大连长兴岛30万吨原油码头主体水工结构方案比选

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　　【摘要】大连港长兴岛30万吨原油码头工程所处位置自然条件水深、浪大、流急、冰清严重、岩面埋深较浅， 本文就码头主体水工结构的方案设计进行比选，认为此工程条件下选用设破冰椎体的圆沉箱结构在技术上、经济上是比较合适的。
　　【关键词】原油码头；重力式；圆沉箱；水工结构；方案比选
　　【中图分类号】TU975【文献标识码】【文章编号】1674-3954（2011）03-0412-01
　　
　　
　　一、工程概况
　　大连港长兴岛30万吨原油码头位于大连长兴岛北部高脑子海域，在建北港区东防波堤西侧水域。码头布置在东防波堤外侧，与东防波堤平行布置，码头前沿距离防波堤352m，轴线为N62°~242°。码头采用“蝶”型布置，码头长度为436m，停泊水域宽120m，码头前沿底高程-25.0m，泊位顶高程+11.0m。码头共设一个工作平台及6个系缆墩、4个靠船墩。内侧靠船墩间距为82m，可兼顾到10万吨级原油船舶的靠泊，外侧靠船墩间距为130m，可满足30万吨级船舶靠泊要求。工作平台长48 m，宽39m，顶高程+11.0m。系缆墩、靠船墩顶高程+8.0m。各墩及工作平台之间采用钢质人行桥连接，桥宽3.2m。码头通过栈桥、引桥引道与东防波堤相连接，栈桥长为310.3m，共3跨，桥净宽11.2m，全宽13.6m，顶标高+11.0m，引桥引道全长205.5m。
　　二、建设条件
　　1、建筑物主尺度
　　码头为外海开敞墩式码头，本工程水工建筑物结构主尺度见表1。
　　
　　表1水工建筑物的结构主尺度
　　
　　2、工艺荷载
　　（1）栈桥荷载：
　　工艺管线荷载：9t/m
　　车辆荷载：10t单车荷载
　　人行荷载：3kPa
　　（2）工作平台荷载：
　　输油臂荷载：400KN/个
　　均布荷载：10kPa
　　3、水文、气象条件
　　（1）水位（马家咀理论最低潮面起算）
　　设计高水位2.35m，设计低水位0.23m，极端高水位3.4m，极端低水位-1.4m。
　　（2）设计波要素
　　30万级原油码头及栈桥50年一遇设计波浪要素详见表2。
　　表2设计波浪要素表
　　（3）气温
　　多年平均气温10.0℃，最热月为8月，平均23.9℃。
　　（4）降水
　　年平均降水量578.3mm，年最大降水量877.9mm（1966年），日最大降水量142.2mm（1966年7月27日）。降水量主要集中在6～9月。该4个月的降水量约占全年的75%。
　　（5）风
　　常风向为NE，次常风向SW，强风向为NE及NNE向，最大风速35.4m/s。本海区受季风影响较大，冬季多偏北风，夏季多偏南风。
　　4、潮流
　　本区潮流为往复流，设计流速V=1.1m/s，流向234° 。
　　5、海冰
　　采用50年一遇冰况，平整冰设计厚度取为47.6cm，单轴抗压强度标准值为2.35MPa，弯曲强度标准值为835KPa。
　　6、工程地质条件
　　根据本工程的地勘资料，本区基岩为页岩，中风化页岩的顶高程大约为-29m~31m，本工程以中风化页岩作为码头结构的持力层，其承载力为700Kpa。
　　7、抗震设防标准
　　本工程结构抗震按7度设防。
　　三、结构方案选取
　　本工程处自然条件的显著特点是水深、浪大、流急、冰清严重、岩面埋深较浅，可考虑方案有：大直径钢管桩方案、沉箱钢管桩混合式方案和重力式圆沉箱结构方案。
　　1、钢管桩方案
　　采用大直径嵌岩桩方案，主体结构采用直径1.8m 嵌岩桩，顶部现浇钢筋混凝土墩台，考虑本区域冰情严重，在水位变动区采用钢筋混凝土锥体结构，并外包钢板。
　　2、重力式圆沉箱结构方案
　　考虑到本区域冰情较重，在本工程的结构方案设计过程中，对靠船墩、系缆墩和栈桥墩分别采用常规圆沉箱和圆沉箱上设抗冰锥体两个方案进行比较，工作平台由于沉箱间距小，考虑波浪影响，宜采用开孔消浪沉箱，但由于冰的影响，沉箱上部应为实体结构，因此工作平台墩两方案均采用圆沉箱上设锥体，以减少受浪面积的结构，同时可起抗冰的作用。
　　3、沉箱钢管桩混合式方案
　　由于本地波高大、周期长，重力式沉箱方案混凝土及块石用量大，因此，考虑了将钢管桩和方沉箱相结合，形成了混合式结构方案。
　　四、结构方案比选
　　钢管桩方案的优点是桩基结构能有效减少结构所受波浪力，缺点是本区域深水、流急、浪大，大直径嵌岩施工工艺难度较大，且本工程由于冰荷载较大，与波浪对重力结构作用接近。桩基方案总体费用较高，且相对而言，耐久性难以把握。因此本设计不考虑钢管桩方案。
　　沉箱钢管桩混合式结构透浪好、受力小、地基应力小，因此，混合式结构对本工程也是合适的，但由于本结构没有施工经验，且耐久性相对较差、钢管桩需定期进行防腐处理等维护工程，且工程造价较圆沉箱方案高40%左右，因此，本设计不考虑沉箱钢管桩混合式结构方案。
　　重力式圆沉箱结构方案考虑到本工程所在地基岩埋藏适中且承载力较高、大连地区具有丰富的重力式码头设计施工经验，且长兴岛附近有沉箱预制场等条件，且重力式圆沉箱结构方案耐久性好、适应性强、抗冻和抗冰性能好、使用期间不需要大量维护、适应荷载和工艺变化能力强、设计和施工经验比较成熟等诸多优点，在我国从南到北的海港中得到广泛应用，因此，重力式圆沉箱结构方案对本工程是合适的。
　　在对结构方案的初步比选结果分析基础上，针对抗冰设计，对常规重力式圆沉箱结构和圆沉箱上设抗冰锥体两个方案做作了进一步的比选分析。
　　方案一：设破冰椎体的圆沉箱结构
　　本方案靠船墩、系缆墩、工作平台和栈桥墩的基础均为钢筋混凝土圆沉箱，上部设实体抗冰锥体结构。
　　方案二常规重力式圆沉箱结构
　　本方案靠船墩、系缆墩、工作平台和栈桥墩的基础均为钢筋混凝土圆沉箱，上部安装与圆沉箱直径一致的圆形预制块。
　　
　　参考文献：
　　[1]《大连港长兴岛港区总体规划》（大连市人民政府，2009年6月）
　　[2]《大连港长兴岛北港区控制性详细规划》（大连理工大学土木建筑设计研究院，2009年3月）
　　[3]交通运输部《港口工程初步设计文件编制规定》（JTS110-1-2008）；
　　[4]《开敞式码头设计与施工技术规程》（JTJ295-2-2000）

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