某碼頭減載靠泊20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船能力論證

母從容

摘 要：為了充分利用港口岸線(xiàn)和現(xiàn)有碼頭資源，結(jié)合現(xiàn)有碼頭結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)論，對(duì)某工程1#～3#泊位的碼頭泊位長(zhǎng)度、前沿停泊水域、回旋水域、航道、錨地、導(dǎo)助航設(shè)施、碼頭工藝設(shè)備、碼頭主體結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性及碼頭附屬設(shè)施安全性等方面，進(jìn)行超原設(shè)計(jì)船型的集裝箱碼頭靠泊能力的論證，評(píng)估碼頭靠泊20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船舶的可行性。對(duì)不滿(mǎn)足靠泊要求部分，在保障船舶靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)安全的前提下，提出限制要求，在特定的條件下，可進(jìn)行靠離泊裝卸作業(yè)。

關(guān)鍵詞：集裝箱船;減載靠泊;平面尺度;碼頭工藝設(shè)備;碼頭主體結(jié)構(gòu);附屬設(shè)施

中圖分類(lèi)號(hào)：[U653.5]? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2021）03-0080-03

面對(duì)全球集裝箱班輪大型化加速的局面，新建大型深水碼頭固然可以解決問(wèn)題，但往往受到岸線(xiàn)、土地、水域和資金等問(wèn)題的限制變得越發(fā)困難。寶貴的岸線(xiàn)資源是不可再生的，為充分利用港口岸線(xiàn)和現(xiàn)有碼頭資源，在保障船舶靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)安全的前提下，提出限制要求，超原設(shè)計(jì)船型在特定的條件下，進(jìn)行減載靠離泊裝卸作業(yè)可以最大限度發(fā)揮碼頭潛力，優(yōu)化資源配置，滿(mǎn)足公司生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的需求。

1論證內(nèi)容

本文主要從碼頭總平面圖布置、碼頭工藝、碼頭系泊設(shè)施、碼頭結(jié)構(gòu)等主要幾個(gè)方面進(jìn)行安全核算，論證減載靠泊20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船的可能性。

2碼頭結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

某工程碼頭（1#～3#）泊位長(zhǎng)度為1246m，原碼頭設(shè)計(jì)布置3個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位（結(jié)構(gòu)按15萬(wàn)噸集裝箱船預(yù)留），頂高程8.2m（見(jiàn)圖1）。

碼頭結(jié)構(gòu)采用不帶卸荷板的重力式沉箱結(jié)構(gòu)。碼頭持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖，基床頂標(biāo)高為-17.0m。沉箱長(zhǎng)16.60m、底寬14.0m、標(biāo)準(zhǔn)沉箱高20.0m。碼頭采用AA1200三鼓一板高反力橡膠護(hù)舷，設(shè)2000kN系船柱。集裝箱裝卸橋后軌基礎(chǔ)采用灌注樁結(jié)構(gòu)，樁基采用Ф1200灌注樁樁基上現(xiàn)澆C40軌道梁。碼頭前沿現(xiàn)共配備岸邊集裝箱裝卸橋10臺(tái)，軌距均為35m，裝卸橋外伸距66m，其軌上起升高度42m。

根據(jù)碼頭現(xiàn)狀檢測(cè)報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，1#～3#泊位整體基本完好，沉箱、胸墻等主要構(gòu)件均處于較好的保護(hù)狀態(tài);碼頭沉降和位移均在正常的范圍內(nèi);附屬設(shè)施有局部破損，但不影響碼頭使用。碼頭現(xiàn)狀良好，碼頭耐久性能夠滿(mǎn)足要求，不需要加固改造。

3核算論證

3.1論證船型

本次論證船型為20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船，總長(zhǎng)400m，型寬61.5m，型深33.5m，滿(mǎn)載吃水17.0m。

3.2總平面布置復(fù)核結(jié)論

按最新規(guī)范對(duì)20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載（限制吃水16.0m內(nèi)）進(jìn)行論證，論證結(jié)論如下：

（1）泊位長(zhǎng)度：某工程1#～3#泊位岸線(xiàn)總長(zhǎng)1246m，可滿(mǎn)足2艘20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船同時(shí)靠泊。

（2）停泊水域：根據(jù)某工程1#～3#泊位停泊水域水深掃測(cè)資料，現(xiàn)有1#～3#泊位的停泊水域123m的底標(biāo)高均達(dá)到-17.0m，滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載（限制吃水在16.0m內(nèi)）停泊需求。

（3）回旋水域：某工程1#～3#泊位回旋水域與某工程4#泊位統(tǒng)籌考慮，回旋水域長(zhǎng)軸長(zhǎng)2040m，短軸寬675m，根據(jù)某工程1#～3#泊位2020年3月測(cè)圖，測(cè)圖中的回旋水域水深大部分達(dá)到15.5m，局部有淺點(diǎn)。回旋水域內(nèi)需要全部疏浚至-15.5m后才能滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載（限制吃水16m內(nèi)）乘潮作業(yè)的要求。

