某漁港浮碼頭方案優(yōu)化設(shè)計探討

孫見鋒，程 鵬，邢 飛

（1.山東省水利勘測設(shè)計院有限公司，山東 濟南250013；2.中交廣州水運工程設(shè)計研究院有限公司，廣東 廣州510220）

浮碼頭又稱“躉船碼頭”，通常由躉船、躉船的錨系和支撐設(shè)施、引橋及護岸4 部分組成。由于躉船是隨著水位變化而升降，所以躉船、錨鏈、撐桿和引橋等結(jié)構(gòu)在使用過程中是不斷活動的[1]，這也是浮碼頭和固定式碼頭最主要的區(qū)別。引橋的一端搭在躉船上，另一端直接架在護岸頂上。浮碼頭的優(yōu)勢為結(jié)構(gòu)組成相對簡單、主體質(zhì)量容易控制、布置設(shè)計和拆除相對容易以及水位變化適應(yīng)性好、造價低等，廣泛應(yīng)用于中國內(nèi)河和沿海潮差較大且風浪掩護條件好的港口內(nèi)[2]。浮碼頭設(shè)計中，躉船平面布置方案及其系留設(shè)施的選用和計算是重要內(nèi)容之一。浮碼頭躉船的固定方式主要有帶鏈、拋錨式（如圖1 所示）、撐桿式（如圖2 所示）以及錨鏈+撐桿混合式（如圖3 所示）。帶鏈式和撐桿式具有躉船位移小、船舶系靠穩(wěn)妥、水位變動時管理方便等優(yōu)點，適用于水位變幅小、流速小及受潮影響等地區(qū)；拋錨式被廣泛用于水位變幅大、流速大的河岸區(qū)域；錨鏈+撐桿混合式適用于風浪和流速均較大的地區(qū)[3]。近些年來，隨著船舶日趨大型化，船舶?？扛〈a頭時，躉船承受的撞擊力、系攬力等大大增加，現(xiàn)有的錨鏈系留方式要滿足工藝對躉船的位移要求的難度越來越大[4-5]。因此，探究新的躉船系留固定方式就顯得十分迫切和重要。

圖1 帶鏈、拋錨式

圖2 撐桿式

圖3 錨鏈+撐桿式

近些年來，近海漁業(yè)資源日益減少，人們?yōu)楂@取更多的漁業(yè)資源，必須向更深更遠的海域進行捕撈。而遠洋捕撈對于物料補給和漁業(yè)制冰能力帶來重大考驗。某漁港為提升港區(qū)的物料補給和制冰能力，擬在已有港池內(nèi)修建浮碼頭，浮碼頭后方將規(guī)劃建設(shè)制冰車間和油庫，制冰車間生產(chǎn)的冰塊將通過后續(xù)配套的傳送帶設(shè)備運輸至浮碼頭，油庫將通過輸油管線把油輸送至浮碼頭處供油閥。本設(shè)計中由于岸線資源有限，受港池進出港船只影響，拋錨水域小，探索采用樁簇、灌注樁和沉箱等結(jié)構(gòu)方案來固定躉船。

本文根據(jù)實際工程情況，對浮碼頭平面方案和躉船系留固定設(shè)施設(shè)計進行了優(yōu)化比選，為工程設(shè)計提供參考。

1 工程概況

該漁港一期已建成東、南、西3 面共1 800 m 的防波堤，520 m 的400HP 主體碼頭，100 m 的185HP 主體碼頭，400 m 的中小漁船主體碼頭；完成港池、航道疏浚10 萬m3，陸域回填46 萬m3，港區(qū)道路及配套設(shè)施齊全。二期陸域回填工程項目建成后形成陸域面積59 萬m2。建成后港池面積55 萬m2，擁有大小泊位34個，泊位水深最高潮可達9 m，最低潮為﹣5 m，可?？? 500 多艘漁船。新建浮碼頭建設(shè)地點位于港池東北角。浮碼頭由躉船、鋼棧橋、作業(yè)平臺、錨鏈及灌注樁構(gòu)成。

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

2.1 地形、地貌

場地地貌單元為濱海相沉積地貌。場地為近海海底，最低潮時仍不能露出，整體地勢較平坦，地面標高最大值為﹣3.74 m，最小值為﹣4.02 m，地表相對高差為0.28 m。

2.2 地基土的分布及其工程地質(zhì)特征

根據(jù)本次勘察結(jié)果，場地內(nèi)地層自上而下分述如下：①流泥（Q4 m）?；疑?、流塑、干強度差、韌性差，無法取到原狀樣、無搖震反應(yīng)、有腥臭味。場區(qū)普遍分布，厚度為0.60～1.10 m，平均0.83 m；層底標高為﹣5.12～﹣4.34 m，平均﹣4.75 m；層底埋深為0.60～1.10 m，平均0.83 m。②強風化花崗片麻巖（Pt）。黃褐色、密實，具細粒變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為長石、石英及暗色礦物，可見較多云母質(zhì)，巖芯擾動易碎，呈礫砂狀或碎石狀，局部呈碎塊狀，偶呈短柱狀，進尺不均。巖體為破碎的軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。該層未穿透。場區(qū)普遍分布，揭露厚度為10.10～12.50 m，平均11.03 m；揭露層底標高為﹣17.30～﹣14.44 m，平均﹣15.79 m；揭露層底埋深為10.70～13.30 m，平均11.87 m。

