集裝箱堆場(chǎng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究

王 釗，賀春暉

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

集裝箱堆場(chǎng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案研究

王 釗，賀春暉

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

做好集裝箱堆場(chǎng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，保證暴雨時(shí)地面排水通暢，降低堆場(chǎng)地面積水概率，對(duì)于保障集裝箱堆存期間的貨物安全，避免經(jīng)濟(jì)糾紛有重要意義。本文結(jié)合京唐港 26#和 27#集裝箱泊位工程的平面布置及工藝形式，分析比選了以往類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)的雨水系統(tǒng)方案，最終選擇了合理性和經(jīng)濟(jì)性較好的排水溝集水方案。

集裝箱；雨水系統(tǒng)；合理性；經(jīng)濟(jì)性

引 言

目前，在港口工程排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，影響集裝箱堆場(chǎng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的主要因素有如下幾個(gè)方面：

1）集裝箱堆場(chǎng)的平面布置。根據(jù)堆場(chǎng)與岸線方位劃分有平行岸線和垂直岸線兩種形式。

2）集裝箱堆場(chǎng)的裝卸設(shè)備。根據(jù)行進(jìn)方式可分為輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)和軌道式集裝箱龍門起重機(jī)兩種。

3）集裝箱堆場(chǎng)的鋪面。堆箱區(qū)多采用高強(qiáng)連鎖塊（無(wú)箱角梁），也有采用箱角梁加碎石或箱角梁加連鎖塊的。裝卸機(jī)械活動(dòng)區(qū)域根據(jù)機(jī)械形式的不同也有多種形式，若采用輪胎式場(chǎng)橋，則需設(shè)置鋼筋混凝土跑道梁；若采用軌道式場(chǎng)橋，則多設(shè)置整體道床，也有采用道渣軌枕形式的。

綜合上述幾個(gè)因素，結(jié)合實(shí)際集裝箱堆場(chǎng)的情況可以制定工程排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。目前集裝箱堆場(chǎng)排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要有兩種形式，即采用帶箅雨水檢查井，通過(guò)暗管匯流集中排放入海的形式和采用排水溝收集排水的形式。以實(shí)際工程為例，本文收集了天津港北港池集裝箱碼頭一期工程、青島前灣招商局國(guó)際集裝箱碼頭工程、青島前灣迪拜環(huán)球國(guó)際集裝箱碼頭工程和錦州港第二港池集裝箱碼頭二期工程的設(shè)計(jì)影響因素和排水系統(tǒng)形式，見(jiàn)表1。

表1 典型工程排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)

從表1中可以看出，帶箅雨水井收集，暗管匯排入海的方式適用于大部分碼頭結(jié)構(gòu)，尤其是在無(wú)箱腳基礎(chǔ)的重箱堆場(chǎng)區(qū)，道路和裝卸設(shè)備行走區(qū)，此方式采用率較高；而排水溝收集的方式一般只用于有箱腳基礎(chǔ)的堆箱區(qū)的排水設(shè)計(jì)，而在一般的道路和裝卸設(shè)備行走區(qū)，排水溝的方式采用率不高，因?yàn)榕潘疁峡赡軙?huì)影響設(shè)備運(yùn)行及集裝箱運(yùn)輸。

在實(shí)際工程排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作中，如何正確的選擇排水系統(tǒng)方案是對(duì)設(shè)計(jì)人員工作經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)理念的重要考驗(yàn)。本文以唐山港京唐港區(qū)26#～27#專業(yè)化集裝箱泊位工程為例，對(duì)碼頭排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的制定和選擇進(jìn)行研究分析。

1 案例分析

1.1 示例工程概況

唐山港京唐港區(qū) 26#～27#專業(yè)化集裝箱泊位工程，集裝箱堆場(chǎng)被垂直碼頭方向的3條縱向通道分成2個(gè)堆存區(qū)，每個(gè)堆存區(qū)均劃分為11條堆箱區(qū)。堆場(chǎng)自東向西垂直于碼頭的通道名稱依次為經(jīng)一路～經(jīng)三路，重箱堆場(chǎng)與岸邊裝卸橋之間的通道名稱為緯一路，重箱堆場(chǎng)與空箱堆場(chǎng)之間的通道名稱為緯二路。堆場(chǎng)區(qū)布置6條重箱堆場(chǎng)，其后3條為預(yù)留重箱堆場(chǎng)，剩余2條為空箱堆場(chǎng)，如圖1所示。

