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冰冻地区码头结构型式及防冰措施

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孟繁峥

摘要：通过冰冻地区码头选址、结构型式调研、冰荷载计算公式与冰试验对比分析，提出了冰冻地区码头结构型式及具体防冰措施。

关键词：冰冻码头结构型式冰荷载防冰措施

我国北方冰冻地区受冰凌影响，在码头选址、码头结构及使用条件等与南方水系有较大不同，在港址选择时就应避开流冰顶冲点等冰凌危害严重的河段，码头结构也应充分考虑冰荷载的影响。

冰冻地区码头选址及结构型式分析

内河冰冻港口在我国主要集中在黑龙江、吉林两省，本次研究共调研11个码头，分别是位于黑龙江省内的哈尔滨港、佳木斯港、同江港、黑河港、嘉荫港、抚远港和吉林省内的大安港、延边港、丰满港、苇沙河港、五棵树港。

1、冰冻地区港口选址分析

表1为本次研究调研港口位置及所处河段类型统计表，所调研8个港口港前水域宽阔，河床及河岸较为稳定，从表中可以看出，其中5个港址位于弯曲河段凹岸，仅嘉荫港位于凸岸弯顶上游。由此可以看出，冰冻地区建港港址也易选择在弯曲河段凹岸弯顶下段或顺直河段稳定深槽下段。

2、码头结构型式及冰破坏分析

冰冻地区码头所受荷载除了土压力、堆货荷载、自重以及机械荷载、船舶等荷载之外，还存在着重要的冰荷载问题，表2为本次调研码头型式汇总，在所调研的81个泊位中，63个采用重力式结构型式，占总数的78%，不难看出，重力式码头结构在冰冻地区使用的普遍性和适应性。

本次调研所涉及的重力式码头结构型式包括了实心方块结构、空心方块结构、钢沉筒结构及浆砌块石结构等。实地调研发现：钢沉筒码头基础受水流的冲刷、船舶撞击，特别是流冰撞击后，钢板变形严重，码头基础造成安全隐患；空心方块码头受冰排撞击，出现了不同程度的损坏，有面层被破坏而钢筋裸露的现象；浆砌石块石码头也出现了不同程度损坏现象；实心方块码头使用效果普遍较好，抗冰排撞击表现不俗。

3、小结

通过对我国北方冰冻地区主要内河港选址、港区地质条件、码头结构类型以及冰对港口水工建筑物的破坏等方面调研可以看出：①冰冻地区建港港址也易选择在弯曲河段凹岸弯顶下段或顺直河段稳定深槽下段；②码头平面布置型式以顺岸式为主，在地基承载力允许情况下，重力式码头结构在冰冻地区具有普遍性和适应性；③根据对不同重力式码头结构型式受冰凌破坏的对比分析，实心方块码头使用效果较好，抗冰排撞击表现不俗；④钢板桩码头结构施工速度快，可以适应不同水位的施工要求，但工程造价及维护成本过高，且码头的使用寿命较重力式码头低很多。

防冰措施研究

冰与结构物相互作用的机理是复杂的，但就冰排受力破坏的两种典型形式即挤压破坏和弯曲破坏而言，挤压破坏时的冰力一般是弯曲破坏时冰力的数倍，因此通常采用挤压破坏作为结构设计的控制荷载。

1、冰荷载的计算

1.1 冰荷载计算公式的选取

1.2 不同码头迎冰面冰荷载计算

本次研究采用苏冰公式计算了冰厚度0.68m时对码头迎冰面的冰荷载（表5），从表中可以看出，矩形直立面结构每延米承受水平冰荷载约1705 KN，45°斜面每延米承受水平冰荷载为91KN，60°斜面每延米承受水平冰荷载为158KN。45°斜面所承受冰荷载不足直立面的1/10，而当抗冰结构斜面的倾角超过60°时，冰排的破碎有挤压成分，此时，冰的破坏为混和式破坏，水平冰力较单纯的弯曲破坏时大。

2、防冰措施

根据冰冻地区港口防冰情况调查及不同结构型式冰荷载计算结果，总结冰冻地区码头主要防冰措施如下：①码头选址时进行流冰期现场观测，以避开流冰顶冲点及流冰堆积严重区域；②码头设计时，应充分考虑作用在建筑物上的极限冰压力，用极限冰压力对建筑物进行结构设计；③在不影响码头正常使用的情况下，对迎冰的水工结构物设计时应考虑避免冰的纯挤压破坏形式，采用斜面型式，斜面倾角不超过60°，并且尽量缩小受冰作用的迎冰面宽度；④由于冰荷载对建筑物的磨损比较大，故在冰荷载作用范围内（流冰期设计高水位以上0.5m到设计低水位以下1.0m）提高构件的耐磨性能，通常采用提高构件的混凝土标号和抗冻标号，在构件表面镶嵌花岗岩或外包钢板等措施；⑤码头施工过程中，如果能现场浇注混凝土则尽量选择现场浇注；如果采取预制块体，则在安装就位能力允许的前提下，尽量增大块体的体积，加强整体性，提高混凝土构件的抗冰能力。

参考文献：

[1] 刘益民.黑龙江水系重力式码头结构优化与研究[D].哈尔滨工程大学工学硕士学位论文.2010.

[2] 邹伟宏.东北地区内陆港选址规划研究[D].大连海事大学硕士学位论文.2009.

[3] 王雪琴.流冰期冰强度取值分析及基于未确知信息的冰荷载研究[D].合肥工业大学硕士学位论文.2012.

[4] 李晨光.作用在板桩墙上冰力的模型试验与分析[D].天津大学硕士学位论文.2008.

[5] 汪震宇.斜坡结构冰载荷的有限元分析和试验研究[D].天津大学硕士学位论文.2005.

（作者单位：吉林省航道管理局）

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