（4）航道：某工程1#～3#泊位船舶進(jìn)出港利用廈門(mén)港主航道及海滄航道，現(xiàn)有航道尺度滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載（限制吃水16.0m內(nèi)）乘潮進(jìn)出港要求，乘潮水位為3.14m（乘潮歷時(shí)6小時(shí)，保證率90%）。

（5）錨地：1#錨地水深及平面尺度可滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載候潮待泊需要。

3.3碼頭工藝復(fù)核結(jié)論

通過(guò)對(duì)岸橋外伸距和起升高度的核算，復(fù)核結(jié)論如下：

（1）根據(jù)計(jì)算，20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船裝卸作業(yè)要求岸橋外伸距需達(dá)到65.88m，現(xiàn)有岸橋外伸距為66m，可滿(mǎn)足裝卸要求。

（2）20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船裝卸作業(yè)要求岸橋軌上起升高度達(dá)到53m，現(xiàn)有岸橋軌上起升高度為42m，使用單位現(xiàn)擬將岸橋加高8m，則加高后的起升高度分別為50m，加高后仍達(dá)不到55m起升高度的要求。因此，利用現(xiàn)有岸橋裝卸作業(yè)時(shí)需控制甲板上堆箱高度。

3.4碼頭系泊設(shè)施復(fù)核

3.4.1系纜力

設(shè)計(jì)風(fēng)速V=22m/s（9級(jí)風(fēng)），流速V=1.37 m/s計(jì)算。當(dāng)風(fēng)力大于9級(jí)風(fēng)時(shí)船舶應(yīng)離開(kāi)碼頭到錨地避風(fēng)。

系纜力按《港口工程荷載規(guī)范》（JTS 144-1-2010）有關(guān)公式計(jì)算：

式中：N為系纜力標(biāo)準(zhǔn)值; 為風(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;為系船柱受力不均勻系數(shù);n為計(jì)算船舶同時(shí)受力的系船柱數(shù)目， n=14; α為系船纜的水平投影與碼頭前沿線(xiàn)所成的夾角，取α=30°;β為系船纜的水平面之間的夾角，取β=15°。經(jīng)計(jì)算：N =1821kN，碼頭上現(xiàn)有2000kN系船柱可滿(mǎn)足船舶靠泊要求。

3.4.2擠靠力

按《港口工程荷載規(guī)范》（JTS 144-1-2010）有關(guān)公式計(jì)算：船舶?？看a頭后，由吹攏風(fēng)及泊穩(wěn)波浪所產(chǎn)生的船舶擠靠力，由船舶的直線(xiàn)段與碼頭護(hù)舷相接觸，并傳遞給碼頭結(jié)構(gòu)。由于船舶直線(xiàn)段較長(zhǎng)，一般為船長(zhǎng)的0.7倍左右，接觸點(diǎn)較多，其力值小于船舶靠泊撞擊力。

3.4.3撞擊力

船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量按下式計(jì)算：

式中為有效動(dòng)能系數(shù)，取0.8;為船舶質(zhì)量（t），按滿(mǎn)載排水量計(jì)算，取t; 為船舶靠岸法向速度（m/s），m/s。

經(jīng)計(jì)算，有效撞擊能量為774.91KJ。

3.4.4系泊船舶在橫浪作用下對(duì)靠船結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的撞擊能量

經(jīng)計(jì)算，船舶停泊時(shí)在橫浪作用下產(chǎn)生的撞擊力與靠泊時(shí)產(chǎn)生的撞擊力相比較小，不起控制作用。

綜上所述，碼頭現(xiàn)有靠泊設(shè)施為AA1200H三鼓一板高反力型橡膠護(hù)舷，最大設(shè)計(jì)吸能分別為806kJ。根據(jù)以上結(jié)果，在嚴(yán)格限制船舶法向靠泊速度的前提下，能夠滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船靠泊要求，靠泊時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制船舶法向靠泊速度。

3.4.5碼頭結(jié)構(gòu)復(fù)核

根據(jù)工藝設(shè)備復(fù)核現(xiàn)有岸橋軌上起升高度不滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船裝卸作業(yè)要求，需對(duì)岸橋進(jìn)行加高改造，結(jié)合現(xiàn)有條件及使用單位需求，擬將岸橋加高8m。由于岸橋加高8m后設(shè)計(jì)荷載改變，需按加高后的岸橋荷載對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)核。

3.4.5.1設(shè)計(jì)波浪要素

工作狀態(tài)：按船舶作業(yè)最大允許波高，H1%=1.3m，H4%=1.0m。非工作狀態(tài)：50年一遇，波向SE，H1%=4.23m，L=66m，Tm=6.5S。

