第17卷 第2期 中 国 水 运 Vol.17 No.2 2017年 2月 China Water Transport February 2017
收稿日期：2016-12-11
作者简介：项雨略，中交上海航道勘察设计研究院有限公司助理工程师，从事水运工程设计工作。 项雨略，彭维雄
（中交上海航道勘察设计研究院有限公司，上海 200120）
摘 要：随着社会经济的发展，人们对游艇码头的需求日益提高。目前，黄浦江两岸游艇码头结构多以浮动式为主，浮箱通过2根或多根定位桩固定。黄浦江航道水面较窄，由风引起的波浪较小，但根据实际情况，航道内常有海事执法船高速通过，其产生的船行波会直接影响码头结构的安全。因此在定位桩设计过程中，应充分考虑可能存在的不利荷载组合，保证结构安全稳定。 关键词：游艇码头；黄浦江；潮汐
中图分类号：U656.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2017）02-0182-03
作为游艇经济的重要平台，游艇码头支撑着以其为支点所形成的私人会所、餐饮、娱乐等为一体的休闲场所。随着社会经济的发展，人们对游艇码头的需求也日益提高。目前，黄浦江两侧的黄金岸线已建设多座游艇码头并初具规模。
黄浦江航段水位受径流、潮汐双重影响，最大日变幅超过2m，游艇码头结构型式为浮动式为主，通过2根或多根定位桩固定。本文以黄浦江某游艇码头工程为例，结合航道的特点，对设计荷载的种类、荷载的计算方法进行分析，同时提出一种定位桩计算思路，供同类项目设计时参考。
一、设计案例 1．工程概况
本工程位于上海市浦东新区老白渡滨江绿地南侧—黄浦江岸边凹入式港池内，紧邻张家浜支河，浦明
路浦电路交叉口西侧，距离上游南浦大桥约1.3km，距离下游延安东路隧道约3.0km。港池总面积约2,518m 2，港池岸线约81.7m。
港池内布置4个游艇双泊位，共8个游艇泊位。双泊位可同时停靠两艘40英尺游艇或一艘30英尺游艇+一艘50英尺游艇。
游艇泊位共设置浮桥5座靠泊浮桥及一座连接浮桥。靠泊浮桥宽度均为2.0m，其中下游侧第一座浮桥长度为23.355m，其他均为18.5m。连接浮桥宽度为2.0m，长16.5m。 浮桥设计吃水为0.45m，干舷高度为0.6m。浮箱外壳采用高密度聚乙烯树脂制成，一次成型，无缝隙，外表涂刷强力碳黑防腐涂料，浮箱内充填物为致密型浮力泡沫塑料。浮箱表面采用塑木铺板。
每座浮桥均设置两根Φ500×30,000×14mm 钢管定
位桩。具体平面布置详见下图：
图1 码头平面布置图
2．设计条件
（1）设计水位（吴淞高程）： 极端高水位：5.865m 设计高水位：4.02m 设计低水位：0.90m 极端低水位：0.205m （2）设计流速
根据潮流实测资料，口门外垂线最大流速为0.46m/s。 （3）工程地质
根据地勘报告，工程位置处地基土分为以下8层。③1-1淤泥、③1-2淤泥质粉质黏土、③2黏质粉土、⑤1-1黏土、⑤1-2粉质黏土、⑥粉质黏土、⑦1砂质粉土、⑦2粉细砂。各层土的m 值如表1所示。
表1 各土层m 值一览表
土层名称 m ③1-1淤泥 2,500 ③1-2淤泥质粉质黏土
3,000 ③2黏质粉土 7,000 ⑤1-1黏土 6,000 ⑤1-2粉质黏土 6,000 ⑥粉质黏土
8,000
3．结构安全等级
码头水工建筑物安全等级：2级。 4．设计船型
设计船型取50英尺游艇（总长16.46m，总宽5.27m，吃水1.65m）。
5．设计荷载 （1）人荷载
（2）船舶荷载：游艇系缆力 （3）波浪力。
波浪力考虑由风区引起的风浪及高速执法船航行引起的船行波。
由风区引起的风浪根据《堤防工程设计规范》[1]计算。
第2期 项雨略等：黄浦江游艇码头定位桩设计 183
由于黄浦江航道水面较窄，按风区推算出的波高较小（在7级风下波高不超过0.5m）。具体计算结果如表2所示。
表2 设计波要素一览表（风浪）
