高水位落差自適應浮動碼頭設計實施方案

董 杰，黃海楊，鄔海軍

（浙江省水利水電勘測設計院有限責任公司，浙江 杭州 310002）

隨著我國水利事業(yè)的發(fā)展，水庫運行管理的要求越來越高。水庫管理部門為了滿足水庫的防汛應急搶險、應急物資運輸及日常庫區(qū)垃圾打撈等需求，常會配置多艘專業(yè)船舶，這使得用于船舶停靠的碼頭成為水庫設施的重要組成部分。目前，水庫的碼頭設計和建設相對落后，常采用簡易浮筒作為碼頭，難以滿足船舶?？?、補給、維護、防汛物資搬運等需求。

水庫碼頭使用條件不同于在河海、湖泊中的碼頭，水庫常存在幾十米的水位落差且防汛使用期間伴隨大風大雨，常規(guī)的聯(lián)系橋加浮橋的浮動碼頭布置方式難以滿足水庫的使用條件［1］。文章以浙江省某水庫實施浮動碼頭工程為例，根據(jù)水庫浮動碼頭的使用特點，結合市場上已有的成熟船舶?？康母哟a頭產品進行創(chuàng)新設計，設計出能自動適應水位落差的浮動式船舶?？奎c方案。為今后需要在類似高水位落差下運行的浮動碼頭的設計與布置提供參考與借鑒。

1 工程實例

1.1 工程現(xiàn)狀

文章以浙江省某水庫浮動碼頭設計為例，該水庫以供水、防洪為主，水庫岸坡較緩、庫面開闊，水面的風、波浪等載荷大且常年水位落差高達20余米。船舶?？奎c位于水庫庫區(qū)的左側，由簡易浮筒組成，船舶相互連接?？?，無獨立泊位；浮筒通過纜繩系在岸邊，由簡易便道連接管理。

船舶停靠點存在以下問題：①船舶?？奎c僅通過纜繩系在岸邊，由于水庫的水位落差較大，若不及時調整纜繩長度，水位下降時浮筒容易掛在岸坡上，水位上升時浮筒無法上浮，從而威脅到停靠船舶的安全。②水庫庫面開闊，水面風、波浪等載荷對船舶停靠點影響較大；停靠點沒有獨立的泊位，船舶相互連接?？?，停靠點無法牢固固定?？康拇?，船舶容易相互碰撞；同時，管理人員上、下船舶及對船舶進行補給、維修相當不便。③?？奎c直接系在岸邊，無上、下?？奎c的聯(lián)系橋，而且便道較長，船舶油料、廢油、維修工具等人力不便搬運物品的運輸十分困難。④由于船舶?？奎c整體可靠度低，而停泊的船舶均有防汛功能要求，無法保證防汛期間船舶的正常工作。

1.2 工程必要性

船舶?？奎c在使用過程中存在上述諸多問題，難以滿足水庫日常管理及防汛期間對船舶停靠及使用的要求。

為保證現(xiàn)有船舶可靠停泊，滿足船舶補給、維護需要，保證防汛期間可靠地使用碼頭設施，并解決物資搬運、船舶油料等物資的便捷運輸，建設一個符合要求的浮動碼頭迫在眉睫。

2 基礎布置

2.1 工程地質

新建浮動碼頭仍建設在水庫庫區(qū)的左岸，對建設場地進行地質勘查。根據(jù)巖土層成因、類型，將探深內的巖土層劃分為2個工程地質層組，細分3個工程地質亞層。

根據(jù)節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析，結合山坡現(xiàn)狀地形分析，滑道上方玄武巖臺地雖然現(xiàn)狀山坡較為穩(wěn)定，但是巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，尤其是順坡向③號節(jié)理的存在，及臺地下部分布一層厚2～4 m的圓礫層，在工程建設的邊坡開挖過程中，誘發(fā)滑坡，坍塌的可能性大。滑道地處角礫凝灰?guī)r分布區(qū)，該區(qū)塊山體雖現(xiàn)狀山坡較為穩(wěn)定，但坡度較陡，植被不發(fā)育，巖石強風化層較厚，受順坡向節(jié)理的控制，在基礎施工開挖過程中，誘發(fā)基礎上方山體滑坡的可能性中等。