3.4.5.2碼頭均布荷載

碼頭前方70m范圍內(nèi)均布荷載30kPa;距碼頭前沿70m范圍外為堆場(chǎng)，均布荷載60 kPa。

3.4.5.3岸橋荷載

加高8m后的集裝箱裝卸橋基距16m，軌距35m，工作狀態(tài)下（計(jì)算風(fēng)速20m/s），前軌最大輪壓860kN，后軌最大輪壓634kN;非工作狀態(tài)下（計(jì)算風(fēng)速70m/s），前軌最大輪壓1458kN，后軌最大輪壓1550kN;前軌支腿最大上撥力4512 kN，后軌支腿最大上撥力3151kN。

3.4.5.4地質(zhì)條件

現(xiàn)有碼頭結(jié)構(gòu)的持力層為中風(fēng)化花崗巖。

3.4.5.5主要結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

（1）碼頭抗傾、抗滑穩(wěn)定性，基床應(yīng)力及基地承載力。沿基床頂面：抗滑作業(yè)效應(yīng)組合值/滑動(dòng)作業(yè)效應(yīng)組合值為1.41，抗傾作業(yè)效應(yīng)組合值/傾覆作業(yè)效應(yīng)組合值為1.36;沿基床底面：抗滑作業(yè)效應(yīng)組合值/滑動(dòng)作業(yè)效應(yīng)組合值為1.22，均滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的≥1的要求?；岔斆孀畲髴?yīng)力為785.5<800kpa，滿(mǎn)足規(guī)范要求。地基承載力抗力分項(xiàng)系數(shù)r=2.76，滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的取值范圍為2.0～3.0的要求。

（2）碼頭整體穩(wěn)定性計(jì)算。碼頭整體穩(wěn)定計(jì)算的最小抗力分項(xiàng)系數(shù)持久工況為1.21，地震工況為1.13，滿(mǎn)足規(guī)范規(guī)定的1.1～1.3的要求。

（3）沉箱底板強(qiáng)度計(jì)算。作業(yè)在沉箱底板上的最大彎矩包括：承載能力極限狀態(tài)最大彎矩組合值為519.8kN/m;正常使用極限狀態(tài)最大彎矩組合值為304.2kN/m;經(jīng)核算，強(qiáng)度、裂縫等結(jié)構(gòu)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（4）后軌道梁強(qiáng)度計(jì)算。作業(yè)在后軌道梁上的最大彎矩包括：承載能力極限狀態(tài)最大彎矩組合值為10738.1kN/m;正常使用極限狀態(tài)最大彎矩組合值為4426.5kN/m;經(jīng)核算，強(qiáng)度、裂縫等結(jié)構(gòu)指標(biāo)均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

（5）灌注樁配筋及承載力計(jì)算。作業(yè)在后軌道梁下方的灌注樁的最大彎矩包括：承載能力極限狀態(tài)最大彎矩組合值為1091.7kN/m;正常使用極限狀態(tài)最大彎矩組合值為452.0kN/m;灌注樁承載能力極限狀態(tài)最大壓樁力為6573.0kN，最大拉樁力為410.6kN;經(jīng)驗(yàn)算，灌注樁強(qiáng)度、裂縫及樁基承載力均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4減載靠泊限定條件

依據(jù)《沿海碼頭靠泊能力管理規(guī)定》，某工程1#～3#泊位可以減載靠泊20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船舶，靠離泊限制條件如下：

系船柱個(gè)數(shù)≥14個(gè);法向靠岸速度≤0.08m/s;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離泊風(fēng)速≤22 m/s;靠離泊風(fēng)速：吹攏風(fēng)風(fēng)力≤5級(jí)，吹開(kāi)風(fēng)風(fēng)力≤6級(jí);緊急離泊波高≤1.5 m;允許最大吃水≤16.0m;允許最大載重噸≤17.5萬(wàn)噸;拖輪配置單艘拖輪馬力不小于5000HP，拖輪數(shù)量3～4艘。

5結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在不改變碼頭平面布置及碼頭主體結(jié)構(gòu)的情況下：

（1）碼頭泊位長(zhǎng)度、前沿停泊水域、回旋水域、航道、錨地等經(jīng)過(guò)論證在限定靠離泊條件均能滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載使用要求;

（2）碼頭現(xiàn)有系船柱和橡膠護(hù)舷在限定條件下能滿(mǎn)足20萬(wàn)噸級(jí)集裝箱船減載靠泊要求;

（3）岸橋的起升高度在控制甲板堆箱層數(shù)和船舶吃水情況下，以及岸橋輪壓荷載不超過(guò)核算輪壓的情況下，碼頭主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、地基承載力、沉箱及后軌道梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、灌注樁結(jié)構(gòu)承載力等滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTS 167-2018《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[S].

[2]JTS 144-1-2010《港口工程荷載規(guī)范》[S].

[3]楊彩云，天津港南1西、南2、南3泊位靠泊能力核算[J].港工技術(shù)，2007.10：17-20.