內(nèi)河大水位差碼頭結(jié)構(gòu)形式發(fā)展趨勢與應(yīng)用

傅文通

我國西南地區(qū)河流眾多,雨量充沛,水資源豐富,但多屬山區(qū)河流。山區(qū)河流隨著季節(jié)的變化,沿岸碼頭水位落差很大,如長江上游港口碼頭的水位差一般為16 m～30 m,個別港口甚至達(dá)到50 m。早在20世紀(jì)60年代,我國在川江、西江就提出了大水位差碼頭結(jié)構(gòu)形式和裝卸工藝研究問題。對于這些大水位差港口,考慮到其港區(qū)地質(zhì)、地形、水文、投資等條件的限制,大多采用了斜坡式碼頭形式。傳統(tǒng)斜坡式集裝箱碼頭的裝卸工藝和裝卸設(shè)備已顯露出不能適應(yīng)迅速增長的集裝箱運(yùn)量的需要。因此,急需研究開發(fā)經(jīng)濟(jì)實用、高效先進(jìn)、適合于西部內(nèi)河大水位差港口的碼頭結(jié)構(gòu)形式。

1 山區(qū)河流碼頭形式簡介

山區(qū)河流常用的碼頭形式有直立式碼頭、斜坡式碼頭和浮式碼頭等。直立式碼頭具有機(jī)械化程度高、吞吐量大、工人勞動強(qiáng)度低的優(yōu)點。為保證枯水季節(jié)船舶能正?？坎醋鳂I(yè),碼頭需建在枯水岸邊,這使得碼頭靠近江心,對洪水季節(jié)河道的泄洪有一定的影響;另外,由于水位變幅大,建造過高的直立式碼頭可能導(dǎo)致垂直視距過大,工人看不清現(xiàn)場裝卸情況,既影響裝卸效率,又增加了安全隱患。斜坡式碼頭能較好地解決水位變幅大的問題,但斜坡式碼頭的移泊作業(yè)麻煩,特別是在洪水季節(jié),水位漲落迅猛,一天要移泊好幾次,甚至由于移泊不及時還可能造成擱淺。浮碼頭也能較好地解決水位差問題,但其裝卸作業(yè)均在躉船上進(jìn)行,受場地的限制和風(fēng)浪的影響比較大,而且躉船與岸之間是通過引橋聯(lián)系,通過能力有限。

2 山區(qū)河流碼頭形式的發(fā)展趨勢

在20世紀(jì)80年代以前,受經(jīng)濟(jì)條件的制約,碼頭建設(shè)資金比較缺乏,在結(jié)構(gòu)選型時往往優(yōu)先考慮采用造價相對較低的斜坡式碼頭。由于斜坡式碼頭很難滿足日益繁榮的內(nèi)河航運(yùn)需求,80年代以后,興建或改建的直立式碼頭越來越多,目前直立式碼頭比例已高于斜坡式碼頭比例。

曹周紅等[2,3]對西部山區(qū)河流碼頭形式與水位差的關(guān)系進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計后得到:當(dāng)設(shè)計高低水位差在10 m～20 m時,直立式碼頭所占比例最高,處于主導(dǎo)地位;當(dāng)設(shè)計高低水位差在20 m～30 m時,斜坡式碼頭所占比例最高,處于主導(dǎo)地位;當(dāng)設(shè)計高低水位差在30 m以上時,其他形式的碼頭幾乎沒有,斜坡式碼頭處于主導(dǎo)地位。許增澤[4]統(tǒng)計了四川省的內(nèi)河碼頭結(jié)構(gòu)形式,發(fā)現(xiàn)斜坡式碼頭約占2/3,一般為實體斜坡,少數(shù)為透空斜坡,其余為棧橋式、分級直立式、直立式和橋吊式等。方育平[5]認(rèn)為斜坡碼頭能較好適應(yīng)長江上游陸域和水域條件,斜坡碼頭在今后很長一段時期仍將在長江上游港口占主導(dǎo)地位。據(jù)吳友仁等[6]對重慶三峽庫區(qū)港口碼頭建設(shè)情況的調(diào)查統(tǒng)計,豐都港、重慶港和萬州港等碼頭結(jié)構(gòu)形式基本上為斜坡式,少數(shù)為臺階浮囤式、階梯踏步式、棧橋式和直立式等。同時指出,直立式碼頭特別是架空直立式碼頭將是長江上游、三峽庫區(qū)一帶港口碼頭結(jié)構(gòu)形式的發(fā)展趨勢。蔣江松等[7]對重慶市集裝箱碼頭的結(jié)構(gòu)形式及其經(jīng)濟(jì)特性進(jìn)行較深入的研究分析,提出了五類碼頭結(jié)構(gòu)形式,比較了各種方案的優(yōu)缺點。

隨著我國經(jīng)濟(jì)實力的增強(qiáng)和西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,西部地區(qū)內(nèi)河港口發(fā)展迅速。航道整治工作的不斷進(jìn)行和一些樞紐工程的相繼建成使得我國內(nèi)河航道的等級不斷提高(如長江5 000 t級船可直達(dá)武漢,三峽工程建成更可直達(dá)重慶),內(nèi)河航運(yùn)的任務(wù)也日益繁重。由于架空直立式碼頭能很好適應(yīng)內(nèi)河大水位差變化,裝卸效率高,通過能力大,已呈現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景,因此,筆者認(rèn)為對于大水深、高水位變幅的內(nèi)河港口,架空直立式碼頭是今后碼頭結(jié)構(gòu)形式的一個發(fā)展趨勢。

