長(zhǎng)江流域（南京以下）高樁碼頭靠泊能力論證內(nèi)容的確定

武明　譚超

【摘 要】 從航行條件適應(yīng)度論證、碼頭附屬設(shè)施安全性項(xiàng)目核算和碼頭主體結(jié)構(gòu)安全性項(xiàng)目核算等方面分析超原設(shè)計(jì)船型高樁碼頭靠泊能力的論證內(nèi)容，結(jié)合工程實(shí)例，介紹高樁碼頭靠泊能力論證的應(yīng)用，并提出7萬(wàn)噸級(jí)散貨船靠離本碼頭需滿(mǎn)足相關(guān)限定條件。

【關(guān)鍵詞】 靠泊能力；航行適應(yīng)度；附屬設(shè)施；主體結(jié)構(gòu)

近年來(lái)，隨著海上運(yùn)輸船舶大型化的發(fā)展趨勢(shì)，超原設(shè)計(jì)船型在限定條件下靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)可以在一定程度上緩解當(dāng)前港口基礎(chǔ)設(shè)施能力不足與港口生產(chǎn)需要的矛盾，但也給碼頭設(shè)施、船舶和港口生產(chǎn)帶來(lái)了安全隱患。因此，在保障船舶靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)安全的前提下，論證在一定限制條件下泊位靠泊能力的適應(yīng)度十分必要。

本文將從碼頭現(xiàn)狀、航道條件適應(yīng)度論證、碼頭附屬設(shè)施、碼頭結(jié)構(gòu)安全性論證等方面，結(jié)合工程實(shí)例，提出在限定條件下對(duì)超原設(shè)計(jì)船型高樁梁板式碼頭靠泊能力論證的內(nèi)容和思路，為港口建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 論證內(nèi)容

碼頭靠泊能力論證工作應(yīng)充分結(jié)合碼頭結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)論，全面且詳細(xì)地分析碼頭現(xiàn)狀、自然條件、通航環(huán)境等因素，具體論證內(nèi)容如下：

（1）碼頭檢測(cè)報(bào)告須包括以下內(nèi)容：①碼頭位移和變形；②碼頭樁基；③碼頭上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性；④附屬設(shè)施，包括橡膠護(hù)舷、系船柱及其固定件；⑤岸坡穩(wěn)定及接岸結(jié)構(gòu)的完好性。

（2）詳細(xì)說(shuō)明在限定條件下靠泊碼頭的船舶船型，說(shuō)明碼頭原設(shè)計(jì)船型、現(xiàn)有實(shí)際靠泊船型、超原設(shè)計(jì)等級(jí)的靠泊船型。

（3）論證超原設(shè)計(jì)船型船舶航行靠泊的適應(yīng)度，航行條件包括錨地、進(jìn)出港航道、導(dǎo)助航設(shè)施、碼頭水域及船舶交通組織等因素。

（4）對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施安全性驗(yàn)算項(xiàng)目進(jìn)行核算。根據(jù)《碼頭附屬設(shè)施技術(shù)規(guī)范》和有關(guān)規(guī)定及檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合實(shí)際狀況，對(duì)泊位長(zhǎng)度、碼頭結(jié)構(gòu)、碼頭附屬設(shè)施（系船柱和橡膠護(hù)舷）等的安全性驗(yàn)算項(xiàng)目進(jìn)行核算。

（5）提出碼頭靠泊能力等級(jí)、船型以及靠離泊時(shí)必要的限定條件。

（6）制訂進(jìn)出港航行靠泊方案。根據(jù)港口設(shè)施條件、船舶技術(shù)狀況、氣象、潮汐潮流，以及航道、回旋水域、停泊水域、拖船等情況，制訂科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇鞍踩叫泻涂侩x泊方案。

從船舶安全靠離泊的角度出發(fā)，分析船舶靠離泊過(guò)程中存在的近、遠(yuǎn)期的安全隱患，并提出相應(yīng)的解決辦法，最大限度地降低超原設(shè)計(jì)船型碼頭在靠泊大型船舶過(guò)程中存在的安全隱患。

