广东金东海勘察设计有限公司 510220
摘要：文章以某港口码头工程为例，就港口码头工程结构优化设计方法进行了深入地分析，并提出了设计的关键点及注意问题，以供读者参考。
关键词：船码头；设计优化；总平面布置；码头泊位
港口码头工程属于一种涉水工程，具有所处自然环境复杂，承受荷载作用大，使用安全性高等特点，从而给工程设计工作增加了不少难度，因此，需要对码头工程设计过程进行优化。本文通过工作实践，着重探讨了港口码头工程结构优化设计方法。
1 工程概况
某水利枢纽，拟建码头工程1座，全长75m，护岸115m，港区道路695㎡，后方场地使用海事应急指挥中心用地（12000㎡），建设值班待命用房399.3㎡，配套实施场地平整、道路、绿化、围墙、照明、给排水、消防工程等。拟建工程位于惠州东江水利枢纽上游，水深条件良好，航道水深满足行船需求，航道设计底高程为8.7m。
2 总平面布置
码头长和宽的尺寸为5m*10m，标高为13.0m。采用Φ1000mm冲孔灌注桩，桩底进入中风化岩不少于1m。码头分为2个结构段，各个结构段设6榀排架，排架间距为7.0m，悬臂部分长1.25m。每榀排架设置2根Φ1000mm灌注桩。横梁断面呈倒T型，上横梁高0.9m，宽0.9m，下横梁高0.8m，宽1.5m。纵梁高0.9m，面板厚0.35m，磨耗层厚0.05m。码头竖向设置2XD300H×1500L橡胶护舷。码头面安装50kN系船柱，下设二级系船环。在码头两排架间设置1.2m宽步级，共2座。
护岸长115m，采用坡式护岸的断面型式。胸墙（接岸承台）高1m，基础为0.5m碎石垫层；护肩长4m；600mm厚块石护面层，200mm厚二片石垫层；护脚设置1m厚的60~150kg块石。
2.1 码头泊位尺度的确定
码头按中远期同时靠泊2艘30米级工作船（海巡09271）及1艘20米级工作船（海巡09276）设计。码头泊位长度按《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006）第3.3.6规定进行计算：
连续布置多个泊位时的端部泊位：Lb1≥0.8L＋0.5d
连续布置多个泊位时的中间泊位：Lb2＝L＋d
式中：Lb1——码头端部泊位长度（m）；
Lb2——码头中间泊位长度（m）；
L——设计船长（m），L1（30米级）=26m，L2（20米级）=17.95m；
d——富裕长度（m），取5m。
码头长度计算得：
Lb≥0.8L1＋0.5d ＋ L1＋d＋0.8L2＋0.5d=71.2m
计算得码头长度为71.2m，最终取75m，满足要求。
2.2 码头面高程
根据《河港工程总体设计规范》（JTJ212-2006），码头面高程由下式计算：
码头面高程＝设计高水位＋超高值（0.1～0.5）m
＝12.75＋（0.1～0.5）
＝12.85～13.25m
本码头面高程取13.0m。
2.3 码头前港池尺度
a）停泊水域宽度
码头前沿停泊水域宽度按型宽最大的30米级工作船确定，根据规范要求取2倍设计船宽，码头前沿停泊水域宽度计算见下表。
表1
码头前沿停泊水域宽度取9.0m。
3 航道设计
本工程位于东江，也是粤东惠州地区重要的水上通道。根据《惠州港总体规划》，将惠州~石龙河段推荐500吨级机动驳(船舶尺度为55×10.8×2.4×1.7m，船长×型宽×型深×吃水)为通航代表船型，航道建设尺度为2.0×50×330m）（水深×航宽×弯曲半径），达到四级航道标准。
选址位置的回旋水域用部分主航道。目前，水深条件优越，达6.0~6.9m，远远大于本工程泊位船型所需满载水深，满足本工程建设条件。
（1）航道尺寸
根据《内河通航标准》（GB50139-2004）附录A，航道设计水深及设计底高程按下式进行计算：
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E=设计低水位－H
式中： E——航道设计底高程（m）；
H——航道设计水深（m）；
T——设计船型满载吃水（m）；
——富裕水深（m），根据《内河通航标准》取0.2；
码头航道水深计算表
表1
经计算，码头航道设计底高程取：8.7m。
（2）导助航设施
结合本工程航道和调头区及港池布置、周围水域状况设置航标系统。工程助航标志只考虑在码头设置，为了标示码头位置，满足过往船舶及码头安全，拟在码头两端设置警示灯各一个。
4 水工建筑物设计
码头平面尺寸为75m×10m，码头面标高13.0m，顺岸布置，采用高桩梁板结构，与后方通过引桥连接；引桥平面尺寸为10m×7m，引桥面标高13.0m，采用高桩梁板结构。码头及其上下游各20m范围内的护岸进行护坡，总长为115m，采用斜坡式护岸的断面型式。
4.1码头结构方案
码头长75m，宽10m，码头面标高为13.0m。码头分2个结构段，每个结构段设6榀排架，排架间距为7.0m，悬臂部分长1.25m。每榀排架设置2根Φ1000mm灌注桩，桩底进入中风化岩不少于1m。横梁断面呈倒T型，上横梁高0.9m，宽0.9m，下横梁高0.8m，宽1.5m。纵梁高0.9m，面板厚0.35m，磨耗层厚0.05m。码头竖向设置2×D300H×1500L橡胶护舷。码头面安装50kN系船柱，下设二级系船环。在码头两排架间设置1.2m宽步级，共2座。
码头通过引桥与后方相连。引桥长10m，宽7m。引桥桩基采用Φ1000mm灌注桩，间距6.6m一排架，每排架2根直桩。引桥上部结构为现浇梁板式结构。4.2 护岸结构方案
护岸总长为115m，采用坡式护岸的断面型式。建设码头工程后，拟在原岸坡建设块石护坡结构，200mm片石垫层和600mm块石护面，坡度为1：2.5。斜坡护岸布置挡墙，高1m，基础为0.5m碎石垫层；护肩长4m；600mm厚块石护面层，200mm厚二片石垫层；护脚设置1m厚的60~150kg块石。
4.3 结构计算
①横梁内力计算
横梁内力计算结果详见表2。
表4横梁内力计算表
②护岸稳定性验算
按圆弧滑动法进行稳定性计算，根据《港口工程地基规范（JTS147-1-2010）》第6.3.2条的规定，计算护岸最小抗力分项系数为1.38，满足规范要求。
5 结语
综上所述，鉴于港口码头工程所处水域环境复杂，影响工程造价的因数多，港口建设在使用应用的科学合理的结构设计后，大大提升了施工效率和质量，如具有船舶停靠、货物装卸功能；港口码头承载力要达到相应的设计要求；具有应对突发情况的功能，至少要确保整个结构不会坍塌，要有足够的稳定性；耐久性要求，要保证能够使用足够长的时间。
经过相应的实际检测和实验发现，在使用相关科学合理的方法进行相应的港口码头建设后，使得整个港口码头泊位连接成为了一个整体，其吞吐能力得到了进一步的提升，从而提升了整个港口的经济效益，可见，我们应重视港港口码头的科学合理的设计。