某大件作業(yè)碼頭主體強(qiáng)度安全評(píng)估

劉劍

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

某大件作業(yè)碼頭主體強(qiáng)度安全評(píng)估

劉劍

（大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

中遠(yuǎn)物流擬在某碼頭進(jìn)行大件作業(yè)，為確保安全作業(yè)，須進(jìn)行相應(yīng)的碼頭主體強(qiáng)度驗(yàn)算，并進(jìn)行安全評(píng)估。

碼頭；安全；評(píng)估

一、工程概況

1、工程背景

大連中遠(yuǎn)物流有限公司擬在某碼頭進(jìn)行反應(yīng)器滾裝上船作業(yè)，為確保作業(yè)安全，對(duì)碼頭滾裝作業(yè)工況進(jìn)行安全評(píng)估。

2、擬作業(yè)碼頭的基本情況

（1）自然條件

①地理位置

本工程位于棉花島南端。棉花島是大連灣灣底突出的一個(gè)半島，三面環(huán)海，西側(cè)為甜水灣，東側(cè)與大連中遠(yuǎn)船塢有限公司船塢基地毗鄰，南向及東南向?yàn)橥夂！?/p>

②地質(zhì)

本區(qū)所處大地構(gòu)造單元為中朝淮地臺(tái)營(yíng)口-寬甸臺(tái)拱以南的復(fù)州凹陷區(qū)及金州斷裂帶以東的倒轉(zhuǎn)背斜東翼。擠壓帶及斷裂構(gòu)造較為發(fā)育，并伴有燕山期火成巖侵入體。

勘察場(chǎng)地上覆為第四系全新統(tǒng)海相淤泥，淤泥質(zhì)亞粘土及更新統(tǒng)陸相碎石、碎石混粘土、粘土；下伏基巖為震旦系中統(tǒng)甘井子組白云質(zhì)灰?guī)r夾著通灰?guī)r，以及中生代燕山期輝綠巖巖脈穿插。

本區(qū)地震烈度為7度。

③水文

a.設(shè)計(jì)潮位(以大連港筑港零點(diǎn)起算,下同)

極端高水位:5.10m

設(shè)計(jì)高水位:4.15m

設(shè)計(jì)低水位:0.60m

極端低水位:-1.15m

施工水位:2.20m

b.海流:

該區(qū)海流主要為潮流流,由于大連灣的灣口在南端，整個(gè)海灣潮流流速自灣口向?yàn)稠敵蔬f減趨勢(shì)，棉花島海域即港址處，位于大連灣北端灣頂，是潮流最弱的區(qū)域之一。漲潮流向自東南向西北，最大流速 8.2cm/s，落潮流自西北向東南，最大流速13.4cm/s，大潮期間多數(shù)流速不超過0.1節(jié)，最大流速小于0.3節(jié)。

c.波浪

擬建工程所處水域無掩護(hù),主要受SE向外海波浪影響。

④氣象

a.風(fēng)況

該地區(qū)主要受季風(fēng)影響，夏季多偏南風(fēng)，冬季多偏北風(fēng)。常風(fēng)向?yàn)镹向，強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹向及NNW向，最大風(fēng)速為34m/s。年均風(fēng)力大于等于6級(jí)風(fēng)的天數(shù)為33.73天，大于等于7級(jí)風(fēng)的天數(shù)為6.06天。

b.氣溫

年平均氣溫:10.2℃

年最高氣溫:35.3℃

年最低氣溫:-21.1℃

最低月平均氣溫:-3.33℃(一月)

最高月平均氣溫:23.54℃(八月)

c.降水

降水集中在七、八月份。

年平均降水量為658.7mm。

d.冰況

大連灣結(jié)冰期為每年1月初～3月初。結(jié)冰厚度為5～20cm,多分布在岸邊附近水域。

e.霧

年平均霧日約40天，能見度小于1公里的重霧的天數(shù)平均為24.3天，最多39天，持續(xù)時(shí)間自午夜至清晨，一般在6小時(shí)以內(nèi)。3-8月為霧季，7月份最多。

f.凍土

凍土深度為0.9m。

（2）評(píng)估條件

①主要建筑物及結(jié)構(gòu)安全等級(jí)

碼頭:Ⅱ級(jí)

②建筑物設(shè)計(jì)標(biāo)高

碼頭:碼頭面標(biāo)高5.5m,碼頭底標(biāo)高-6.5m。

③建筑物主要尺度

碼頭總長(zhǎng)136m。

④結(jié)構(gòu)方案

碼頭結(jié)構(gòu)為重力式,下部采用沉箱,上部為現(xiàn)澆混凝土胸墻結(jié)構(gòu)。

沉箱底標(biāo)高為-7.0m,下設(shè)0.5～1.0m厚拋石基床。沉箱頂標(biāo)高為2.5m。

胸墻為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。現(xiàn)澆胸墻中設(shè)有 1000×1000mm的管溝,用于鋪設(shè)給水管線及通信線路。

