兼顧大型海纜敷設(shè)船靠泊的多用途碼頭設(shè)計(jì)

余廣南 陽(yáng)江市交通投資集團(tuán)有限公司

陽(yáng)江港是國(guó)家一類對(duì)外開放口岸，水陸交通十分方便，隨著陽(yáng)江港港口功能的完善和輻射能力的增強(qiáng)，不斷有企業(yè)入駐港區(qū)后方臨港區(qū)域，臨港工業(yè)發(fā)展迅速。根據(jù)廣東省統(tǒng)一部署，陽(yáng)江將打造成為世界級(jí)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地。目前已有多家風(fēng)電企業(yè)落戶陽(yáng)江風(fēng)電產(chǎn)業(yè)基地。為滿足風(fēng)電海纜的制造、出運(yùn)以及風(fēng)電運(yùn)維所需物資的裝卸等需求，陽(yáng)江市交通投資集團(tuán)建設(shè)了陽(yáng)江港吉樹作業(yè)區(qū)#J13-#J14泊位碼頭工程項(xiàng)目。

本文通過(guò)對(duì)陽(yáng)江港吉樹作業(yè)區(qū)#J13-#J14泊位碼頭工程項(xiàng)目的相關(guān)介紹，淺談兼顧大型海纜敷設(shè)船靠泊的多用途碼頭設(shè)計(jì)，可為類似工程提供借鑒及參考。

1.泊位吞吐量預(yù)測(cè)

由于陽(yáng)江港區(qū)腹地經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，特別是腹地內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化升級(jí)，使陽(yáng)江港吞吐量快速增長(zhǎng)。本項(xiàng)目南側(cè)#J13泊位定位為海纜及多用途泊位，北側(cè)#J14泊位定位多用途泊位，項(xiàng)目建成后主要滿足海纜的出運(yùn)需求，同時(shí)滿足交直流海洋纜附件以及臨港企業(yè)的運(yùn)輸需求。預(yù)計(jì)本項(xiàng)目吞吐量91.5萬(wàn)噸，其中海纜6萬(wàn)噸、海纜附件0.5萬(wàn)噸、鋼材50萬(wàn)噸、其他件雜貨25萬(wàn)噸、集裝箱1萬(wàn)TEU。本項(xiàng)目吞吐量預(yù)測(cè)詳見表1。

表1 本項(xiàng)目吞吐量預(yù)測(cè)表

2.設(shè)計(jì)船型選擇

海纜船船型屬特種船型，未在《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTSl165——2013）中收錄，通過(guò)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)及后方電纜廠的調(diào)研，本工程設(shè)計(jì)船型為實(shí)船資料。根據(jù)港口規(guī)范，多用途泊位確定代表船型為3000噸雜貨船（兼顧海纜船舶、集裝箱船舶靠泊），以滿足企業(yè)及市場(chǎng)未來(lái)發(fā)展需求，同時(shí)結(jié)構(gòu)按5000噸級(jí)雜貨船及海纜船-海洋石油286設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)船型選擇詳見表2。

表2 設(shè)計(jì)船型選擇

3.裝卸工藝

裝卸工藝布置和設(shè)備配置除滿足主要貨種的作業(yè)要求外，還考慮盡可能適應(yīng)多種貨物的裝卸和搬運(yùn)。本項(xiàng)目碼頭用于裝卸海底電纜及其配套附屬設(shè)施、鋼鐵、其他件雜貨及集裝箱等貨物。

海纜裝卸工藝特殊，需采用“邊生產(chǎn)，邊裝卸”的工藝，碼頭需與后方廠區(qū)做好銜接，保證輸纜棧道的銜接。對(duì)于海纜設(shè)備，常用的裝卸機(jī)械有高空敷纜機(jī)及門座式敷纜起重機(jī)。