本層做標準貫入試驗3 次，統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 標準貫入試驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)

2.3 各巖土層參數(shù)

根據(jù)現(xiàn)場鑒別巖土狀態(tài)、標貫試驗，結(jié)合當?shù)亟ㄔO(shè)經(jīng)驗，并依據(jù)JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)內(nèi)容，確定承載力特征值fak、重度γ、壓縮及變形模量Es及Eo、鉆（沖）孔灌注樁的側(cè)摩阻力特征值qsia、鉆（沖）孔灌注樁的端阻力特征值qpa等參數(shù)，如表2 所示。

表2 各巖土層參數(shù)表

3 浮碼頭平面布置方案設(shè)計

浮碼頭由4 艘鋼制躉船、管樁樁、錨鏈和鋼棧橋等組成。鋼制躉船的尺寸為28 m×7 m×1.4 m（長×寬×吃水深）；鋼棧橋采用桁架式結(jié)構(gòu)，尺寸為24 m×4.0 m（長×寬）。組成浮碼頭的躉船軸線垂直于岸線方向，分2 排并列布置，每列躉船由2 艘躉船組成。2 列躉船之間設(shè)置1 排灌注樁，灌注樁樁徑為1 500 mm，共計4 根；灌注樁通過套箍裝置與躉船連接，實現(xiàn)躉船沿著灌注樁上下移動。2 排躉船之間設(shè)置2 道鋼棧橋，方便人員及貨物運送。躉船通過2 道鋼棧橋與岸邊的作業(yè)碼頭相連接，如圖4 所示?？⒐ず蟮母〈a頭如圖5 所示。

圖4 浮碼頭平面布置圖

圖5 竣工后的浮碼頭

4 浮碼頭固定方案設(shè)計

浮碼頭躉船的系留，可按碼頭靠泊船駁種類與噸位、躉船允許位移量等使用要求和躉船所處的水域限界、水位差、水流、波浪、水底土質(zhì)等環(huán)境條件選用錨鏈和錨、撐桿系統(tǒng)或定位墩等方式。

4.1 方案一：錨鏈+樁簇

樁簇采用鋼管組成的類導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，鋼管底座為嵌入巖體的鋼管樁。樁簇在陸地制作完成之后運輸?shù)胶Ｉ希摴芮稁r樁底座先定位施工好，露出水面以上2.0 m，嵌巖樁施工完成后，對各個樁的中心距及垂直度進行測量，在樁簇陸地制作過程中隨時進行各個鋼管中心距之間距離的復(fù)測，確保陸地制作的樁簇導(dǎo)管架和水上嵌巖樁底座中心對中。該方案可以使得陸上樁簇鋼管結(jié)構(gòu)、躉船結(jié)構(gòu)加工制作和海上鋼管嵌巖樁施工同步進行，能夠加快施工進度。該方案樁簇結(jié)構(gòu)涉及鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點多，結(jié)構(gòu)本身受力相對復(fù)雜，節(jié)點安全對計算要求高。

4.2 方案二：錨鏈+灌注樁

采用4 根直徑為1 500 mm 的灌注樁，根據(jù)浮碼頭正常運行作業(yè)的要求，設(shè)計樁頂標高為8.0 m，樁底標高為﹣10.0 m，樁體嵌入巖體5.0 m。躉船與灌注樁之間通過滾輪橡膠護舷連接，從而確保躉船能夠隨著水位的升降沿著灌注樁上下浮動，發(fā)揮浮碼頭的正常效用。鉆孔灌注樁施工過程中用到的鋼護筒在施工結(jié)束后予以保留。此灌注樁施工方案為水下施工，對作業(yè)天氣要求較高。

4.3 方案三：沉箱

2 列躉船之間布置2 處沉箱，沉箱與躉船之間通過鋼結(jié)構(gòu)連接，鋼結(jié)構(gòu)與沉箱之間通過滾動支座連接，從而實現(xiàn)躉船隨著水位變動沿著沉箱上下浮動。

各方案之間優(yōu)缺點如表3 所示，本項目建設(shè)推薦采用方案二。

表3 躉船固定方案比選

5 小結(jié)

本文結(jié)合實際工程給出了浮碼頭平面方案設(shè)計，并對躉船系留設(shè)施設(shè)計方案進行了優(yōu)化比選，通過對比選擇，最后推薦“錨鏈+灌注樁”的固定方式作為本項目的具體實施方案。躉船與灌注樁之間通過滾輪橡膠護舷連接，從而確保躉船能夠隨著水位的升降沿著灌注樁上下浮動，實際運行過程中，浮碼頭運行良好。該方案布置形式為類似工程設(shè)計提供了一些參考。