JTS 165-2013）等相关规范要求。

充分考虑码头现状装卸工艺，尽可能减少对现状门机作业环境的影响。

在满足补充功能的前提下，尽可能利用现有码头结构，降低工程造价，节约投资。

4.2 设计船型主尺寸

本次设计为补充原码头前沿生产作业的装卸设备而进行的局部改造工程，根据规范选取船型见表1。

表1 设计代表船型尺度（单位：m）

4.3 原码头平面布置

原码头前沿线离开岸线（防洪堤）约45m，走向基本与堤岸平行。码头占用岸线总长度为160m，顺岸布置一个5000DWT泊位，结构按靠泊5000DWT散、杂货船设计。泊位总长度为160m，码头平面尺寸为160m×25.8m。

码头、引桥面高程为4.46m；前沿停泊水域宽度为38m，码头前沿底高程为-7.7m；回旋水域短轴长为186m、长轴长度为310m，底高程设计值为-7.7m。

4.4 总平面布置方案

充分考虑码头现状门机的作业环境，并结合业主的实际需求及后方工艺流程的布置，总平面布置方案固定吊机墩台布置在码头上游一侧，吊机墩台尺度：长×宽×厚=12.3×5.9×2.51m，吊机墩台沿着码头前沿线方向长度为12.3m，垂直码头前沿线方向长度为5.9m，现状码头面顶高程4.46m，底高程1.87m；为避免墩台面局部积水，吊机墩台顶面高程略高于码头面，并做自然排水坡；吊机墩台中心距离码头前沿7.5m，距离码头上游一侧边缘26.05m。总平面布置方案详见图1。

图1 码头改建结构平面图

4.5 主干管线综合布置

本工程为码头改造工程，码头新增固定式起重机供电管线沿已有电缆沟铺设，其余配套管线沿用原码头布置。

5.水工建筑物

本次设计在码头泊位长度方向设置1个吊机墩台，拆除范围为码头上游一侧结构段局部范围，拆除改造吊机墩台位置原码头梁板结构，为保证新旧结构的整体刚度，保留拆除范围内原结构横梁。

5.1 原码头结构

码头结构设计为桩基梁板结构，由南向北分3个结构分段，共27个排架，基桩采用500×500mm预应力方桩，排架间距6.4m，排架每榀桩基布置2根3∶1的斜桩及7根直桩组成。梁系为预制安装结构。码头上部结构主要包括桩帽、横梁、纵梁、轨道梁、面板等，砼标号均采用C30。

5.2 原码头结构检测与评估

原码头结构前期做过多次检测以及质量评估。依据最新的检测与评估报告说明，码头结构整体外观良好，个别构件局部存在混凝土剥落、露筋情况。构建劣化度综合评定为A级；桩基试验工检测247根混凝土方桩，其中Ⅰ类桩242根，占所测桩数的97.98%，Ⅱ类桩5根，占所测桩数的2.02%，无Ⅲ类桩与Ⅳ类桩。

根据检测结果，墩台与旧码头浇筑成整体，旧码头桩基仍可承受部分作用力。

5.3 码头工艺荷载

码头前沿堆货荷载：20kN/m2。

起重运输机械荷载：45t固定吊：水平力600kN，垂直力5000kN，倾覆力矩19000kN.m。

移动荷载：Q35牵引车+载重20t平板车。

5.4 水工建筑物结构改造方案

考虑到现状码头护岸抛石的影响，本工程桩基础选用灌注桩。

5.4.1 水工结构方案一

拆除范围：对原码头结构H-E行（不含H、E）22-24列内纵梁及面板拆除，包括4根Z2-1纵梁和12块P1面板。

吊机墩台桩基础：吊机墩台下部布置6根Φ1200灌注桩，桩底标高为-32m。

吊机墩台：墩台尺度：长×宽×厚=12.3m×5.9m×2.51m。新吊机墩台与原结构横梁浇筑在一起。纵梁和横梁与吊机墩台结构界面进行凿毛处理。墩台面顶高程4.46m，底高程1.87m。墩台中间的吊机底座顶为便于排水，顶高程设计为4.51m。结构方案详见图2。