圖1 集裝箱堆場(chǎng)平面示意

該工程堆場(chǎng)采用軌道式集裝箱龍門起重機(jī)作業(yè)，跨內(nèi)8列集裝箱集中布置，2個(gè)車道集中布置在一側(cè)。見(jiàn)圖2。

圖2 工藝布置剖面示意

工程主干道及堆場(chǎng)內(nèi)通道鋪面范圍，采用瀝青混凝土鋪面結(jié)構(gòu)；堆箱區(qū)采用混凝土聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)

1.2 排水設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)計(jì)算

根據(jù)前文所述內(nèi)容，本工程道路部分采用帶箅雨水檢查井收集，然后通過(guò)排水支管最終排海的方案。堆場(chǎng)部分結(jié)合工程特點(diǎn)給出兩種排水系統(tǒng)方案：

1）根據(jù)本工程的平面、工藝、道堆的設(shè)計(jì)條件以及根據(jù)平面專業(yè)高程布置方案，設(shè)計(jì)兩種給排水系統(tǒng)方案并對(duì)其進(jìn)行分析對(duì)比：

方案一：采用帶篦雨水檢查井收集，通過(guò)排水支管排入雨水干管，最終排海。由于每條堆箱區(qū)中心線為最高點(diǎn)，兩側(cè)軌道為最低點(diǎn)，因此每條堆箱區(qū)于軌道梁兩側(cè)各設(shè)置一排雨水檢查井；

方案二：采用排水溝收集雨水，通過(guò)排水溝轉(zhuǎn)換井排入雨水干管，最終排海。由于每條堆箱區(qū)一側(cè)軌道為最高點(diǎn)，另一側(cè)軌道為最底點(diǎn)，因此每條堆箱區(qū)于最底點(diǎn)的軌道梁一側(cè)設(shè)置一排排水溝。

2）根據(jù)當(dāng)?shù)乇┯陱?qiáng)度公式計(jì)算確定排水溝或雨水檢查井、雨水管的管徑、埋深、標(biāo)高、坡度等。

本工程暴雨強(qiáng)度公式采用唐山地區(qū)的暴雨強(qiáng)度公式：

式中：P為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期/a；t為降雨歷時(shí)/min，t=t1+t2，t1為地面集水時(shí)間/min，t2為管渠內(nèi)流行時(shí)間/min。

管道及排水溝的設(shè)計(jì)流量公式采用下列計(jì)算：

式中：Ψ為徑流系數(shù)；F為匯水面積/ha。

3）為了更好的對(duì)兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，選取兩方案中相同匯水面積的區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行造價(jià)成本比較。兩個(gè)方案均按照重載考慮。匯水區(qū)域示意見(jiàn)圖 3、圖 4，各方案構(gòu)筑物工程量見(jiàn)表2、表3。

圖3 方案一選取區(qū)域示意

圖4 方案二選取區(qū)域示意

表2 方案一區(qū)域內(nèi)的構(gòu)筑物工程量

表3 方案二區(qū)域內(nèi)的構(gòu)筑物工程量

1.3 方案比較

為了更好的進(jìn)行方案選擇，從收水能力、工程造價(jià)、施工工藝和管理維護(hù)等三個(gè)方面對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行比較：

1）從收水能力方面考慮，兩個(gè)方案均滿足了設(shè)計(jì)要求，排水能力相當(dāng)；

2）從工程造價(jià)方面考慮，方案一比方案二投資少4.6 %（5.6萬(wàn)元）；

3）從施工工藝方面考慮，方案一由于有雨水檢查井及雨水管兩種構(gòu)筑物，對(duì)施工的要求以及施工難度要大于方案二的排水溝系統(tǒng)；

4）從管理維護(hù)方面考慮，方案一采用的暗管方式，一旦發(fā)生故障，在故障排查和維修方面比較困難，因此，方案一的管理維護(hù)難度較大，經(jīng)濟(jì)成本較高；方案二采用排水溝排水，排水溝更易于清理，且排水溝與雨水干管采用排水溝轉(zhuǎn)換井連接，排水溝內(nèi)設(shè)有20 cm沉泥區(qū)域，減少了淤泥進(jìn)入雨水干管沉積的概率，延長(zhǎng)了管理過(guò)程中對(duì)排水系統(tǒng)的維護(hù)周期，因此方案二更便于管理維護(hù)，能夠節(jié)省大量的管理成本。