海底電纜利用高空敷纜機(jī)或門座式敷纜起重機(jī)進(jìn)行裝船作業(yè)。后方廠區(qū)內(nèi)的海底電纜通過(guò)輸纜棧道上的多處牽引裝置將其夾送至碼頭后邊沿，經(jīng)碼頭前方的高空敷纜機(jī)完成裝船作業(yè)?？紤]到海纜采用專用高空敷纜機(jī)裝船其相關(guān)技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟，在各大港口應(yīng)用廣泛，后期更易維修、保養(yǎng)。而采用門座式敷纜起重機(jī)同時(shí)兼顧不同貨種，使用上維修頻率較高。因此，本工程采用了高空敷纜機(jī)裝卸海纜。

海底電纜配套附屬設(shè)施、鋼鐵及其他件雜貨的裝卸船作業(yè)分別通過(guò)門座式起重機(jī)、多用途門座式起重機(jī)裝卸，集裝箱通過(guò)多用途起重機(jī)進(jìn)行裝卸。

4.平面布置

根據(jù)《陽(yáng)江港總體規(guī)劃》（2018年5月），本工程碼頭等級(jí)按3000噸級(jí)泊位設(shè)計(jì)，為一字形連續(xù)布置。#J9-#J16連續(xù)布置且均為我集團(tuán)碼頭，#J13-#J14為其中的2個(gè)中間多用途泊位，岸線長(zhǎng)度278m，本工程泊位可與相鄰泊位共用船舶停泊的富余長(zhǎng)度，以滿足安全系纜的需求。

本工程碼頭長(zhǎng)度可以同時(shí)?？?艘海纜船（海洋石油286）和1艘3000噸級(jí)雜貨船/集裝箱船，也可以兼顧遠(yuǎn)期預(yù)留船型考慮，同時(shí)停靠2艘5000噸級(jí)雜貨船。泊位長(zhǎng)度的典型船型組合詳見表3。

表3 泊位長(zhǎng)度的典型船型組合

碼頭前沿停泊水域?qū)挾劝?倍船寬設(shè)計(jì)，J13泊位設(shè)計(jì)取值65m，J14泊位設(shè)計(jì)取值37m。由于本工程碼頭結(jié)構(gòu)為高樁透空式結(jié)構(gòu)，碼頭后期浚深工序復(fù)雜，不僅施工時(shí)間長(zhǎng)，影響碼頭后期運(yùn)營(yíng)，且對(duì)岸坡整體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)內(nèi)力產(chǎn)生不利影響，故本工程碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程按照最大設(shè)計(jì)船型（海洋石油286）考慮為-9.0m。

圖1 碼頭平面布置圖

因此，本工程平面布置如下：碼頭前沿線長(zhǎng)278m、寬30m，采用棧橋式布置方案，設(shè)計(jì)頂高程為+5.5m，布置2個(gè)泊位。其中南側(cè)#J13泊位為海纜及多用途泊位、長(zhǎng)170m，具備常規(guī)件雜貨裝卸和海纜出運(yùn)功能，北側(cè)#J14泊位為多用途泊位、長(zhǎng)108m，以件雜貨和集裝箱裝卸為主。設(shè)置3座引橋與陸域相連。陸域總面積6.27萬(wàn)m2。陸域設(shè)置2個(gè)功能分區(qū)，為貨物堆存作業(yè)區(qū)和輔建區(qū)。貨物堆存作業(yè)區(qū)布置2塊件雜貨堆場(chǎng)、2塊鋼材堆場(chǎng)、1塊集裝箱堆場(chǎng)。

為了滿足海纜出運(yùn)需求，在海纜出運(yùn)泊位后方中部預(yù)留布置海纜輸送橋架位置，連接碼頭與后方堆場(chǎng)。海纜輸送橋架沿碼頭后邊沿南引橋北邊線-件雜貨堆場(chǎng)、鋼材堆場(chǎng)南邊線布置，并在出口大門附近設(shè)置接口，與后方海纜廠區(qū)的海纜輸送橋架連接。

5.碼頭結(jié)構(gòu)