计算水位 H （m） L （m） T （s）
设计高水位 0.32 2.51 9.81
设计低水位 0.32 2.51 9.80
船行波按海事执法船高速通过时（航速12节）考虑，波要素根据《内河航道工程设计规范》[2]计算，具体详见表3。
表3 设计波要素一览表（船行波）
计算水位 H （m） L （m） T （s）
设计高水位 0.95 16.42 3.25
设计低水位 0.95 16.42 3.28
经计算，由高速执法船航行所引起的船行波远大于风引起的波浪。因此，以船行波推算的波要素作为控制波要素。
6．设计荷载
（1）人荷载：根据《上海市游艇码头规划设计导则》（试行）[3]，取3kPa。
（2）船舶荷载（船舶系缆力）
根据《上海市游艇码头规划设计导则》（试行），游艇系缆力中风荷载根据《港口工程荷载规范》[4]
计算，水流力按《上海市游艇码头规划设计导则》（试行）计算。
风荷载及水流力计算后按《港口工程荷载规范》计算游艇的系缆力。具体计算结果如表4所示。
表4 系缆力计算结果一览表
项目 横向分力（kN） 纵向分力（kN） 游艇风荷载 32.42 6.88
游艇水流力 8.37 1.6
系缆力 50.04
（3）波浪力
目前，现行规范中尚无对浮式建筑物的波浪力计算。因此，浮桥的波浪力计算参考《海港设计手册》（中册）[5]，趸船波浪力的计算方法。具体计算结果如表5所示。
表5 波浪力计算结果一览表
项目 波浪力（kN）
靠泊浮桥 14.00
连接浮桥 73.22
二、结构计算
1．主要计算内容
浮桥一般为定型产品，其强度等计算由生产厂家考虑。本工程仅计算靠泊浮桥及连接浮桥定位桩的内力，位移。
2．计算组合
根据《上海市游艇码头设计导则》（试行），浮桥、定位桩的承载能力应按承载能力极限状态设计，定位桩的位移按正常使用极限状态设计。
针对前沿靠泊浮桥，最不利计算组合为浮桥同时受到船行波及系缆力的影响。
针对后沿连接浮桥，由于其作用仅为连接两艘趸船，因此不考虑船舶系缆的情况。最不利计算组合为前沿未停靠游艇，浮桥直接受船行波影响。
3．计算方法
（1）浮桥水平力计算
目前，对浮桥水平力作用下的定位桩计
算尚无规范。根据浮码头定位墩导桩[6]的计算方法，一个定位墩由两根及以上导桩组成时，每根导桩承受的横向力可按下式计算：
n
KP
Q=
系船柱Q—单桩承受横向力，P—作用在定位墩上的水平合力，n—一个定位墩的受力导桩数，K—受力不均匀系数，取1.1~1.2。
参考此公式，本文提供一种比较简单的定位桩计算方法。根据游艇码头的受力分析情况，船舶系缆力作用于浮桥上部系船柱，波浪力作用于浮桥前沿。
假定系缆力及波浪力叠加后的合力由浮桥上所有的定位桩共同承担，若定位桩数量为2根，考虑1.3倍的不均匀系数。若定位桩数量为2根以上，考虑1.2倍的不均匀系数。
此外《上海市游艇码头设计导则》（试行），浮桥作用于定位桩的水平力应考虑抱桩器与桩之间存在间隙的影响。单桩受力增大系数与桩的直径，截面系数，嵌固点以上与受力点的距离均有关系，参考国内外相关文献及规范，单桩受力增大系数取1.3[7]。
浮桥的具体受力分析如图2
所示。
图2 浮桥受力分析简图
（2）定位桩强度验算
定位桩在水平力作用下的弯矩及位移
根据《港口工程桩基规范》[8]，采用m法进行计算。
定位桩桩身应力根据《水运工程钢结构设计规范》[9]中构件抗弯强度的相关公式计算，其中截面的塑性发展系数γ取1.15。
4．计算结果
定位钢管桩尺寸为φ500mm×30,000mm×14mm，桩身材料为Q345B。经计算，桩身应力，位移均满足设计要求。
表6 定位桩强度计算结果一览表
项目 靠泊浮桥 连接浮桥 桩身最大弯矩（kN-m） 372.88 450.27
桩身最大应力（MPa） 147.59 178.22
泥面最大位移（mm） 10.21 12.33
三、结论
（1）黄浦江游艇码头设计中，海事执法船高速航行时产生的船行波远大于由风引起的波浪，因此不能忽视船行波对游艇码头的影响。（下转第186页）