綜上所述，兩種方案均能滿足設(shè)計(jì)要求；方案二投資成本略高于方案一；在施工難度和后期的管理維護(hù)上，方案二更省時(shí)省力也更經(jīng)濟(jì)。因此，在堆場(chǎng)的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇上，綜合各項(xiàng)因素，方案二要優(yōu)于方案一。

2 成果分析

2.1 方案優(yōu)化選擇

在復(fù)雜的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作中，根據(jù)工藝荷載和排水管管材的不同，各排水系統(tǒng)的造價(jià)也有很大差別：

當(dāng)排水系統(tǒng)設(shè)置最低點(diǎn)為堆箱區(qū)中軸線時(shí)，由于此處不過(guò)車，輕型排水溝的工程造價(jià)與鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋管和雨水檢查井的排水系統(tǒng)大致相當(dāng)，而采用鋼筋混凝土排水管和雨水檢查井的排水系統(tǒng)造價(jià)最低。但是從后期管理角度考慮，又是排水溝和采用鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋管和雨水檢查井的排水系統(tǒng)有較大優(yōu)勢(shì)。

當(dāng)排水系統(tǒng)設(shè)置最低點(diǎn)為軌道梁兩側(cè)時(shí)，由于此處為通道需要過(guò)車，重型排水溝的工程造價(jià)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用排水管和雨水檢查井的排水系統(tǒng)。

因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求根據(jù)具體情況選擇最適合的設(shè)計(jì)方案。如本文實(shí)例，最終綜合了造價(jià)、施工、使用等多方面考慮之后并沒(méi)有選擇單一的排水形式進(jìn)行整體排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，而是采取了排水溝和雨水檢查井相結(jié)合的排水方式，并達(dá)到了很好的效果。

2.2 回訪情況

通過(guò)對(duì)已實(shí)施的集裝箱碼頭工程進(jìn)行回訪，各集裝箱泊位工程的排水系統(tǒng)大體運(yùn)行良好，雨水檢查井或排水溝均能有效地排除堆場(chǎng)雨水。但仍存在少數(shù)排水不暢區(qū)域，經(jīng)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)，排水不暢的主要原因有兩個(gè)：

1）地面沉降問(wèn)題

由于部分堆場(chǎng)施工工期短、質(zhì)量控制不夠嚴(yán)格，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的堆卸作業(yè)之后，堆箱區(qū)會(huì)發(fā)生較大的沉降，但軌道粱處經(jīng)過(guò)特殊處理且無(wú)重物堆載，故一般不會(huì)發(fā)生沉降。因此，堆區(qū)在使用一段時(shí)間后形成堆箱區(qū)低洼，軌道梁區(qū)域高啟，往往與初始設(shè)計(jì)的地面高程相反，因此造成地面排水不暢。

2）管理問(wèn)題

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使用之后，排水溝或雨水檢查井的蓋板均有可能被細(xì)小顆粒物堵塞，減少收水面積，無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的流量要求。排水溝或雨水管道內(nèi)也會(huì)因?yàn)殡s物淤積而減少過(guò)水?dāng)嗝?，因此降低了排水系統(tǒng)的過(guò)流能力，形成排水不暢的情況。

3 研究結(jié)論

1）設(shè)計(jì)方案實(shí)際效果

通過(guò)設(shè)計(jì)回訪，發(fā)現(xiàn)各集裝箱泊位工程的排水系統(tǒng)大體運(yùn)行良好，雨水檢查井或排水溝均能有效地排除堆場(chǎng)雨水，僅存在少數(shù)排水不暢區(qū)域。

2）高程設(shè)計(jì)的建議

排水系統(tǒng)通暢與否，與高程設(shè)計(jì)及工藝布局設(shè)計(jì)緊密相關(guān)。為避免地面沉降后軌道梁成為“擋水坎”，建議集裝箱堆場(chǎng)的堆箱區(qū)將軌道粱設(shè)計(jì)為平面高程最高點(diǎn)。同時(shí)，當(dāng)堆箱區(qū)內(nèi)設(shè)有凸起的箱角基礎(chǔ)時(shí)，堆場(chǎng)中間應(yīng)設(shè)計(jì)為高程最低點(diǎn)；堆箱區(qū)為平坦地面是，堆場(chǎng)與軌道梁之間的通行道路一側(cè)（或雙側(cè)）設(shè)計(jì)為最低點(diǎn)。如此，可以杜絕后期地面沉降產(chǎn)生的“反排水”現(xiàn)象。