2 高樁梁板式碼頭靠泊能力論證方法及其應(yīng)用

2.1 工程概況

某碼頭工程地址位于長(zhǎng)江下游澄通河段福姜水道左汊北岸中段，從上游至下游依次布置為1萬(wàn)噸級(jí)件雜泊位、3萬(wàn)噸級(jí)件雜泊位及3萬(wàn)噸級(jí)多用途泊位，碼頭水工結(jié)構(gòu)均按靠泊5萬(wàn)噸級(jí)船舶設(shè)計(jì)建造。原泊位的設(shè)計(jì)靠泊能力為5萬(wàn)噸級(jí)，現(xiàn)欲提升靠泊能力至7萬(wàn)噸級(jí)。代表船型尺度見(jiàn)表1。

碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，其中，碼頭平臺(tái)長(zhǎng)度為587 m，寬度為36 m，平臺(tái)通過(guò)4座引橋與陸域相連。本工程后方陸域縱深606.5 m，占用岸線(xiàn)752 m。該碼頭于2009年3月建成投產(chǎn)，2011年通過(guò)江蘇省交通運(yùn)輸廳竣工驗(yàn)收。碼頭自運(yùn)行以來(lái)，未發(fā)生各類(lèi)碰撞等影響碼頭結(jié)構(gòu)安全的事故。為此，當(dāng)?shù)馗劭谛姓鞴懿块T(mén)出具了無(wú)質(zhì)量安全事故證明。

根據(jù)該工程地質(zhì)勘察報(bào)告，在勘區(qū)勘探深度范圍內(nèi)從上至下分布土層依次為：①人工填土；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂；③粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土；④粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土；⑤粉細(xì)砂。碼頭港工建筑物包括碼頭平臺(tái)、引橋和變電所平臺(tái)，其中：碼頭平臺(tái)采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，排架間距8 m，每榀排架設(shè)9根直徑為 mm的預(yù)應(yīng)力離心高強(qiáng)砼管樁；碼頭上部結(jié)構(gòu)由橫梁、靠船構(gòu)件、前邊梁、預(yù)應(yīng)力砼門(mén)機(jī)軌道梁、縱梁、后邊梁、水平撐及疊合面板組成；碼頭平臺(tái)面前方設(shè) kN系船柱，考慮有較小船舶靠泊，在 kN系船柱間增設(shè)550 kN系船柱；碼頭平臺(tái)排架前沿隔跨豎向分別布置兩鼓一板SUC1000H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷和DA-A400H，長(zhǎng)度為 mm橡膠護(hù)舷，每跨前邊梁橫向設(shè)置1個(gè)DA-A300H，長(zhǎng)度為 mm橡膠護(hù)舷。碼頭結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。碼頭頂高程為6.20 m，前沿設(shè)計(jì)河底高程為 13.70 m。本文高程均以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚恪?/p>

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告：碼頭的位移和沉降均較??；所抽檢的樁身低應(yīng)變檢測(cè)結(jié)果為樁身完好，均為1類(lèi)樁；構(gòu)件砼強(qiáng)度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求、抗碳化性能良好；碼頭混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度滿(mǎn)足規(guī)范要求。綜合評(píng)定該碼頭結(jié)構(gòu)耐久性等級(jí)為B級(jí)，碼頭結(jié)構(gòu)使用性等級(jí)和安全性等級(jí)均為A級(jí)。檢測(cè)結(jié)果表明，碼頭水工建筑物整體基本完好，不影響安全性和整體使用功能，僅部分鋼筋砼構(gòu)件（如碼頭面層及護(hù)輪坎）出現(xiàn)破損、露筋的現(xiàn)象，通過(guò)修補(bǔ)加固即可。

