码头水工结构

由于天津新港建在淤泥质海岸浅滩上，软土层甚厚，作为持力层的粉砂层在-21.0米以下，自1940年开建以来，先后采用了板桩、高桩承台和重力式结构型式。1942年建成的第一码头，其结构为钢板桩岸壁拉锚式；1945年建成的第二码头，其结构为钢筋混凝土岸壁栈桥式。

　　1958年建成新港5号泊位，为中国第一座万吨级深水泊位，其结构改为钢筋混凝土高桩承台式；此后，新港新建的大量泊位，均采用了高桩承台式结构。1989年在新港东突堤南侧东端的矿建泊位，采用了沉箱重力式结构；在这个试验性工程成功后，接着于1990年开工建设东突堤北侧6个泊位，全部采用沉箱重力式结构。下面着重记述三方面：

　　一、高桩承台码头

　　1957年修复塘沽开滦码头时，第一次试用了钢筋混凝土高桩承台式结构。设计的基桩是空心方桩，但在打桩中出现桩体劈裂，且潮差段不利混凝土抗冻。于是，由刘济舟、柴长清等组织研究试制了断面40×40厘米、45×45厘米，长度19.2-24.7米的先张法预应力钢筋混凝土方桩，并在码头下游20米一段试验成功。这是中国港口工程中的首创，不仅解决了桩基结构存在的问题，而且比普通钢筋混凝土桩节约钢材40%。

　　1958年，在新港设计和修建了两座高桩承台码头。一座是新港船厂5000吨级修船码头，全部构件采用预应力钢筋混凝土，桩台纵横梁采取整体浇注，并初次采用装配的框架式靠船构件。该码头是新港第一座预应力钢筋混凝土高桩承台码头。另一座是新港5号泊位，结构设计：

　　桩基为预应力钢筋混凝土方桩，承台加宽分为前、后两部分，纵横梁采取钢筋混凝土整体浇注，构件预制装配程度达68%。这是新港第一座预应力钢筋混凝土高桩承台结构的万吨级深水码头。1959-1961年建成新港第三码头5个泊位(14-18号)，结构上发展为长桩大跨，桩长24.0米，断面50×50厘米，预应力钢筋混凝土空心桩；构件预制装配程度达86%，其中预应力构件占51%。

　　此后，天津新港修建码头，大量采用了高桩承台式结构。从1957年修建塘沽开滦码头起至1990年止，共兴建高桩承台式码头97个泊位，岸线长14829米，其中万吨级以上深水泊位37个。

　　实践证明，高桩承台码头在天津地区的自然条件下是具有生命力的。其特点有：

　　1、采用宽平台(40-50米)，为适应岸坡稳定需要，又分为前、后承台。

　　2、利用埋深-21.0米以下的粉砂层作持力层，全承台采用等长桩，以避免不均匀沉降。

　　3、采用排水固结法加固岸坡，一般加固到-14.0米。

　　4、后方承台采用简支结构，前方承台桩帽不连通，上部结构(梁、板)在桩帽上作整体处理。

　　5、采用先张法预应力钢筋混凝土方桩和加气混凝土等多项措施，提高抗冻耐久性和码头的寿命。

　　6、适合天津地区缺乏砂石料的状况，造价降低。

　　7、根据唐山地震震害，在关键部位采取了相应措施，基本上按地震烈度8度设防设计。

　　同时，在设计高桩码头的实践中，总结技术经验，结合建设开敞式码头的需要，交通部一航院还研究创新了一种带消波室的透空式高桩码头。其结构特征是：在码头的后侧墙前设一道格栅墙，使码头的入射波形成两组相位不同的反射波，从而达到消波、降低码头上部结构浮托力的效果。该码头设计的结构型式适用于开敞式码头，特别是标高定得较低的开敞式码头。此项成果的发明人有谢世愣、邢复、孟照华、刘树勋、李乃扬、徐竞进等，1989年获中国专利局授予的专利权(发明型)。

　　二、地下连续墙码头

　　70年代初，交通部一航院开始研究和应用地下连续墙技术。首先研究施工工艺，进而研制专用机具，尔后逐步完善技术措施，由简单到复杂，由低级到高级，使这种新的施工技术成熟起来。至1990年，已完成数十项地下连续墙工程。这一施工技术的基本内容包括：触变泥浆、导墙导沟、挖槽机械、钢筋工程、水下混凝土、接头处理以及与其配套的支撑系统等。在施工过程中，具有无震动、无噪音、对周边地基无扰动、不危及毗邻建筑物安全、对地质条件适应性强等优点；并且施工速度快，工程质量好，工程造价较低。

