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1、意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利 意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利意大利深水港码头结构方案选择意大利威西湾自动集装箱码头项目位于意大利维西湾东南约15公里的水深区。在大海附 近形成了人工岛屿和防波坝，并在现代化的自动集装箱区建设。其自然条件差，技术技术 难度大，施工准备差。在中国，上海海岸的深水货物码头是基于外国港口的现代货物码头, 在世界上也罕见。本工程在外海无依托条件下建设自动化集装箱港区，主要包括:防波堤（长约4 km）、突 堤式集装箱码头（长1 000 nix宽200 m）,辅建区和辅助建筑物等（图1）。受工程自然 条件、施工技术
2、、使用要求等条件约束，特别是在软弱复杂地质和自动化集装箱较高使用 要求条件下，码头结构形式选择是该项目的关键技术之一。本文结合意大利威尼斯离岸深 水港区的环境特点，围绕码头结构选型这一关键技术，介绍选型中考虑的因素、原则、选 型论证和结构方案等。1码头结构选择主要考虑因素1.1 施工作业天数计算1）工程区波浪主要为风成浪，100 a 一遇波浪在极端高水位（2.09 m）时，波高H2）施工海域风大浪高，受寒流影响，施工作业天数根据气象水文资料初步分析在280 d 左右。3）工程区地质条件极其复杂，土体工程力学强度高低和软硬程度呈交替变化趋势，规律 性较弱，土层极不均匀和复杂，其土体的典型强度指标
3、（05,。器30。）较高，但压缩 性（M=3. 78. 4 MPa）较大，同时各层土体中广泛分布有极软弱泥炭层（压缩指数C1.2 吊具液压能力验算1）防波堤和码头水工结构的使用年限要求为100 ao2）码头最大设计船型为载箱L8万TEU、载重20万t集装箱船。3）桥机外伸距65 m,吊具下起重能力65 t,轨距30 m,非工作状态下最大轮压达2 170 k No4）码头为全自动化集装箱码头，对工后沉降和不均匀沉降要求非常高:平面度要求8 ft （2. 4 m）范围内高差不超过10 mm （4%。）；AGV装卸区和行驶区的坡度要求W6%。，局部最 大不超过1%O1.3 为复杂施工创造条件的保证工
4、程离陆地较远，属于全海上施工，各种施工材料、施工设备、预制构件等均需海运至现 场，海上施工难度非常大。1.4 项目技术分析需求本工程特殊地质条件下的水工结构技术难度较大，一些技术问题无现成规范指导，需依靠 数值模拟、经验传统公式等进行综合分析，采用新思路、新结构才能够满足项目要求。2设计施工技术确定码头结构的选型设计应充分体现“科学合理、安全可靠、技术先进、施工方便、经济 适应”的总体原则，并符合有利于规避风险、有利于施工、有利于环保的技术思路1）码头结构形式应满足营运使用要求，后期维护工程量尽可能小，能够满足大型船舶靠 离以及装卸使用要求，能够适应深厚高压缩性土的沉降变形要求。2）作为中国企
5、业在欧盟的第一个现汇工程咨询项目，码头结构的设计施工技术应成熟， 有利于规避风险。3）码头结构形式应适应现场的自然条件和施工条件，应有利于人工岛的施工，使施工作 业安全、快捷、方便，并可多作业面施工，确保工期。4）积极采用新思路、新技术和新结构，但应充分考虑新结构新技术可能带来的风险。5）本工程为外岛水上施工，同时考虑防腐要求，水工结构尽量采用预制预应力构件，现 场拼装。3码头结构准备3. 1墙后桩基施工码头结构采用高桩码头+组合式桩基承台驳岸结构（图2）,码头结构与驳岸结构分离以适 应结构的不同功能要求。码头结构满足靠船和装卸设备的使用功能要求，驳岸结构主要完 成挡土功能本工程组合式桩基承台
6、驳岸结构桩基结构考虑采用ue7882 000 nun 3 32的钢管桩，结构段 为35 m,桩横向间距为3. 5 m和5叫 其中排桩纵向间距为2.1 m,其余桩纵向间距为5m,墩台厚2. 8 m,墙后回填块石，地基处理采用挤密碎石桩。为了减小驳岸结构的内力，考虑先进行后方陆域局部分级回填施工，再进行桩基承台施工。对此结构采用有限元数值 模拟分析，计算结果见表2。分析数值模拟计算结果可知：1）桩力偏大，桩长较长（97 m左右），应力不满足要求，结构位移较大。2）通过有限元软件模拟各种不同桩数可知，最大桩轴力依然为12 660 kN左右，但桩弯 矩随着桩数的增加逐渐减小，结构整体趋势依然向陆侧倾倒