當(dāng)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到槍聲信號(hào)時(shí)開始監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中是否有相同頻率的載波，以此來判斷當(dāng)前信道是否空閑。當(dāng)前信道忙碌時(shí)，節(jié)點(diǎn)不發(fā)送數(shù)據(jù)并保持連續(xù)監(jiān)聽；當(dāng)前信道空閑時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)需要發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，需要合理的退避機(jī)制來規(guī)避節(jié)點(diǎn)的信道沖突。在節(jié)點(diǎn)退避周期結(jié)束之后執(zhí)行空閑信道評(píng)估（Clear Channel Assessment，CCA），如果此時(shí)節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到信道空閑則發(fā)送數(shù)據(jù)，否則節(jié)點(diǎn)進(jìn)入下一個(gè)數(shù)據(jù)收發(fā)周期。退避算法[5]的流程如圖3所示。

采用11座250KN系船柱, 105個(gè)H300×L1500D型橡膠護(hù)舷和13個(gè)φ800×127×L2000型圓筒護(hù)舷。

注:經(jīng)評(píng)估委托方現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量,原施工圖系船柱間距與現(xiàn)在系船柱間距有出入。

⑤使用說明

原使用情況：

碼頭岸線長(zhǎng)160.83m，為3000DWT級(jí)順岸式可滾裝泊位一個(gè)，碼頭前沿14m范圍內(nèi)堆貨荷載為30kN/m2，14m范圍外荷載為60 kN/m2;組合拼接式大型拖車每軸自重5t，每軸承載29t，每軸8個(gè)輪子，兩軸間距1.6m，每個(gè)輪子對(duì)地壓強(qiáng)為 700 kN/m2;船舶靠泊碼頭必須遵守有關(guān)規(guī)定,靠泊速度不大于0.2m/s。

使用情況：

碼頭前沿至后方荷載為60kN/m2。

二、評(píng)估驗(yàn)算內(nèi)容

1、泊位系船柱強(qiáng)度驗(yàn)算

2、護(hù)舷型號(hào)驗(yàn)算

3、泊位岸壁整體穩(wěn)定驗(yàn)算

4、基床頂應(yīng)力驗(yàn)算

5、地基承載力驗(yàn)算

6、沉箱構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算

7、泊位管溝強(qiáng)度驗(yàn)算。

三、驗(yàn)算結(jié)論

注:以下驗(yàn)算結(jié)論均以構(gòu)件現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度符合原設(shè)計(jì)要求為基礎(chǔ)。

1、系船柱：

系船柱三種工況：平板車離船上岸；平板車離岸上船；駁船順岸靠泊，由于平板車離岸上船對(duì)碼頭產(chǎn)生擠靠力，故僅考慮兩種作用情況下對(duì)系船柱進(jìn)行核算：

（1）駁船作業(yè)（平板車離船上岸）時(shí)：

駁船上設(shè)備受風(fēng)面積較大,因此,考慮最大允許系泊風(fēng)速為 9m/s(即五級(jí)風(fēng)),因此風(fēng)荷載對(duì)駁船作用力為 51kN。據(jù)業(yè)主提供資料，平板車向岸移動(dòng)時(shí)，對(duì)駁船的向外作用力為 35～50t，因此影響駁船正常作業(yè)的條件主要是平板車對(duì)駁船向外的拖拽力。由于現(xiàn)有碼頭系船柱為 250kN，因此在平臺(tái)小車上岸兩側(cè) 3#、4#系船柱（如圖）各系一根纜繩，抵消小車對(duì)駁船向外的作用力。同時(shí)2#、5#系船柱各系兩根纜繩以保持駁船作業(yè)時(shí)的橫向穩(wěn)定，并密切關(guān)注各纜繩受力情況，必要時(shí)調(diào)整各纜繩松緊程度或增加纜繩數(shù)量（考慮使用1#、6#系船柱）。系纜所使用的纜繩的破斷力應(yīng)不小于25t。

（2）駁船空載（半載）順岸靠泊時(shí)：

空載（半載）時(shí)，駁船受風(fēng)面積567m2，風(fēng)速條件V=22m/s（九級(jí)風(fēng)），經(jīng)計(jì)算系船柱受力N=234KN，現(xiàn)有250KN系船柱滿足使用要求。

2、護(hù)舷型號(hào)核算

按照靠岸速度為 0.15m/s計(jì)算，駁船靠岸時(shí)撞擊能量為 92.8KJ。原PFφ800L2000吸能量為40KJ，不能滿足駁船靠泊使用要求。

故建議：（1）、將駁船作業(yè)范圍內(nèi)漂浮式護(hù)舷更換成PFφ1400L2000型號(hào)。（2）、若不具備更換條件，則建議滾裝作業(yè)單位，自行在駁船尾部安裝靠船構(gòu)件。