图2 改建后结构断面图 （水工结构方案一）

5.4.2 水工结构方案二

吊机墩台尺度与结构方案二相同，不同的是结构方案一吊机墩台桩基础由下部布置6根Φ1200灌注桩，而结构方案二桩基础由下部布置4根Φ1500灌注桩。

拆除范围：与结构方案一相同。

吊机墩台桩基础：吊机墩台下部布置4根Φ1500灌注桩，桩底标高为-33m。

吊机墩台：与结构方案一相同。

6.结构计算

本次计算采用“易工水运工程结构CAD集成软件”对结构进行建模计算。

码头作用包括结构自重、船舶作用力、人群荷载、堆货荷载、流动机械荷载等。各作用效应按《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）对实际可能在码头结构上同时出现的作用，按不同水位情况下相应的持久状况，短暂状况及偶然状况予以考虑组合。

6.1 结构方案一

吊机墩台采用Φ1200mm灌注桩与原结构500×500mm方桩结构（G-23、F-23共2根）形成基础，灌注桩持力层进入页岩中风化不少于2倍桩径，其桩基内力和单桩承载力设计值见表2。

表2 桩基承载力计算结果表

6.2 结构方案二

当吊机墩台采用Φ1500mm灌注桩与原结构500×500mm方桩结构（G-23、F-23共2根）形成基础，经过试算，门机主导作用时，原结构500×500mm方桩超过单桩轴向承载力，因此结构计算时吊机墩台仅考虑采用Φ1500mm灌注桩形成基础，灌注桩持力层进入页岩中风化不少于2倍桩径，其桩基内力和单桩承载力设计值见表3。

表3 桩基承载力计算结果表

6.3 方案比选

结构方案一桩基础采用6根Φ1200灌注桩与原结构500×500mm方桩结构（G-23、F-23共2根）形成基础，方案二桩基础采用4根Φ1500灌注桩，两个方案均可行，不同之处在于桩基础的布置不一样，但各有优缺点，详见表4。

表4 结构方案比选表

结合桩基础受力及施工方法分析，结构方案一桩基础受力分布更均匀，与原码头结构结合较好，整体性好；结构方案二灌注桩桩径及桩底高程与原码头方桩相差较大，整体性较差。入岩深度较深，后期冲孔较困难。综合考虑，本次设计推荐结构方案一。

7.设计体会和结论

（1）原码头结构检测与评估的结论对码头结构改造有重要的参考与指导意义，改造设计前需充分对原码头的桩基础、码头构件等做充分的检测以及质量评估。

（2）码头改造设计总平面布置需充分结合业主需求、协调现状装卸设备的布置，尽可能减少对现状装卸设备作业环境的影响。在满足补充功能的前提下，尽可能利用现有码头结构，降低工程造价，节约投资。

（3）桩基础在满足极限承载能力状态下单桩轴向承载力的前提下，桩基选型尽可能选用与原码头结构桩基础直径相近的型号，充分利用原码头桩基础，保证与原码头结构结合的整体性。

（4）原结构拆除时需注意对原码头结构的保护，尽可能的保留原结构受力钢筋，新建结构依据现场施工情况，合理采用植筋，严格按照相关规范施工，保证与原码头结构的连接性、整体性。

（5）灌注桩施工时，可在码头面板打孔，利用原码头结构作为施工平台。

（6）浇筑新建构件混凝土时，需注意有关预埋件的预埋。

8.总结

随着船舶大型化、专业化、自动化的发展，港口大型化、专业化、装备现代化的趋势明显。老港港区原有港口规模及装卸设备难以适应现状吞吐量及装卸能力的需求，同时港口岸线是一种稀缺且不可再生的宝贵战略资源。通过对现状码头结构进行结构升级和改造，对节约和优化岸线资源、解决高速发展带来的码头设计吞吐量及装卸能力不足的问题有重要意义。