２０１１年７月 水运工程 Ｐｏｒｔ＆Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕ１．２０１１ Ｎｏ．７ Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．４５５ 第７期总第４５５期 ■ 大连中远船务３０万吨浮船坞工程 设计特点与创新 仝成才，刘 冲，郑 兴 （大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁大连１１６０２３） 摘要：大连中远船务３Ｏ万ｔ浮船坞工程位于大连中远船务厂区内，建设３Ｏ万吨级浮船坞一座、３Ｏ万吨级修船码头一座 和防波堤。总平面布置解决了与相邻企业港口有限水域、岸线的合理利用以及防波堤的合理轴线及长度的优化问题。修船码 头采用了施工经验丰富的沉箱重力式结构。防波堤采用开孔削角沉箱直立堤的创新结构，具有消浪效果好、越浪量小、结构 受力好等优点。浮船坞锚碇首次采用嵌岩灌注桩锚桩结构，内力计算采用地基土抗力系数为常数的张氏法。 关键词：浮船坞；防波堤；削角；锚桩；嵌岩灌注桩 中图分类号：Ｕ ６７３．３３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—４９７２（２０１ １）０７—００６６—０５ Ｄｅｓｉｇｎ ｆｅａｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ３００ ０００ ＤＷＴ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｏｃｋ ｆｏｒ Ｄａｌｉａｎ ＣｏＳＣｏ ｓｈｉｐｙａｒｄ ＴＯＮＧ Ｃｈｅｎｇ—ｃａｉ，ＬＩＵ Ｃｈｏｎｇ，ＺＨＥＮＧ Ｘｉｎｇ （Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｄａｌｉａｎ １ １６０２３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ３００ ０００ ＤＷＴ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｏｃｋ ｐｒｏｊｅｃｔ ｏｆ Ｄａｌｉａｎ ＣＯＳＣＯ Ｓｈｉｐｙａｒｄ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｏｕｔｈ—ｅａｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｏ ｂｕｉｌｄ ａ ３００ ０００ ＤＷＴ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｏｃｋ，ａ ３００ ０００ ＤＷＴ ｓｈｉｐ－ｒｅｐａｉｒｉｎｇ ｐｉｅｒ ａｎｄ ａ ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ．ｒＩ＇ｈｅ ｇｅｎｅｒａｌ ｌａｙｏｕｔ ｐｌａｎ ｈａｓ ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｗａｔｅｒ ａｒｅａ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｔｈｅｒ ｃｏｍｐａｎｙ’Ｓ ｈａｒｂｏｒｓ，ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒ ｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏａｓｔｌｉｎｅ，ｔｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｘｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｔｓ ｌｅｎｇｔｈ．，Ｉ’ｈｅ ｐｉｅｒ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｃａｉｓｓｏｎ ｇｒａｖｉｔｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ ｒｉｃｈ ｃｏｎｓｔｕｃｔｒｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ．ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ ａｄｏｐｔｓ ｔｈｅ ｉｎｎｏｖａｔｅｄ ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ ｃａｉｓｓｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｒｅｓｉｓｔ ｔｈｅ ｓｅａ ｗａｖｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｓｔｒｅｓｓｅｄ．Ｒｏｃｋ—ｓｏｃｋｅｔｅｄ ｐｉｌｅｓ ａｒｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｔｉｍｅ ａｓ ｔｈｅ ａｎｃｈｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｏｃｋ，ａｎｄ ｔｈｅ“Ｚｈａｎｇ ｍｅｔｈｏｄ”ｉｓ ｃｈｏｓｅｎ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｏｒｃｅｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａ ｃｏｎｓｔａｎｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｌｏａｔｉｎｇ ｄｏｃｋ；ｂｒｅａｋｗａｔｅｒ；ｐｅｒｆｏｒａｔｅｄ；ａｎｃｈｏｒ ｐｉｌｅ；ｒｏｃｋ—ｓｏｃｋｅｄ ｐｉｌｅ １工程概况 大连中远船务位于辽宁省大连市大连湾内北 南侧。设计内容包括３０万ｔ浮船坞一座、３０万吨 浮船坞沉坞坑一座、３０万吨级修船泊位一座、东 侧，是中远船务工程集团有限公司下属公司之一， 中远船务利用国家振兴东北老工业基地的优惠政 西防波堤、工作平台及栈桥、陆域形成，泊位修 船工艺设施，给排水、消防、动力、供电照明、 策和发展环境，２００４年在大连中远船务投资建设 ３０万ｔ浮船坞及相关配套设施，为中远修船产业 发展战略目标的实现迈出关键一步。 通讯、自控、导航等配套工程。其中浮船坞平面 尺寸为长３４０ ｍ、宽７６ ｍ，沉坞坑平面尺寸为长 ３３２ ｍ、宽８８ ｍ，３０万吨级修船泊位泊位靠泊作业 段长３３５ ｍ，泊位长３９４ ｍ，东防波堤长３６７．０２ ｍ， ３０万ｔ浮船坞项目位于大连中远船务厂区东 收稿日期：２０１０一叭一Ｏ５ 作者简介：仝成才（１９７６一），男，高级工程师，从事港口工程设计。 第７期 仝成才，等：大连中远船务３０万吨浮船坞工程设计特点与创新 ・６７・ 西防波堤长３９８．９４ ｍ。 ３Ｏ万ｔ修船码头采用沉箱重力式结构，码头 面顶高程５．５ ｍ，前沿底高程一１０．０ ｍ。防波堤采用 削角开孔消浪式直立堤结构，胸墙顶高程９．０ ｍ。 浮船坞锚碇采用０．８ ｒｎ直径嵌岩灌注桩结构。 本工程于２００７年５月正式投入使用，自运 营以来，生产运行情况良好，为大连中远船务工 程有限公司成为我国最大的修船基地提供了有力 保证，已在３Ｏ万吨浮船坞及修船码头上修理改 装３０万ｔ船舶１０艘，修理其它船舶约６Ｏ艘，实 现产值约２０亿元，为大连中远船务创造了良好 的经济效益。 ２自然条件 ２．１设计水位 设计高水位：４．００ ｍ； 设计低水位：０．４５ ｍ； 极端高水位：５．１０ ｍ； 极端低水位：一１．１５ ｍ。 ２．２波浪 对外海波浪，因该工程在大连湾内，湾口朝 向东南，左右均有岬角掩护，中间又有大小山岛 掩护，因此，对工程影响较大的波浪为ＥＳＥ、ＳＥ、 ＳＳＥ向，来浪范围约４０。。在该范围波浪出现频率 约６０％；尽管偏Ｓ向风频率较大，但均为浅水小 风区，不会经常出现大浪。本海区有长期海浪观 测站一大连老虎滩海洋站。通过外海波浪推算并 参考辽渔现有防波堤处的波浪数值，确定出拟建 防波堤处（一７ ｒｎ）的设计波要素，据此确定防波 堤的布置及码头处的设计波浪。 ２．３工程地质 ３０万吨级修船码头处土层大致为淤泥、粉质 黏土、全风化灰岩、中风化灰岩、强风化泥灰岩、 强风化辉绿岩，强风化岩面顶高程一８．