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集装箱堆场面层结构比选

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集装箱堆场面层结构比选

发布日期:2020-10-13 作者:ikaros 点击:

1 概述 

随着我国集装箱运输量的大幅上升,需要建 设大量的集装箱堆场来满足堆箱和中转的需求集装箱堆场与般散货或件杂货堆场不同,它承 受箱角集中荷载和流动运输荷载作用,般堆场 的标准箱堆高都在 3 层以上,流动荷载包括轮胎 式龙门吊或轨道式龙门吊正面吊运机铲车和 集装箱拖挂车等,对承载力和不均匀沉降的要求 较高,因此选用何种面层结构,以及相应的基层 结构,将直接影响到堆场施工工艺使用效果和 经济性等当前国内集装箱堆场最常用的面层结构形式 2 种:现浇混凝土面层和高强联锁块面层,面 层结构的选用主要考虑堆场工艺荷载地基和基 础条件使用的可靠性和经济造价等方面因素现浇混凝土面层是以往最常用的结构,结构设计 和计算理论严谨可靠,施工条件成熟,使用经验 丰富;联锁块结构形式比较复杂,以前大多用于 广场人行道和其它生产生活休闲区,自开发 高强联锁块结构后,其性能也完全满足集装箱重 箱堆场的使用要求,因此被逐步推广使用,但相 对于混凝土面层结构,国内外对联锁块结构的研 究深度仍有欠缺,除此以外,不同地域的使用习 惯也是选用面层结构的重要因素。 

2 使用经验及可靠性 

现浇混凝土面层的使用历史较长,国内的港口上海港,以及北方的天津港大连港等仍 然大量沿用这种传统的面层结构,但是随着 20 90 年代我国南方集装箱吞吐量和运输量的急剧增长,在积极吸取国外集装箱堆场建设和使用经 验的基础上,高强联锁块面层结构得到了广泛的 推广和使用,我国南方有深圳盐田港二三期工 赤湾港蛇口港和华南物流中心等,华东地 区有南京龙潭集装箱港南通港张家港和太仓 中远国际城等长江中下游的重要集装箱枢纽港, 已经或正在采用联锁块面层结构,从此趋势发展 看,高强联锁块结构正在逐渐取代传统的现浇混 凝土面层,成为种新颖成熟可靠的面层结 构形式集装箱场地分为堆箱区和流动机械行驶区, 根据各个分区使用荷载的不同,相应的面层和基 层结构厚度也各不相同对于现浇混凝土面层, 般需设置集装箱箱角基础和龙门吊作业条形基 础,均采用钢筋混凝土结构形式,以适应上部较 重荷载的受力要求,其它区域考虑荷载较小的流 动机械作业,如集装箱拖挂车等,可采用现浇混 凝土大板结构,这样的设置使整个场区结构分区 合理,具有较高的安全可靠性对于高强联锁块 面层,既可采用上述分区铺设不同厚度面层结构 的工艺,也可采用满堂铺设法,即采用统厚度 和形式的基面层结构,后者虽然造价稍高,但更 有利于集装箱场地的灵活布置,而且施工简便快 捷,集装箱场地的周边道路仍可采用现浇混凝土 面层,这是考虑到道路主要供流动机械行走,但 在盐田港等港口,由于采用了更先进合理的施工 方法和工艺,道路和堆场可以采用同样的联锁块 结构,使整个场区显得统完整从使用情况看, 高强联锁块和混凝土面板结构样,耐久性好, 结构强度高,适合于承受反复荷载的作用。 

3 结构设计理论 

3.1 计算内容 采用现浇混凝土面层结构,主要对钢筋混凝 土条形基础,包括箱角基础轮胎式或轨道式跑 道基础进行计算,箱角填档区基本不受荷载作用, 可设置较薄的面层或其它简易面层,集装箱运输 通道主要为流动荷载作用,面基层厚度根据荷载 等级计算确定采用高强联锁块面层结构,集装 箱堆放区和其它区域既可以采用统的面基层, 也可将集装箱箱角处和其它区域的面基层分开处 理,前者各个区域专业适应性强,后者可以适当 节省工程投资,联锁块厚度般取 8 cm10 cm 12 cm,以下铺设 35 cm 的中粗砂垫层,其下 为稳定基层结构。 

3.2 结构设计 

3.2.1 混凝土面层结构 混凝土面层设计应根据交通等级荷载应力温度应力和材料特性等计算平面尺寸的划块和板 厚等参数,还应确定各种位置的接缝接缝材料 的选定以及拉杆传力杆的尺寸和间距等,另外, 应根据荷载应力和基层顶面的回填模量等选用合 适的基垫层材料和尺寸,整套结构处理比较繁琐混凝土面层的弹性模量及力学强度大大高于基层 和土基相应的模量和强度,同时,混凝土的抗弯 拉强度远小于抗压强度,约为 1/61/7,因此,混 凝土板尺寸的强度指标是抗弯拉应力又由于混 凝土板与基层土基之间的摩阻力般不大,所以 在力学模型上可以把混凝土面层结构视为弹性地 基板[1]弹性地基板小挠度分析有 2 种基本理论,种是克希霍夫(Kirchhoff)理论,忽略了板中横向 剪应力对变形的影响,适用于薄板;种是明特 林(Mindlin)理论,考虑了横向剪应力对变形的影 响,适用于中厚板由于混凝土面层受荷后主要 是弯拉应力 (或弯矩)控制设计,弯沉不作为设计 控制值,般可根据有限元分析成果,绘制不同 荷载不同工况下混凝土板主要剖面上的弯矩和 弯拉应力分布图,从而进行面层结构设计。 