根泊位建成后運(yùn)營(yíng)的海纜廠最大為“瑞興68”及“海洋石油286”，船舶噸級(jí)接近15000噸，碼頭設(shè)計(jì)需充分考慮結(jié)構(gòu)安全。為保證結(jié)構(gòu)可靠，計(jì)算時(shí)同時(shí)考慮端部2個(gè)排架各承受1個(gè)撞擊力。經(jīng)計(jì)算，由于撞擊力的水平分力較大，需增設(shè)承擔(dān)水平承載力的斜樁。且當(dāng)撞擊力位于端部2個(gè)排架時(shí)，能分擔(dān)水平力的樁基數(shù)量最少，樁基受力最大。在撞擊力位于其余中間排架時(shí)，隨著分擔(dān)的排架增多，樁基受力減小。根據(jù)分析，同時(shí)從節(jié)約工程造價(jià)出發(fā)，每個(gè)結(jié)構(gòu)段在端部設(shè)置11根樁，其余排架設(shè)置10根樁即能滿足結(jié)構(gòu)受力要求。結(jié)構(gòu)方案如下：

（1）樁基布置：每個(gè)結(jié)構(gòu)段端部排架設(shè)置11根樁，其中前沿10.5m范圍內(nèi)3對(duì)叉樁（軌道下各1對(duì)，斜率4:1，前排樁斜率分別為7:1和4:1），10.5m～30m范圍布置5根直樁。非端部排架設(shè)置10根樁，前沿10.5m范圍內(nèi)5根樁，其中軌道下各1對(duì)叉樁（斜率4:1）、1根直樁，10.5m～30m范圍布置5根直樁。每個(gè)結(jié)構(gòu)段內(nèi)的排架間距均為7m；基樁采用Φ800PHC管樁（配鋼樁靴），以中風(fēng)化花崗巖為持力層。

（2）上部結(jié)構(gòu)：橫梁尺寸：上橫梁寬900 m m、高1600 m m（含面板厚度，不含磨耗層厚度），下橫梁寬1400 m m，高600 m m；碼頭前沿設(shè)置預(yù)制管溝梁，其余間隔布置預(yù)制軌道梁（寬×高=1000mm×2200mm）、預(yù)制縱梁（寬×高=600mm×1600mm）；面板厚度為550mm，采用疊合板結(jié)構(gòu)，其中預(yù)制板厚300mm，現(xiàn)澆板250mm，磨耗層50mm。

（3）護(hù)舷、系船柱設(shè)施：采用SA(DA-A)500H2500L橡膠護(hù)舷作為碼頭的防撞設(shè)備，系船設(shè)施采用650kN系船柱。

（4）引橋：為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，排架間距為7.3m，每榀排架布置3 根灌注樁，樁底以中風(fēng)化花崗巖為持力層。上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制梁板結(jié)構(gòu)，引橋橫梁尺寸：上橫梁寬800 m m，下橫梁寬1300 m m，高1850mm，引橋次梁尺寸：（寬×高=600mm×1350mm），面板為疊合板結(jié)構(gòu)，其中預(yù)制板厚300mm，現(xiàn)澆板250mm，磨耗層50mm。樁基承載力設(shè)計(jì)值詳見表4。

表4 樁基承載力設(shè)計(jì)值

圖2 碼頭典型結(jié)構(gòu)斷面圖（中部排架）

6.結(jié)語(yǔ)

（1）海纜上下船裝卸可采用成熟、經(jīng)濟(jì)的高空敷纜機(jī)；海纜裝卸工藝特殊，需采用“邊生產(chǎn)，邊裝卸”的工藝，碼頭需與后方廠區(qū)做好銜接，保證輸纜棧道的銜接；

（2）由于海纜船為特定船型，平面設(shè)計(jì)時(shí)水域底標(biāo)高需充分預(yù)留，保障船舶進(jìn)出安全；

（3）碼頭結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)需充分考慮船舶撞擊力的個(gè)數(shù)，為優(yōu)化樁基布置，節(jié)約投資，可采取端部增設(shè)加強(qiáng)樁的方式增加樁基承載力。