９ ｍ～１４．０ ｍ， 强风化岩承载力为３５０ ｋＰａ。 防波堤及３０万ｔ浮船坞处土层大致为淤泥、粉 质黏土、中风化灰岩，粉质黏土层顶高程在一１３ ｍ 左右，承载力为２２０ ｋＰａ，中风化岩面顶高程 在一１４．０—２０．７ ｍ之间，岩面变化较大，中风化 岩承载力为１ ５００ ｋＰａ。 ３总平面布置合理 ３．１浮船坞位置的选择 工程在大连中远船务仅剩一处的水域内进行 布置，并且水域的东侧为辽渔集团的码头水域， 因此选择浮船坞的位置需要充分考虑大连中远船 务发展的需要，同时还解决与相邻企业港口 有限水域合理利用的问题。 从节省投资及企业发展等考虑进行了多方案 的比选，最终选择将浮船坞设在南防波堤外侧水 域，参考现有１５万吨级船坞的使用情况，并尽量 少占水域，确定３Ｏ万吨浮船坞轴线方位为３５。～ ２１５。。考虑修船码头的布置，以及船舶靠离作业 方便，浮船坞北端距已建南防波堤拐点为２７ ｍ， 距南防波堤最近距离为２３ ｍ。在浮船坞北侧、已 建东防波堤外侧水域布置３０万吨级修船泊位，考 虑修船工艺要求，由已建东防波堤向东侧加宽至 ６Ｏ ｍ，码头轴线方位为０ｏ＿１８０。。这样布置，在共 用而有限的水域内，通过对原有防波堤进行合理 拆迁和合理布置，解决了与相邻企业港口有 限水域、岸线的合理利用。有利于资源的有效利 用，有利于形成成片码头，符合大连市港口总体 规划，使各方达到共赢。见图１。 ３．２防波堤的布置 防波堤的布置既要满足码头及浮船坞的波稳 要求，还要考虑不影响辽渔航道的使用，同时还 应满足投资最省的要求。 由于外海ＥＳ向浪为主浪向，同时考虑将来 ３０万吨级船舶的调头使用和辽渔临时航道的布置， 在浮船坞东南侧水域布置东、西两座防波堤。通 过多方案布置，确定东防波堤轴线方位为６１。～ ２４１ｏ，长为３６７．０２ ｍ；西防波堤轴线方位为６８。～ ２４８ｏ，长为３９８．９４ ｍ，经过数模试验研究，该布 置使防波堤长度最短，掩护效果最好，并且与远 期规划有力地结合在一起，为大连中远船务及辽 渔集团的快速发展提供了有力保障。 ４结构方案 ４．１修船码头结构合理 对３０万ｔ修船码头，从该处揭露的地质条件 看，该区岩面较高，部分需要炸礁，作为持力层的 ・６８・ 水运工程 ２０１１皇 图１ ３０万吨浮船坞工程平面布置 强风化岩的容许承载力达３５０ ｋＰａ。从结构特点上 看，重力式沉箱结构整体性好、耐久性强、使用期 速度快。因此码头选取重力式沉箱结构从自然条件 上、技术上、经济上是比较合理的。作为全国最大 间不需要大量维护；另外，大连地区的施工队伍对 重力式沉箱结构有丰富的施工经验，技术力量雄 的修船码头，码头的快速建成，为大连中远船务打 开了３０万ｔ船舶修理的市场，为企业创造了巨大 的经济和社会效益。图２为该修船码头剖面。 厚，港址附近又有沉箱预制场，施工条件好，施工 图２ ３０万ｔ修船码头剖面 ４．２防波堤结构有所创新 对防波堤结构，该处原泥面高程为一７．０ ｔｎ左 右，表层淤泥厚５．８—８．２ ｍ。一般情况下，斜坡堤 在工程投资上具有一定的优势，但考虑到大连中 第７期 仝成才，等：大连中远船务３Ｏ万吨浮船坞工程设计特点与创新 ．６９． 远船务码头紧缺且岸线不多的实际情况，防波堤 尽量设计为直立堤结构，内侧可以兼做码头，以 挡浪墙上设有卸压孔，该结构在规范中没有明确 的计算方法。 波浪物模实验结果表明，该结构具 解决厂区内码头不足的矛盾。经过多方案比选及 结构优化，采用削角开孔消浪式直立防波堤，防 波堤基础挖至粉质黏土。本结构较常规方案结构 有消浪效果好、越浪量小、结构受力好等优点， 结构断面较常规断面小，能够满足内侧兼做码头 的使用要求。 另外，通过对沉箱内抛石施工工艺的调查 断面小，堤顶高程仅取０．７Ｈ。 左右，且设计高水 位越浪量仅０．０ ０９２ ｍ３／（ｍ・ｓ）【４Ｊ，解决了直立堤投 发现，现在沉箱多采用方驳上设反铲抛石的工 资较高及越浪量大等问题，造价是斜坡堤结构的 艺，该工艺对施工水位的要求不高，故本次设 ９０％左右，为建设单位增加了宝贵的码头岸线。 计考虑到该施工工艺，以提高沉箱顶高程，这 现大连中远船务已经把防波堤改造为码头，使用 样可以减少胸墙混凝土的现浇量，加快施工进 效果较好，得到了建设单位的认可。 度。