2.2 靠泊能力論證

2.2.1 航行條件適應(yīng)度論證

（1）進(jìn)出港航道

本工程位于長(zhǎng)江下游福姜沙北水道，海船由長(zhǎng)江口外進(jìn)入港區(qū)主要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)江口航道、寶山水道、瀏河水道、白茆沙水道、通洲沙東水道、瀏海沙水道、福姜沙南水道、福姜沙北水道抵達(dá)本港區(qū)。長(zhǎng)江口深水航道治理三期工程已于2011年5月通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收，建成的長(zhǎng)江口深水航道能滿(mǎn)足第三、四代集裝箱船和5萬(wàn)噸級(jí)船舶（實(shí)載吃水≤11.5 m）全潮雙向通航的要求，同時(shí)兼顧滿(mǎn)足第五、六代大型遠(yuǎn)洋集裝箱船和10萬(wàn)噸級(jí)滿(mǎn)載散貨船及20萬(wàn)噸級(jí)減載散貨船乘潮通過(guò)長(zhǎng)江口的要求。近期除福姜沙水道外（福姜沙南水道、福姜沙北水道近期的維護(hù)水深分別為10.5 m和8 m），其余水道的維護(hù)水深均為12.5 m。同時(shí)，隨著長(zhǎng)江（南京以下）12.5 m深水航道二期工程的實(shí)施，遠(yuǎn)期上述水道的維護(hù)水深均將達(dá)到12.5 m。各水道的航道寬度均不小于200 m。

（2）航道有效寬度

本工程的論證船型為7萬(wàn)噸級(jí)散貨船，其單線(xiàn)航道通航寬度為

W=A + 2 c（1）

A=n0 （L sin + B）（2）

式中：W為航道通航寬度，m；A為航跡帶寬度，m；c為船舶與航道底邊線(xiàn)間的富余寬度，m，當(dāng)航速>6 kn時(shí)，散貨船c=B；n0 為船舶漂移倍數(shù)，取1.69； 為風(fēng)、流壓偏角，（€埃 。？€?；L為設(shè)計(jì)船長(zhǎng)，m；B為設(shè)計(jì)船寬，m。

根據(jù)計(jì)算，航道有效寬度為150 m，因此，本工程所在河段的進(jìn)出港航道航寬可以滿(mǎn)足碼頭7萬(wàn)噸級(jí)船舶的單向通航要求。

（3）航道水深

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)條文，航道通航水深確定為

D0=T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3（3）

式中：D0為航道通航水深，m；T為設(shè)計(jì)船型滿(mǎn)載吃水，m；Z0為船舶航行時(shí)船體下沉值，按航速8 kn考慮，取0.50 m；Z1為龍骨下最小富余水深，底質(zhì)為淤泥土，取0.4 m；Z2為波浪富余深度，風(fēng)浪夾角取45€埃ǜ卟問(wèn)鼿4%取0.8 m，則Z2=0.36 m；Z3為船舶裝載縱傾富余深度，按散貨船考慮，取0.15 m。

按上述取值計(jì)算，本工程7萬(wàn)噸級(jí)散貨船航行富余水深為1.41 m。7萬(wàn)噸級(jí)散貨船滿(mǎn)載吃水為14.2 m，根據(jù)航道水深現(xiàn)狀及未來(lái)規(guī)劃，7萬(wàn)噸級(jí)船舶須通過(guò)減載才能進(jìn)出港。在現(xiàn)階段和未來(lái)長(zhǎng)江（南京以下）12.5 m深水航道開(kāi)通后，7萬(wàn)噸級(jí)散貨船通過(guò)進(jìn)出港航道控制吃水計(jì)算見(jiàn)表2。

（4）通航凈空分析

長(zhǎng)江口到本港區(qū)現(xiàn)有已建的蘇通長(zhǎng)江公路大橋和在建的滬通鐵路長(zhǎng)江大橋兩座跨江橋梁，其中：蘇通長(zhǎng)江公路大橋主通航孔按5萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船、5萬(wàn)噸級(jí)內(nèi)河船隊(duì)單孔雙向通航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通航凈空寬度不小于891 m，有效寬度內(nèi)相應(yīng)通航凈空高度不小于62 m，最高設(shè)計(jì)通航水位4.30 m；滬通鐵路長(zhǎng)江大橋主跨 m，通航凈高62 m。

本工程河段為內(nèi)河水域，波浪較小，橋梁通航富余高度值取為2.00 m；在設(shè)計(jì)最高通航水位時(shí)，設(shè)計(jì)船型空載水線(xiàn)以上至船舶最高固定點(diǎn)高度限值為60 m。