186 中 国 水 运 第17卷
（3）定位船位置确定
由于在非平潮时间进行抛填时存在一定的流速，所以在非平潮施工时，定位船将根据水流方向朝逆水流方向进行一定调整，并根据潮位表中当前的流速进行以及水深计算调整距离，以确保抛砂位置准确。
（4）二次溢流
砂驳到施工现场后，由吹砂船向开底驳进行转驳时，尽量延长溢流时间，由于沙粒重量的原因，小颗粒以及泥粒会通过溢流流掉，这样做能够使开底驳中的砂质提高，以满足设计要求。
（5）定量抛填
根据施工要求，项目部收集了参建开底驳的船舶外形尺寸数据，并根据船舶外形尺寸，以及船舱仓容、尺寸设计抛填小区块的大小，根据工前测量水深计算出每一区块的抛填量，再通过仓容量计算每个区块需要的抛填次数，在对小区块进行抛填时，按照计算出的量抛填，严格控制抛填量，有效的控制抛填标高。
四、施工效果
通过上述手段进行控制后，施工效果得到明显改善。从等深线变化来看，15m、20m、25m及28m等深线范围明显缩小，特别是28m等深线范围缩小显著，东西向等深线范围明显比南北向等深线范围缩小强烈，说明2#联络堤施工至+1.0m后，沿大小乌龟之间的潮流对深潭区影响减小，而主要受东西向涨落潮流的影响。在通过测量手段得出上述结论后，我部又通过日常施工参数的积累不断按照上述办法进行施工船位的调整，并加强日常检测手段，以提高工程施工效果。
同时通过潜水探摸取样试验分析等深线边缘位置砂质颗粒情况，结合水深测量等深线变化分析，导致等深线变化的原因是由于抛填砂抛填或是存在回淤、冲刷流失等情况。这样的方法能够较为准确的掌握抛填施工的质量情况，为下一步施工进行积累施工参数。
深潭抛砂共完成抛填方量170.7万m3，送样数量为357组，经过检测样品全部合格。抛填结束后，经过工后水深测量及计算，有效方量155.88万m3，约占总方量的91.3%，测图显示抛填较为平整，抛填范
围和高程也符合设计要求。
五、结论
通过对确定中值粒径砂的起动流速测算和进行施工现场水流情况观察，进行对比得出结论，在涨潮流和落潮流较为湍急的时段不适合进行抛填施工，为了保证施工效率及工程质量，施工应考虑全部安排在缓流时段进行。
但在这种情况下，砂的流失还是不可避免的，但可以通过对砂起动流速计算、施工中对水流条件的了解，设备和工艺的改变来提高工程施工工效和施工质量。
综上所述，深潭抛砂施工过程中，对抛砂位置的控制及施工过程中的监测是整个抛砂施工成本、质量控制的关键。对抛砂位置进行调整的主要依据来自于水深监测和潜水探摸取样情况，但上述两种控制手段从严格意义上来讲属于事后检测手段。所以，为了能够对施工有较为准确、及时的监控，上述手段的监测频率应该尽量高，监测范围应该尽量大，取样点数尽量多。越多的收集基础数据，就越有利于对施工情况作出准确判断，也就越有利于科学的控制施工质量和成本。
参考文献
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（上接第183页）
（2）本工程游艇码头均为丁靠；若采用顺靠的停泊方式，船舶在靠泊系缆状态下，浮桥所受的波浪力应考虑靠泊船体的遮帘效应。
（3）定位桩内力计算过程中，抗弯截面模量应按空心截面计算；实际施工时，桩内宜充填混凝土或黄
沙以进一步增加结构的刚度。
参考文献
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[5]《海港工程设计手册（中册） 》（人民交通出版社）[S]．
[6]《斜坡码头及浮码头设计规范》（JTJ 294-1998）[S]．
[7]《游艇码头设计规范》（JTS 165-7-2014）[S]．
[8]《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012）[S]．
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