雙層系纜墩在福州港羅源灣港區(qū)的應(yīng)用

董德強(qiáng)陽(yáng)磊（.福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福州350007；.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院深圳有限公司，深圳58054）

雙層系纜墩在福州港羅源灣港區(qū)的應(yīng)用

董德強(qiáng)1陽(yáng)磊2
（1.福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福州350007；2.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院深圳有限公司，深圳518054）

福州港位于我國(guó)東南部，臺(tái)灣海峽西岸，具有發(fā)展海運(yùn)的優(yōu)良條件，羅源灣港區(qū)作為福州港重要的組成部分，近年來(lái)港口建設(shè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。由于不同企業(yè)對(duì)碼頭使用功能要求的不同，羅源灣南北兩岸也出現(xiàn)了多種不同結(jié)構(gòu)型式的碼頭，其中某化工企業(yè)專用碼頭的雙層系纜墩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，就為滿足多種船型在不同潮位下的順利靠泊，發(fā)揮了重要作用。

羅源灣港區(qū)雙層系纜墩系纜垂直角質(zhì)量控制

1 工程概況

福州港羅源灣港區(qū)某化工專用碼頭工程位于羅源灣南岸，建設(shè)2個(gè)5000噸級(jí)的固體化工泊位及2個(gè)5000噸級(jí)的液體化工泊位，泊位總長(zhǎng)692m，固體、液體泊位之間由150m聯(lián)系橋連接。碼頭面頂標(biāo)高為10.3m，港池底標(biāo)高為-7.1m。其中兩個(gè)固體化工碼頭為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，為滿足多種船型靠泊而采用雙層系纜墩布置，系纜墩底標(biāo)高分別為10.55m和6.95m，是目前福州港羅源灣港區(qū)少有的采用雙層系纜的碼頭。

根據(jù)建設(shè)單位生產(chǎn)需求，固體化工碼頭設(shè)計(jì)靠泊船型為2000～5000噸級(jí)的固體化學(xué)品船，根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013），設(shè)計(jì)船型尺度見(jiàn)表1。

1.1 設(shè)計(jì)水位

港址處設(shè)計(jì)水位如下（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵婊鶞?zhǔn)）：

極端高水位8.49m

極端低水位-0.52m

設(shè)計(jì)高水位6.89m

設(shè)計(jì)低水位0.51m

1.2 船舶靠泊、作業(yè)條件

1.2.1 船舶允許法向靠泊速度

2000噸級(jí)船舶：法向靠船速度≤0.2m/s；

3000噸級(jí)船舶：法向靠船速度≤0.2m/s；

5000噸級(jí)船舶：法向靠船速度≤0.17m/s。

1.2.2 作業(yè)期限制條件

（1）2000噸級(jí)船舶

當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V＞13.8m/s（六級(jí)風(fēng)）或波高H4%≥0.6m（順浪），H4%≥0.6m（橫浪）時(shí)碼頭停止作業(yè)。

當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V＞22m/s（九級(jí)風(fēng)）或波高H4%＞0.8m時(shí)，船舶必須離開(kāi)碼頭移至錨地避風(fēng)。

（2）3000噸級(jí)船舶

當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V＞13.8m/s（六級(jí)風(fēng)）或波高H4%≥0.6m（順浪），H4%≥0.6m（橫浪）時(shí)碼頭停止作業(yè)。

當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V＞22m/s（九級(jí)風(fēng)）或波高H4%＞1.0m時(shí)，船舶必須離開(kāi)碼頭移至錨地避風(fēng)。

（3）5000噸級(jí)船舶

當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V＞13.8m/s（六級(jí)風(fēng)）或波高H4%≥1.0m（順浪），H4%≥0.8m（橫浪）時(shí)碼頭停止作業(yè)。

當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V＞22m/s（九級(jí)風(fēng)）或波高H4%＞1.0m時(shí)，船舶必須離開(kāi)碼頭移至地避風(fēng)。

表1 設(shè)計(jì)船型尺度表

2 雙層系纜墩的系纜垂直角計(jì)算

根據(jù)《開(kāi)敞式碼頭設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程》（JTJ 295-2000）要求，當(dāng)潮差變化大，無(wú)法滿足不同潮位下系纜垂直角要求時(shí)，應(yīng)在不同高度設(shè)置系纜平臺(tái)。為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文僅對(duì)不同船型在滿載、設(shè)計(jì)低水位等不利情況下的艏艉纜垂直角進(jìn)行計(jì)算，判斷是否滿足規(guī)范要求的垂直角應(yīng)小于30°。