根據(jù)《通航海輪橋梁通航標(biāo)準(zhǔn)》，7萬(wàn)噸級(jí)散貨船水面線(xiàn)上（空載水線(xiàn)）至船舶最高固定點(diǎn)的最大高度為41.70～47.19 m，因此，本工程7萬(wàn)噸級(jí)散貨船可安全通過(guò)蘇通長(zhǎng)江公路大橋和滬通鐵路長(zhǎng)江大橋。

（5）港池水域

①回旋水域尺度。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，回旋水域沿水流方向長(zhǎng)度為船舶總長(zhǎng)的2.5～3.0倍，垂直于水流方向?qū)挾葹榇翱傞L(zhǎng)的1.5～2.0倍。原碼頭回旋水域尺度按2萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船考慮，其回旋水域沿水流方向長(zhǎng)度為458 m，垂直水流方向?qū)挾葹?75 m。本工程的回旋水域沿水流方向長(zhǎng)度為570 m，垂直水流方向?qū)挾葹?42 m。碼頭前方水域開(kāi)闊，能夠滿(mǎn)足船舶掉頭的需要。

②回旋水域設(shè)計(jì)河底高程。近期和遠(yuǎn)期回旋水域的河底高程分別為 10.8 m和 12.5 m。7萬(wàn)噸級(jí)散貨船在進(jìn)出港時(shí)，船舶吃水須分別減載至9.12 m和10.78 m方可安全靠泊。

③停泊水域?qū)挾取８鶕?jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，停泊水域?qū)挾葹樵O(shè)計(jì)船型型寬的2倍。原碼頭設(shè)計(jì)停泊水域尺度按2萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船考慮，其停泊水域?qū)挾葹?6 m；本工程的停泊水域?qū)挾葹?4.6 m。停泊水域尺度無(wú)法滿(mǎn)足靠泊需求，停泊水域需進(jìn)行拓寬。

④前沿停泊水域設(shè)計(jì)河底高程。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深為

D=T + Z1 + Z2 + Z4 + Z5（4）

式中： D為碼頭前沿設(shè)計(jì)水深，m；Z4為船舶因配載不均而增加的艉吃水，m；Z5為備淤富余深度，m。

那么，碼頭停泊水域目前的設(shè)計(jì)河底高程為 11.6 m，7萬(wàn)噸級(jí)散貨船在進(jìn)出港時(shí)，須將船舶吃水減載至10.88 m方可靠泊作業(yè)。

綜合航道、碼頭前沿停泊水域和回旋水域水深要求可知，7萬(wàn)噸級(jí)散貨船在低水位進(jìn)出港時(shí)船舶吃水近期需減載至6.4 m，遠(yuǎn)期需減載至10.8 m。

（6）碼頭長(zhǎng)度

現(xiàn)有碼頭泊位長(zhǎng)度為587 m，2艘7萬(wàn)噸級(jí)散貨船所需泊位長(zhǎng)度為531 m，現(xiàn)有碼頭泊位長(zhǎng)度可滿(mǎn)足2艘7萬(wàn)噸級(jí)散貨船同時(shí)安全靠離及系纜的需要。

（7）錨地

本工程附近為12號(hào)海船錨地，錨地尺度為長(zhǎng)3 300 m，寬650 m，水深約13 m。該錨地可以滿(mǎn)足7萬(wàn)噸級(jí)散貨船減載候潮、引航、檢疫的需要。

（8）導(dǎo)助航設(shè)施

碼頭現(xiàn)有導(dǎo)助航設(shè)施配置合理、完善，能夠滿(mǎn)足本工程船舶的航行以及進(jìn)出港靠離泊的使用要求。

2.2.2 碼頭附屬設(shè)施安全性項(xiàng)目核算

（1）碼頭系纜設(shè)備

按設(shè)計(jì)風(fēng)速為20.8 m/s（8級(jí)風(fēng)）、流速為2.0 （原設(shè)計(jì)流速為1.7 m/s，考慮碼頭前沿河床有一定的沖刷，水流速度適當(dāng)提高）計(jì)算，當(dāng)風(fēng)力大于8級(jí)時(shí)，船舶應(yīng)離開(kāi)碼頭去錨地避風(fēng)。