3、主要考慮在自重土壓力、可變荷載（主要是輪壓引起的均布荷載）土壓力、系纜力作用下，泊位整體抗滑、抗傾穩(wěn)定要求。

4、泊位基床頂應(yīng)力最大值為293KPa,滿足規(guī)范規(guī)定的600KPa使用要求。

5、因泊位拋石基床下基礎(chǔ)為灰?guī)r，承載力高，可滿足本次使用要求。

6、按照現(xiàn)有情況根據(jù)計(jì)算，沉箱配筋可滿足強(qiáng)度要求。

7、原設(shè)計(jì)考慮30KPa均布荷載，本次使用均布荷載達(dá)60KPa，因此，現(xiàn)有管溝無法滿足使用要求。需考慮進(jìn)行加固。

8、雖然碼頭主體強(qiáng)度滿足滾裝作業(yè)強(qiáng)度要求，但為了改善沉箱受力，使荷載分布到兩個(gè)沉箱上，建議對(duì)碼頭上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)加固改造。

四、作業(yè)時(shí)碼頭使用要求

綜合考慮本地區(qū)的自然條件、已建工程的設(shè)施配備、相關(guān)工程的使用經(jīng)驗(yàn)、本次使用的特殊性等因素，對(duì)使用情況提出以下要求：

1、駁船在海上經(jīng)相關(guān)部門準(zhǔn)許后，由引水員引至碼頭前水域。駁船應(yīng)采用全回轉(zhuǎn)拖輪輔助靠泊。

2、駁船進(jìn)港前，應(yīng)事先將本地自然條件尤其是風(fēng)、浪、流、能見度、碼頭系纜設(shè)施及拖輪配備情況通知船長(zhǎng)，以便船長(zhǎng)根據(jù)情況變化決定船舶靠、離及系泊方案。

3、駁船最大系泊波高為0.6m，周期不超過6s。

4、駁船靠泊時(shí)的最大法向速度為0.15m/s，最大靠岸角度為3°。

5、駁船在下列情況必須離開碼頭

風(fēng)速達(dá)6級(jí)以上（含6級(jí)）。

碼頭前沿水域出現(xiàn)周期大于6s的波浪。

碼頭前沿水域出現(xiàn)波高大于0.4m、風(fēng)速達(dá)4級(jí)（包括4級(jí)）及流速達(dá)2節(jié)（包括2節(jié)），任意兩種情況同時(shí)出現(xiàn)時(shí)。

6、碼頭前沿水域出現(xiàn)0.4m波高并有增大趨勢(shì)或風(fēng)速達(dá)4級(jí)并有增大趨勢(shì)時(shí)，嚴(yán)禁駁船靠泊作業(yè)。

7、如在作業(yè)工程中，碼頭前沿水域出現(xiàn)0.4m波高并有增大趨勢(shì)或風(fēng)速達(dá)3級(jí)并有增大趨勢(shì)時(shí)，靠泊應(yīng)停止作業(yè)。

8、駁船靠泊后，至少系6根纜繩（纜繩破斷力不小于25t），并應(yīng)隨時(shí)根據(jù)纜繩拉力情況適當(dāng)調(diào)整纜繩布置及松緊程度或增加纜繩數(shù)量，盡可能使各纜繩受力均勻。

9、船舶不允許空載系泊，至少應(yīng)保持1/3載重噸的壓艙水。

10、靠泊離港時(shí)必須用拖輪平行移出，切忌駁船撞擊碼頭。

11、使用單位應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合當(dāng)?shù)刈匀粭l件和拖輪配備情況，合理處置其他可能出現(xiàn)的不利情況。

12、拖車作業(yè)時(shí)，應(yīng)可能在泊位兩個(gè)沉箱接縫處行使，以使荷載較均勻的分擔(dān)在兩個(gè)沉箱上，拖車在行使車足夠距離后，方可轉(zhuǎn)彎，以減少使用對(duì)碼頭的不利影響。

13、拖車應(yīng)緩慢起、制動(dòng)，平穩(wěn)行駛。

14、如使用中超過本報(bào)告的允許荷載，必須事先征得評(píng)估單位同意。

五、結(jié)語

由于大件運(yùn)載的特殊性，往往需要通過水路進(jìn)行運(yùn)輸，因此作業(yè)的時(shí)候進(jìn)行相應(yīng)的安全評(píng)估就變得必不可少的一道程序。本文通過介紹中遠(yuǎn)大件靠泊某碼頭作業(yè)所進(jìn)行的安全評(píng)估，希望其中的評(píng)估內(nèi)容和評(píng)估建議能為為今后類似安全作業(yè)評(píng)估提供參考和借鑒。

[1] JTS 167-2-2009，重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范.

[2] JTS 144-1-2010 港口工程荷載規(guī)范

TU654

1674-3954（2011）03-0411-02