2.1 5000噸船舶艏艉纜垂直角計(jì)算

5000噸船舶在滿載、設(shè)計(jì)低水位情況下的艏艉纜垂直角計(jì)算步驟如下：

2.1.1 系纜墩底標(biāo)高為10.55m時(shí)

已知5000噸級(jí)固體化學(xué)品船型深9.0m，型寬18.8m，滿載吃水7.0m，橡膠護(hù)舷厚度0.4m，設(shè)計(jì)低水位0.51m，艏艉纜相對(duì)船寬居中，系纜墩底標(biāo)高為10.55m。

可得：艏艉纜距碼頭面護(hù)輪坎水平距離a=0.4+18.8/ 2=9.8m

艏艉纜距碼頭面護(hù)輪坎垂直高度b=10.55-[0.51+（9.0-7.0）]=8.04m

垂直角α=180-90-arctan（a/b）=180-90-arctan（9.8/ 8.04）=39.4°＞30°，不滿足規(guī)范要求。

2.1.2 系纜墩底標(biāo)高為6.95m時(shí)

已知5000噸級(jí)固體化學(xué)品船型深9.0m，型寬18.8m，滿載吃水7.0m，橡膠護(hù)舷厚度0.4m，設(shè)計(jì)低水位0.51m，艏艉纜相對(duì)船寬居中，系纜墩底標(biāo)高為6.95m。

可得：艏艉纜距碼頭面護(hù)輪坎水平距離a=0.4+18.8/ 2=9.8m

艏艉纜距碼頭面護(hù)輪坎垂直高度b=6.95-[0.51+（9.0-7.0）]=4.44m

垂直角α=180-90-arctan（a/b）=180-90-arctan（9.8/ 4.44）=24.4°＜30°，滿足規(guī)范要求。

2.2 2000噸級(jí)、3000噸級(jí)船舶艏艉纜垂直角計(jì)算

同理分別算出2000噸級(jí)、3000噸級(jí)船舶在滿載、設(shè)計(jì)低水位情況下的艏艉纜垂直角如表2：

2.3 計(jì)算結(jié)論

通過(guò)計(jì)算可知，2000噸、3000噸、5000噸船舶在滿載、設(shè)計(jì)低水位情況下，如使用底標(biāo)高為10.55m的系纜墩時(shí)艏艉纜垂直角將大于30°，不符合規(guī)范要求，在無(wú)法降低碼頭面標(biāo)高的情況下，必須在不同標(biāo)高處設(shè)置系纜平臺(tái)，而本工程在6.95m標(biāo)高處設(shè)置的系纜墩可滿足不同設(shè)計(jì)船型在滿載、設(shè)計(jì)低水位情況下安全靠泊。

表2 船舶艏艉纜垂直角

3 具體施工方法

由于底標(biāo)高為10.55m的系纜墩設(shè)置在碼頭面層上，施工工藝較為成熟，在此不贅述，本文主要針對(duì)底標(biāo)高為6.95m的系纜墩施工方法進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。立面示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 泊位典型立面示意圖

3.1 施工工藝流程

本工程系船梁施工工藝流程如下：預(yù)制系船梁→現(xiàn)澆樁帽、牛腿→吊裝系船梁→系船梁外伸鋼筋與樁帽外伸鋼筋焊接→焊接處現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)。

3.1.1 預(yù)制系船梁

為減少水上鋼筋、模板施工工作量，系船梁采用預(yù)制工藝，尺寸為6200mm×2200mm×600mm（長(zhǎng)×寬×高），采用C45高性能混凝土，主筋采用Φ25螺紋鋼并在構(gòu)件長(zhǎng)度方向兩端外伸280mm。建議采用鋼模以提高構(gòu)件外觀質(zhì)量，并可通過(guò)鋼模上的精確開(kāi)孔更加有效的提高外伸鋼筋位置的準(zhǔn)確性。