经过与施工单位的反复探讨，沉箱顶高程 削角开孔消浪式直立防波堤工程有过先例， 确定在设计高水位，这样可以保证施工进度的 但开孔的形式常规多为横条孑Ｌ，本次设计打破常 要求，并且减少了混凝土现浇量，节省了投资。 规采用竖向大开孑Ｌ，且沉箱上部设削角挡浪墙， 见图３～６。 口口 口口 口口 口口 ， － Ｌ 图３沉箱开孔布置 图４沉箱内填石工艺 渡 堤 现浇铜筋混凝上胸墙 ！卜＼ ７＋４．０ 盯哥计赢戒特＋４（】０ Ｉ ｌｌｃ ＇ 厂＿］ ｗ＋００ １０．１００ｋｇ块１ ：设计低 位ｍ”０ ｌ ｌ １０－ｌＯ０ｋｇ块石 ！！｝ 蛾 ≯ ｌ １．Ｚ２６ ：砷 １０＂－１００ ｋｇ￣； 一一 一銎 １ ～ ４ ０００ ２ ０００．Ｊ毗 ００ ４ ３ｌ７ ３００ ４ ３ｌ６ ３∞４ ３ｌ７ Ｌ， ２ ０００ ｌ３ ０ｏ０ Ｖ－９ｍ ７ ００ ｊ ．Ｖ，－９，．５ｙ ｊｆ 口一ｔ ３￣＠－４００ｋｇ蜘 护底、＼ ＼ －ｏｏ啪＼ … 一一～…一 一＼ 二＼ ｜／ 。／， －Ｉｊ，ｊ 刍 ＝ｌ ２ 一／ 说明：－１６．１３ １圈中高程以 计．尺 Ｉ ５ ７００ Ｌ １５ ５００ Ｉ５ ７００ Ｉ ．２高程从大连筑港零 图５防波堤剖面 ・７０・ 水运工程 ０．８ ｍ，满足了经济实用的要求。 锚桩部分于２００５年９月竣工后，紧接着３０万 吨浮船坞用该锚桩进行锚固，经过２００５年及２００６ 年２次台风的考验证明，该结构能够满足使用要 图６防波堤整体效果 ４．３ ３０万ｔ浮船坞锚碇锚桩结构首次采用 目前我国内地投产的ｌ５万吨级以上大型浮船 坞不多，而大型浮船坞锚碇结构设计的实例就更 不多，针对本工程的地质条件，锚碇采用嵌岩灌 注桩结构，通过方案对比，该结构具有造价低、 不占空间、工期短等优点。 结构设计时，考虑到该灌注桩同时承受较大 的水平力和上拔力，结构的构造及内力计算方法 选择的正确与否，直接影响到该锚碇结构的可行 性。通过对该处地质情况的详细分析，发现本处 中风化岩埋深都不是太深，如果把桩全部嵌入中 风化岩内，但该处岩性变化比较大，岩石的饱和 单轴抗压强度在６～２１ ＭＰａ，且为断裂带分布区， 是否可以按嵌岩灌注桩进行结构设计，对此情况 没有依据可查，经过详细论证并查阅相关文献， 本设计大胆采用将灌注桩全部嵌人中风化岩内， 突破港口工程桩基规范，根据岩石地基的地基系 数随岩面的埋深变化不大，且桩嵌人岩石部分变 位较小的特点，桩的内力计算采用港口桩基规范 未列而在建筑规范上采用的地基抗力系数为常数 的线弹性地基反力法——张氏法，也就是地基土 水平抗力系数为与深度无关的常数，又名常数法， 根据该计算方法，在锚桩受力为２．０４ ＭＮ水平力 加上０．１５ ＭＮ上拔力的荷载情况下，锚桩直径仅 求。 ５结论 大连中远船务３０万ｔ浮船务工程采用削角开 孑Ｌ消浪式直立防波堤，为内侧兼做码头提供了有 力保障，也是对常规开孔沉箱开横向孔的创新， 本结构不但节省了大量投资，也为防波堤结构设 计提供了新的思路和方法。 大型浮船坞采用灌注桩锚桩技术是属国内首 创的技术，结构计算采用张氏法，该技术为国内 首创，解决了大型浮船坞锚碇结构设计问题，丰 富了水工结构内容，可为其它类似工程的设计参 考 参考文献： 【１】大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司．中远船 务集团大连中远船务工程有限公司３０万吨浮船坞工程 初步设计文件［Ｒ】．大连：大连理工大学土木建筑设计研 究院有限公司，２００４． ［２】大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司．大连中 远船务３０万吨浮船坞工程施工图设计文件【Ｒ】．大连：大 连理工大学土木建筑设计研究院有限公司。２００４． ［３】大连理丁大学海岸和近海工程国家重点实验室．中远 船务集团大连中远船务工程有限公司３Ｏ万吨浮船坞工 程数模试验研究报告［ｈｉ．大连：大连理工大学海岸和近 海工程国家重点实验室，２００４． ｆ４１大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室．大 连中远３０万吨浮船坞防波堤工程波浪物模实验研究 报告【Ｒ】．大连：大连理工大学海岸和近海工程国家重点 实验室，２００４． （本文编辑郭雪珍）