7、。由于土体竖向变形仍较大， 桩基负摩擦力仍能充分激发，故增加桩数对轴力影响不大。另外，由于增加桩基数量，土 体水平变位由100 mm减小到50 mm,对单桩的水平推力减小，桩基弯矩变小。3）随着土的固结速率不断减小和桩侧极限摩擦力的存在，桩侧负摩擦力随时间非线性发 展，逐渐趋于稳定，但只需很小的桩土相对位移（2 mm）即可以充分激发和发挥桩侧摩擦 力，或者使桩侧摩擦力方向发生改变。对场地先堆载固结，可以减小桩侧负摩擦力，减小 最终的桩身轴力和桩身沉降，但场地需要达到较大固结度（固结度达到90%以上），才能 达到比较明显的效果因此可以得出结论:组合式桩基承台驳岸结构不适用于本工程特殊的地质条件。
8、3.2充填材料及地基处理由于业主前期研究推荐采用重力式沉箱结构方案，同时考虑到工程区域已建有大型预制场, 故提出重力式沉箱结构方案进行比选。考虑到特殊地质条件，将集装箱岸桥前、后轨放在 同一沉箱结构上以减小其不均匀沉降，大码头单个沉箱高23. 5 ni,宽33. 5叫 长18.0叫 质量约7 200 t,沉箱内回填中粗砂，下部为4 m厚10100 kg抛石基床（图3）。根据计算可知，重力式沉箱结构若不进行地基处理则其整体稳定不满足要求。另外，在深 厚压缩性土体和极软弱泥炭夹层存在的地质条件下，不进行地基处理会导致码头结构沉降 量过大。对于深水软弱地基的处理，目前主要有水下深层水泥搅拌桩、排水固
9、结法、碎石桩等方法对重力式沉箱+水下挤密碎石桩复合地基结构的沉降进行有限元数值模拟计算，结果见表3o结合计算结果，对重力式沉箱结构进行分析可知：1）堆场和码头沉箱施工期沉降较大，需通过预制结构预留高度和上部后期回填及现浇结 构进行调平，设计和施工技术风险较大，施工控制难度较大。2）工后沉降差产生的最大坡度为1. 1%。，理论上满足全自动化集装箱码头平面度和坡度的 要求，但实际使用期工艺荷载加载具有不确定性，不均匀沉降仍有可能出现较大坡度，将 导致使用期需要调平维护，影响码头生产。3. 3全高桩全直桩结构全高桩梁板码头结构，在软土地基上有成熟的设计施工经验，结构安全可靠，风险小，具 备尽快开工的
10、条件。本工程大码头平台宽度约为37 m,码头排架间距为10.0叫 每根排 架设置10根钢管桩，前、后轨道梁下的桩帽各设置3根ue7881 500 mm钢管桩，前轨道 梁下设半叉桩，后轨道梁下设叉桩，其余桩帽下各设置1组2根ue7881 300 mm叉桩。集 装箱码头其余部分全部采用全直桩结构（图4）。采用全高桩结构具有以下特点：1）全高桩结构方案受力模式清晰，设计和施工技术成熟，桩基结构深入持力层，沉降量 小，能较好地满足全自动化集装箱码头的使用功能要求，能有效规避本工程极复杂和不均 匀地质带来的诸多不确定风险。2）钢管桩虽然耐久性较差，但对桩基采取合适的专项防腐措施也能达到100 a的使用年
11、 限要求，和尽量减小后期维护工作量的目的。3）采用全直桩结构可以避免因为桩基数量过多带来的碰撞及施工问题，预制预应力结构 拼装简单，施工方便，能加快外海施工速度。3.4动化集装箱港区通过比较分析可知:重力式沉箱结构方案具有耐久性好的优点，但在本工程极其复杂和不 均匀的地质条件下建设大型重力式沉箱结构的全自动化集装箱码头，其设计和施工技术风 险较大，施工控制难度较大，不可预见风险也较大，且重力式沉箱结构方案投资成本较全 高桩（高桩码头+高桩堆场）结构高10%左右。经综合分析认为:全自动化集装箱码头水工 结构方案应优先选用设计、施工技术成熟，施工和使用风险小，有利于规避风险，且投资 较低的结构形式
12、，因此集装箱码头结构推荐采用全高桩结构（高桩码头+高桩堆场）方案。4不适合采用组合桩基驳岸结构1）对于本工程特殊的高压缩性土体和泥炭夹层地质，土体固结对桩产生的负摩擦作用不 能忽视，只要有很小的相对位移，即可充分激发桩侧摩擦力，对场地先堆载固结，达到较 大的固结度时，才能达到明显减小负摩擦的效果，本工程不适合采用组合式桩基驳岸结构。2）在极其复杂和不均匀的地质条件下建设大型重力式沉箱结构的全自动化集装箱码头， 其设计和施工技术风险较大，施工控制难度较大，不可预见风险也较大，本工程重力式沉 箱结构需慎用。3）全高桩结构是软土复杂地质条件下首选的结构形式，其设计、施工技 术成熟，施工和使用风险小，有利于规避不可预见的地质风险，是本工程全自动化集装箱 码头推荐采用的结构形式。