　　应用地下连续墙技术修建码头是一项新的施工方法，70年代中期首先在新河船厂码头工程中应用，并在具体实践中取得了很好的效果。1986-1987年修建了天津港海河港区郑家台驳船码头，岸线长164.7米，前沿水深-4.0米，码头宽8.0米，顶面标高＋5.5米，为1000吨级码头。采用单锚板桩挡土墙结构，前板桩为预制地下连续墙，每块板厚0.3米，宽1.5米、长11.5米；后锚碇墙为现浇地下连续墙，墙厚0.4米、深7.0米，距前板桩15米；用直径60毫米圆钢拉杆将前板桩与后锚碇墙连通拉紧；码头面上设有门吊轨道，其基础为钢筋混凝土梁和灌注桩。这是中国第一座较大规模的地下连续墙河港码头。1989-1992年修建了京唐港7、8号泊位(均为15000吨级)，岸线长366.4米，码头前沿水深-7.6米，顶面标高＋4.0米。码头结构为全现浇地下连续墙的板桩式，前板桩墙厚0.95米、深21.0米；后锚碇墙墙厚0.9米、深11.0米；两墙相距27米，用直径70毫米的圆钢拉杆连通拉紧；码头面上设有门吊轨道，以直径0.8米的灌注桩和钢筋混凝土梁作其基础。这是中国第一座万吨级地下连续墙海港码头。

　　在地下连续墙工程实践中，交通部一航院先研制成功“潜水电机钻孔灌注桩”，1978年获全国科学大会奖；后研究创造“地下连续墙导管反循环成槽工法”，1989年获中国专利局授予的专利权(发明型)。

　　三、沉箱重力式码头

　　在天津新港扩建过程中，为适应软土地基的自然条件，绝大多数码头均是采用高桩承台式结构。但是，这种结构型式同重力式结构比较，其耐久性较差一些。从而，在70年代后期提出了以重力式取代高桩承台式结构问题。

　　重力式码头适用于岩石或硬质土层基础上建造。交通部一航局于1953年建成海南岛秀英港第一座混凝土方块重力式码头后，曾先后在中国北方许多港口修建了大量的方块、扶壁、沉箱等多种重力式码头，仅沉箱重力式码头即有97座，岸线总长达17000米。从一航院和一航局的设计、施工技术来讲，经验是丰富的。但是，在天津港的淤泥质软土地基上修建重力式码头，尚是一个新问题。经反复研究认为，必须解决持力层以上的软基加固问题，才能具有修建重力式码头的基础条件。

　　1987年，在修建天津港东突堤南侧5个高桩码头泊位时，引入了MDM法较好地解决了超软基加固问题，使码头接岸结构有了增强，并为修建重力式码头创造了条件。于是，先在东突堤南侧码头以东的47米作试验段，并继续向东139.3米，合并修建1个重力式结构的矿建泊位。在用MDM法加固软基后，经抛石整平，再安置钢筋混凝土沉箱。试验段设计有底和无底沉箱各3个，平面尺寸均为长8.4米、宽6.5米，高度有5.1米与6.9米两种，每个沉箱又分上下两节，每节最大重量约200吨，在附近岸上预制而成。沉箱安置后，其内充填块石，其上浇注混凝土胸墙。施工中，清淤是一关键工序，采用了钢套箱挡淤、潜水砂石泵清淤和压缩空气驱淤3项措施，保证了工程安全和施工质量。这是天津港的第一座重力式码头。

　　随后，在东突堤北侧6个泊位(岸线长1122米)，全部采用沉箱重力式结构。在用MDM法对水下-20米左右的亚砂土层以上至-12.5米淤泥质粘土层进行软基加固后，经抛石整平，再安置钢筋混凝土沉箱。沉箱尺寸有两种：一种长19.7米，宽10.5米，高13.5米，重1124吨；另一种长14.9米，宽9.5米，高13.5米，重839吨。沉箱在秦皇岛预制，然后经127海里长距离拖运至天津港。

　　这几个泊位是天津港的第一批重力式码头，它的建成为在淤泥质超软基上修建重力式结构码头积累了经验，是设计、科研、施工相结合的一项技术成果。