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，系纜力為

式中：N為系纜力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；∑Fx，∑Fy分別為可能同時(shí)出現(xiàn)的風(fēng)和水流對(duì)船舶作用產(chǎn)生的橫向分力總和及縱向分力總和，kN； K為系船柱受力分布不均勻系數(shù)，取1.3； n為計(jì)算船舶實(shí)際同時(shí)受力的系船柱數(shù)目； 為系船纜的水平投影與碼頭前沿線(xiàn)所成夾角，取30€埃？ 為系船纜與水平面之間的夾角，取15€??？

核驗(yàn)船舶（7萬(wàn)噸級(jí)散貨船）系纜力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

原碼頭 kN系船柱可以滿(mǎn)足7萬(wàn)噸級(jí)散貨船的系纜要求。

（2）碼頭橡膠護(hù)舷

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量為

E0= MV 2（6）

式中：E0為船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量，kJ； 為有效動(dòng)能系數(shù)，取0.75；M為船舶質(zhì)量，t①；V為船舶靠岸法向速度，m/s。

核驗(yàn)船舶（7萬(wàn)噸級(jí)散貨船）靠泊最大有效撞擊能量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

碼頭平臺(tái)排架前沿隔跨豎向分別布置的不同標(biāo)準(zhǔn)的橡膠護(hù)舷在變形達(dá)到52.5%時(shí)，吸能量為390 kJ，因此，碼頭現(xiàn)有的兩鼓一板SUC1000H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷能夠滿(mǎn)足7萬(wàn)噸級(jí)散貨船在減載至排水量不大于5萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船滿(mǎn)載排水量情況下的靠泊要求。

2.2.3 碼頭結(jié)構(gòu)安全核算

根據(jù)碼頭的使用荷載，復(fù)核驗(yàn)算碼頭結(jié)構(gòu)安全性項(xiàng)目，主要驗(yàn)算內(nèi)容包括碼頭平臺(tái)位移、碼頭平臺(tái)及引橋的樁力和樁身彎矩、橫梁內(nèi)力，以及岸坡穩(wěn)定等，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5。

由表5可知，碼頭結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及強(qiáng)度指標(biāo)均滿(mǎn)足7萬(wàn)噸級(jí)散貨船靠泊作業(yè)的規(guī)范要求。

3 超原設(shè)計(jì)船型船舶靠泊的限定條件

7萬(wàn)噸級(jí)散貨船靠離泊本工程碼頭需滿(mǎn)足相關(guān)的限定條件（見(jiàn)表6）。

當(dāng)超過(guò)5萬(wàn)噸級(jí)設(shè)計(jì)船舶等級(jí)，靠泊7萬(wàn)噸級(jí)散貨船時(shí)，應(yīng)按表6中有關(guān)靠泊作業(yè)限制條件加以控制。尤其需要注意控制船舶荷載，須經(jīng)減載至近期吃水不大于6.4 m、遠(yuǎn)期吃水不大于10.8 m方能安全靠泊。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文簡(jiǎn)述了提升高樁梁板式碼頭靠泊能力的論證內(nèi)容，結(jié)合工程實(shí)例，著重從航行條件適應(yīng)度、碼頭附屬設(shè)施、主體結(jié)構(gòu)安全性等方面論述靠泊能力論證的應(yīng)用，并提出了超原設(shè)計(jì)船型船舶靠泊的限定條件：

（1）綜合分析航道、碼頭前沿停泊水域、船舶回旋水域、泊位長(zhǎng)度、航道、錨地、導(dǎo)助航設(shè)施等制約條件，擬靠泊的控制船型為減載情況下的7萬(wàn)噸級(jí)散貨船。

（2）在一定限定條件下，碼頭系船柱和橡膠護(hù)舷能滿(mǎn)足7萬(wàn)噸級(jí)散貨船系靠泊要求。

（3）按7萬(wàn)噸級(jí)散貨船作業(yè)分析核算，原碼頭岸坡、樁力及上部主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載力均滿(mǎn)足港口工程現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求。