3 內(nèi)河大水位差直立式碼頭的結(jié)構(gòu)特點

無論采用何種結(jié)構(gòu)形式,內(nèi)河大水位差直立式碼頭均具有如下特點[8]:1)碼頭結(jié)構(gòu)高度大。由于山區(qū)河流洪水歷時短,多呈暴漲暴落的特性,河道通常水流湍急、水位變幅懸殊,因而導(dǎo)致碼頭結(jié)構(gòu)高度較大。2)連續(xù)或分級的系靠泊設(shè)施。由于河道水深和航行條件的限制,長江上游通行的駁船或集裝箱船通常船型尺度較小,為滿足不同水位下船舶的?？亢拖挡?碼頭結(jié)構(gòu)上需要合理布置系靠泊設(shè)施。3)樁基基礎(chǔ)。由于山區(qū)河流水流流速大、水位漲落頻繁、河床多呈沖刷趨勢,碼頭區(qū)地層通常具有覆蓋層較薄、持力層埋深較淺等特點,因而架空直立式碼頭一般采用鉆孔或挖孔嵌巖灌注樁作為碼頭基礎(chǔ)。4)碼頭結(jié)構(gòu)呈明顯的空間特征。

4 大水位差碼頭在重慶地區(qū)的應(yīng)用

1)朝天門客運(yùn)碼頭。重慶港朝天門客運(yùn)碼頭位于重慶市中心嘉陵江出口段右岸,碼頭中心線距嘉陵江與長江匯合口約600 m,碼頭設(shè)計通過能力為490萬人/年,旅客最大聚集量為6 000人,水域布置 3個 1 000 t級客輪泊位,碼頭泊位長度 255 m,占用岸線總長303 m,陸域為多功能客運(yùn)大樓和檢票大廳。碼頭設(shè)計高水位190.97 m(吳淞基準(zhǔn)面),設(shè)計低水位160.10 m,設(shè)計河底高程157.10 m,陸域坡頂須維持現(xiàn)有高程200.4 m,碼頭高差達(dá)40 m多,水位差達(dá)30.87 m,屬于大水位差碼頭[9](見圖1)。

碼頭結(jié)構(gòu)采用排架墩柱式架空斜坡道,并在斜坡纜車道結(jié)構(gòu)上采用了寬42.1 m的排架,將四對共八條軌道梁和兩對共四條踏步梁集中布置于一榀排架上,每對踏步梁組成一條寬為4 m的人行踏步道。此外為了最大程度減少水工建筑物對航道及水流流態(tài)的影響,經(jīng)論證最終選擇了19.5 m大跨度排架方案,共四跨五榀,兩個水下排架基礎(chǔ)為預(yù)安鋼筋混凝土箱形模板內(nèi)現(xiàn)澆水下混凝土墩基,其余三個為巖基上現(xiàn)澆混凝土臺形基礎(chǔ)。經(jīng)比較后首次在斜坡碼頭上采用三跨現(xiàn)澆連續(xù)箱形梁的結(jié)構(gòu)形式,梁高1.8 m,梁寬0.8 m,內(nèi)口寬0.4 m,與普通梁相比,混凝土增加較少,但側(cè)向抗彎能力大大增強(qiáng)。水下跨軌道梁和踏步梁則在岸上預(yù)制,并采用180 t大浮吊進(jìn)行水下安裝,水上三跨踏步梁為現(xiàn)澆簡支箱形梁。

2)寸灘集裝箱碼頭。寸灘集裝箱碼頭為大水位落差、高樁直立式碼頭,一期工程建有3 000 t級集裝箱泊位2個,設(shè)計年裝卸能力為28萬標(biāo)箱;建有3 000 t級汽車滾裝泊位1個,設(shè)計年裝卸能力為15萬輛。二期工程還將建3 000 t級集裝箱泊位3個,設(shè)計年裝卸能力為42萬標(biāo)箱;3 000 t級汽車滾裝泊位1個,設(shè)計年裝卸能力為15萬輛,系長江上游最大的集裝箱港區(qū)。寸灘集裝箱碼頭一期工程碼頭結(jié)構(gòu)形式為樁基梁板式,碼頭平臺長220 m,寬30 m,樁基間距6 m,排架間距6.5 m。碼頭下部結(jié)構(gòu)樁基采用嵌巖樁,上部結(jié)構(gòu)由橫梁、橫撐、縱撐及面板組成。碼頭設(shè)計高低水位差達(dá)34 m,碼頭平臺前方共設(shè)7層系靠船平臺,該結(jié)構(gòu)形式是目前所建水位差最大的架空直立式集裝箱碼頭[10](見圖2)。

3)涪陵黃旗集裝箱碼頭。黃旗集裝箱碼頭具有集裝箱運(yùn)輸、汽車滾裝運(yùn)輸和港口物流中心三大功能。規(guī)劃岸線總長1 462 m,占地面積1 322畝,建設(shè) 3 000 t級集裝箱碼頭泊位5個,滾裝碼頭1座,估計總投資10億元。碼頭設(shè)計高低水位差較大,為大水位差碼頭。

5 結(jié)語

架空直立式碼頭能很好地適應(yīng)內(nèi)河大水位變化,且具有裝卸效率高、通過能力大、應(yīng)用前景廣等諸多優(yōu)點。因此,筆者認(rèn)為對于大水深、高水位變幅的內(nèi)河港口,架空直立式碼頭是今后碼頭結(jié)構(gòu)形式的一個發(fā)展趨勢。

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