3.2.2 高强联锁块结构 高强联锁块结构比较复杂,联锁块间距以 23 mm 为宜,用砂粒填充,防止各个块体的移动, 使块体间发挥咬合作用般联锁块的结构如图

image.png

般的多面层结构,按分层的 EU 值的轴 对称有限元处理,而对于联锁块结构,将其简化 为具有接缝元垫砂元的轴对称处理,主要假定 如下[2]

1)块体与其余层均用 EU 表征其力学特性;

2)接缝单元横向传递挤压力,竖向传递剪力; 

3)垫砂元考虑为个没有厚度的层次按照已有的工程设计和使用经验,块体厚度 与荷载相适应,荷载作用次数多,宜选用厚度大 的块体,最小厚度不宜小于 8 cm,基层厚度根据 基层类型基层以下回填模量和荷载情况确定[3]。 

4 施工工艺 

现浇混凝土面层结构的施工工艺较繁,混凝 土为机械搅拌,采用自卸汽车运输至现场,混凝 土的摊铺振捣养护均应严格按照规范要求进 行,接缝的位置和施工方法应按接缝设计要求确 定,每日摊铺的混凝土应做抗压弯拉和劈裂抗 拉强度试验,混凝土面层在冬季和夏季施工时还 应有相应的覆盖措施高强联锁块面层采用预制 块体,预制块应满足抗压强度抗冻性厚度边长等设计要求,联锁块直接运送至现场进行铺 设,采取分区分段铺筑法,施工工艺和质量控制 相对简便对于集装箱堆场,如果采用混凝土面层结构, 由于箱角基础填档区和集装箱运输通道的基面 层形式和结构层厚度各不相同,各使用区域结构 层的衔接比较复杂,施工难度较大,施工进度相 应较慢如果采用高强联锁块面层结构,按照目 前常用的满堂式铺设工艺,采用统的基垫层结 构和厚度,可以大大地简化施工工艺,加快施工 进度。 

5 使用效果 

现浇混凝土面层具有较高的抗压强度抗弯 强度抗磨耗能力,有较好的水稳性热稳性和 耐久性,能承受频繁交通,但对地基不均匀沉降 适应性较差,旦发生不均匀沉降,面层会出现 开裂现象,在使用过程中养护费用少,但发生破 坏后修复困难,因此,如果采用混凝土面层,对 地基和基础处理的要求较高,地基在使用期的残 余沉降量应控制在 30 cm 以内高强混凝土联锁块的主要特点是对地基不均 匀沉降适应性强,在使用过程中易于维修,地基 在使用期的残余沉降量可控制在 50 cm 以内外,根据近几年国内外集装箱流量的数据分析, 很多集装箱港和专用堆场的实际堆存量都超过了 设计负荷要求,如果采用混凝土面板结构,很难 对其原有配置的结构强度厚度等进行调整,在临 时超负荷作用下产生的破损也较难修复,而联锁 块结构易拆除更换,适应堆载工艺的变化,即使 产生压裂等现象,也可以迅速维修或更换,保证 生产的正常进行对比国内几个典型港区道路堆场面层使用效 果分析,上海的些老港区以及新建的外高桥等 港区的堆场道路均采用了现浇混凝土面层结构, 这些港区的地质条件均较好,混凝土结构的使用 效果比较理想,但在些地质条件较差的港区, 混凝土面层在使用了几年后即出现凹曲破损等 现象,由于使用期残余沉降较大,局部的堆场面 层标高低于排水或电缆沟等构筑物的标高,且无 法很好修复,暴露出混凝土面层结构的缺陷些工程中采用了高强联锁块的面层形式,在地 质较差使用荷载较大的情况下,联锁块采用满 堂式布置,使用至今无论堆场表面平整性块体 耐久性等指标均正常,期间由于集装箱量的增大, 使联锁块的负重有所增加,虽然造成局部箱角处 块体的破裂,但及时予以更换维修,体现了联锁 块结构的诸多优点。 

6 经济比较 

1 为典型集装箱堆场工程选用面层结构的 造价比较。 

image.png

式相类似,但国内工程往往用网壳自身结构作为 脚手架,远不如本方案安全和便利因此国内安 装队伍对方案的工法较熟悉这样工程的安全 控制进度控制均较好,而且方案充分利用了 现场已有轨道,节省了额外的基础投资方案二三需要大起重量的起重作业,对作 业条件和操作者的要求高,工程风险相对较大而且大片网架构件吊装和卸载过程产生的空间变 形和额外安装应力在现场安装过程中处理难度很 方案三全过程构件在空中处于起吊状态,这 就要求对现场自然条件生产隔离措施设备状 操作者经验和工作状态等严格掌控,现场风 险程度较高另外,针对方案二三,设计时需 额外考虑较大的吊装荷载,结构本身需要额外加 强,这样成本会有相应增加通过上述各方案在安全保障和施工难度进度控制的比较,在最终设计方案选定时建 议使用可移动脚手架方案作为施工方案并以 此作为结构设计的设计条件本工程目前正处于施工准备阶段,现场施工 组织设计按照推荐方案进行

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