3）堆箱區(qū)內(nèi)設(shè)置凸起的箱角基礎(chǔ)的排水方案

在堆場(chǎng)區(qū)中間最低點(diǎn)處設(shè)置輕型排水溝，在堆場(chǎng)與軌道梁之間通道設(shè)置排水暗管。此方案排水路徑最短，可最優(yōu)化的解決排水問(wèn)題，同時(shí)此排水方案的造價(jià)是適中的，為最優(yōu)排水方案。

4）堆箱區(qū)為平坦地面（無(wú)凸起的箱角基礎(chǔ)）的最優(yōu)排水方案

堆場(chǎng)與軌道梁之間的通行道路一側(cè)（或雙側(cè)）最低點(diǎn)處設(shè)置排水暗管加雨水口或收水檢查井。但應(yīng)注意，此種情況適應(yīng)于堆場(chǎng)橫向跨度不應(yīng)太大，且堆場(chǎng)雙側(cè)通道（車行道或檢修通道）都應(yīng)設(shè)置排水管。此排水方案的造價(jià)是最低的，但克服地面沉降的性能稍差。

5）管材的建議

當(dāng)堆場(chǎng)排水設(shè)置為暗管時(shí)，定期的清理很有必要。為了縮短清理的周期、減少清通的工作量，設(shè)計(jì)人員也需在設(shè)計(jì)過(guò)程中采取措施：如采用摩擦系數(shù)低的排水管道（如鋼帶增強(qiáng)聚乙烯螺旋管）取代鋼筋混凝土排水管，減少淤積可能。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)已有實(shí)例工程的投資比較，分析出在各種工況下不同排水形式的工程造價(jià)，并給出幾種可行的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)對(duì)方案的對(duì)比和分析，最終確定的最優(yōu)方案。

在工程后期回訪工作中，找出了影響排水系統(tǒng)的關(guān)鍵因素，明確了在集裝箱泊位工程中容易出現(xiàn)的問(wèn)題，并找出了解決方法，給出合理化建議，總結(jié)了針對(duì)常見(jiàn)的集裝箱泊位平面及工藝布置方案，所適宜的排水方案。

經(jīng)過(guò)研究分析，提出了各類集裝箱堆場(chǎng)排水的最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。如本文實(shí)例，堆箱區(qū)內(nèi)設(shè)置凸起的箱角基礎(chǔ)的情況，最優(yōu)排水方案為常用的排水溝方案，該方案比帶箅雨水檢查井收集的方案可以節(jié)省投資50.3 %。

通過(guò)本文的研究，能為今后的集裝箱堆場(chǎng)設(shè)計(jì)中提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)，方便設(shè)計(jì)人員快速、高效的選擇出最適宜、最經(jīng)濟(jì)合理的雨水系統(tǒng)方案，從而大大的縮短設(shè)計(jì)周期，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)可以確保設(shè)計(jì)方案是最優(yōu)的。

選擇經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的排水方案，對(duì)我國(guó)集裝箱碼頭工程的建設(shè)可節(jié)約工程投資、減少堆場(chǎng)積水，減少集裝箱貨損，具有較好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。符合當(dāng)今社會(huì)綠色、環(huán)保、節(jié)能、減排的設(shè)計(jì)理念。

［1］季則舟，胡世津.海運(yùn)船舶現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)我國(guó)港口建設(shè)的影響［J］.港工技術(shù)，2007，（6）：18-23.

［2］龍書玲.中國(guó)集裝箱運(yùn)輸現(xiàn)狀研究及前景分析［J］.產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)，1001-828x（2012）05-0223-01.

［3］交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院.海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.人民交通出版社.

Research on Design Proposal of Container Stockyard Drainage System

Wang Zhao，He Chunhui
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

A good design proposal for container stockyard drainage system guarantees unobstructed ground drainage during storm and reduces the probability of accumulated water on the stockyard ground，which has an important significance for the avoidance of economic disputes and the security of goods while containers are stored in stockyard.By referring to the plane layout and technological pattern of 26#～27#container berths project of Jingtang Port，the rainwater systems applied in other similar projects are analyzed and compared each other.Finally the drainage ditch is chosen due to its rationality and economical efficiency.

container； rainwater system； rationality； economical efficiency

U653.99

A

1004-9592（2016）05-0018-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160505

2016-02-14

王釗（1986-），女，工程師，主要從事給水排水專業(yè)設(shè)計(jì)工作。