3.1.2 現(xiàn)澆樁帽、牛腿

預(yù)制系船梁的擱置牛腿與樁帽共同現(xiàn)澆，牛腿尺寸2200mm×（200～500）mm×500mm（長(zhǎng)×寬×高），牛腿擱置面正上方的樁帽側(cè)面上預(yù)埋Φ25螺紋鋼，外伸長(zhǎng)度280mm。為確保系船梁安裝順利，以及樁帽側(cè)面外伸鋼筋與系船梁外伸鋼筋的順利焊接，樁帽側(cè)面外伸鋼筋在與系船梁外伸鋼筋相對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)上向岸側(cè)偏移25mm。

3.1.3 吊裝系船梁

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求預(yù)制系船梁混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)等級(jí)的80%以上方可起吊、運(yùn)輸、安裝，混凝土抗壓強(qiáng)度是否達(dá)到要求可通過(guò)留置并檢測(cè)同條件養(yǎng)護(hù)試塊判定。

安裝過(guò)程中系船梁與樁帽的外伸鋼筋達(dá)到24根，互相干擾影響較大，技術(shù)人員應(yīng)在安裝前做好測(cè)量放線定位工作，過(guò)程中指導(dǎo)安裝人員耐心安裝，確保安裝位置偏差符合規(guī)范要求，尤其應(yīng)確保兩端擱置長(zhǎng)度達(dá)到200mm。

3.1.4 系船梁外伸鋼筋與樁帽外伸鋼筋焊接

系船梁外伸鋼筋與樁帽外伸鋼筋均為24根Φ25鋼筋，分3層布置，每層8根，采用單面焊，焊接長(zhǎng)度為10倍鋼筋直徑，即250mm。

3.1.5 焊接處現(xiàn)澆混凝土

系船梁安裝并焊接完成后，系船梁與樁帽間形成一個(gè)2200mm×300mm×600mm（長(zhǎng)×寬×深）的槽，采用C45高性能混凝土現(xiàn)澆。因空間狹小清理困難，應(yīng)采用鼓風(fēng)機(jī)或高壓水槍對(duì)焊渣等雜物進(jìn)行清理干凈后，再對(duì)槽兩端側(cè)模進(jìn)行封堵。

3.2 質(zhì)量控制重點(diǎn)和難點(diǎn)

3.2.1 系船梁、樁帽上的外伸鋼筋預(yù)埋位置的準(zhǔn)確性

外伸鋼筋預(yù)埋位置的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到構(gòu)件能否順利安裝，也直接關(guān)系到外伸鋼筋能否順利焊接，因此應(yīng)采取鋼模板開(kāi)孔定位外伸鋼筋、對(duì)現(xiàn)澆樁帽上的外伸鋼筋位置嚴(yán)格復(fù)測(cè)等措施，確保外伸鋼筋位置的準(zhǔn)確性。

3.2.2 外伸鋼筋的焊接質(zhì)量

外伸鋼筋的焊接質(zhì)量直接影響到系船梁的受力情況，因此焊接質(zhì)量應(yīng)予以重點(diǎn)控制，但由于焊接作業(yè)空間小、鋼筋數(shù)量多、對(duì)應(yīng)的鋼筋難免存在位置偏差等原因，焊接質(zhì)量控制難度較大，故應(yīng)以控制鋼筋預(yù)埋位置、構(gòu)件安裝位置的準(zhǔn)確性為基礎(chǔ)，加強(qiáng)焊接過(guò)程中的質(zhì)量控制，確保每條焊縫都飽滿，焊接長(zhǎng)度達(dá)到250mm以上。

4 結(jié)語(yǔ)

福州港羅源灣港區(qū)屬于天然良港，目前港區(qū)南北兩岸已建成的碼頭多為高樁碼頭和重力式碼頭，使用用途上有散雜貨碼頭、集裝箱碼頭、電廠配套重件碼頭及煤碼頭等，但有個(gè)共同點(diǎn)就是都是單層系纜，該化工專用碼頭為羅源灣港區(qū)內(nèi)少有的采用雙層系纜結(jié)構(gòu)的碼頭。通過(guò)系纜垂直角的驗(yàn)算和系船梁的施工質(zhì)量控制，在理論和實(shí)際上均為該碼頭多種船型的安全系泊提供了可靠的保證，同時(shí)也為其他類似碼頭的設(shè)計(jì)和施工提供了有益參考。

[1]JTS 165-2013，海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2]JTJ 295-2000，開(kāi)敞式碼頭設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)程[S].