工程所在地不在地震帶上，因此發(fā)生較大地震的概率非常小。震級強度一般都在2級以內，最大為4.5級地震，至今尚沒有發(fā)生過破壞性地震。

場地所處位置區(qū)域構造活動十分微弱，地震頻率低、震級?。粓龅貎鹊貙臃植驾^穩(wěn)定，無滑坡、崩塌、泥石流及巖溶、土洞等影響工程穩(wěn)定的不良地質作用?？碧竭^程中，場地內無暗河、暗塘、暗浜、古墓穴等影響工程穩(wěn)定性的不利埋藏物。因此，場地基本穩(wěn)定，可以進行浮動碼頭建設。

2.2 土建基礎

本工程的浮動碼頭基礎采用固定式斜坡軌道基礎。軌道基礎整體寬 6.0 m，高 1.6 m，坡度為 1∶2.5，水平長度為77.0 m。斜坡軌道基礎由實體C25F50砼軌道梁及C25F50砼擋墻組成。在兩根實體砼軌道梁1上設置浮橋軌道，在砼軌道梁2上設置載物小車軌道和上、下行走的樓梯，具體布置如圖1所示。

圖 1 斜坡軌道基礎斷面 （單位：cm）

軌道基礎頂部設C25F50砼擋墻，擋墻頂高程108.0 m，擋墻頂寬 1.0 m，擋墻底高程初定 103.5 m，擋墻高度4.5 m，擋墻迎水面坡度為 1∶0.5，背水面坡度為 1∶0.1。

軌道基礎底部設C25F50砼擋墻，擋墻頂高程78.0 m，擋墻頂寬 1.0 m，擋墻底高程初定 70.0 m，擋墻高度8.0 m，擋墻迎水面坡度為 1∶0.5，背水面坡度為 1∶0.2。

3 碼頭設計

按照《游艇碼頭設計規(guī)范》（JTS 165-7-2014）的要求進行碼頭設計［2］，浮動碼頭設備主要有主浮橋、支浮橋、載物小車和配套設施組成。

3.1 主浮橋

主浮橋用于連接支浮橋和斜坡軌道基礎，從而保證整個浮動碼頭能隨水位變動在軌道基礎上運動。主浮橋結構整體呈“L”形，如圖2、圖3所示。

圖 2 主浮橋結構側視圖 （單位：mm）

主浮橋的框架采用鍍鋅鋼管焊接的桁架結構，上部底面設有支承輪，保證主浮橋在斜坡軌道基礎上運動，并設置限位裝置，保證浮橋不脫離基礎；下部底面設置浮體，浮體采用由滾塑專用聚乙烯材料內部填充泡沫而成的浮箱；主浮橋面板采用塑木復合材料。由于主浮橋直接與軌道基礎連接，故浮動碼頭上的管理房設置在主浮橋上。同時主浮橋上設置系泊柱、欄桿等附屬設施。

主浮橋框架高度約1.2 m，上表面積約72 m2，自重約5 t；主浮橋的導向限位埋件埋設于水工上，為保證安裝精度，采用二期澆筑，單側埋件長度約97 m，埋件外露表面采用06Cr19Ni10，埋件自重約34 t。

3.2 支浮橋

支浮橋連接主浮橋，形成相應的泊位。按位置分為支浮橋1～3（如圖3所示）。

根據(jù)本工程船舶泊位布置需求，支浮橋1、支浮橋2直接連接主浮橋，為主要通道，采用浮箱式浮橋。浮體采用低密度聚乙烯浮箱拼裝，上鋪鋼結構桁架，面板采用塑木復合面板。支浮橋1、支浮橋2面積約147 m2，載荷按規(guī)范。

為減小浮動碼頭懸臂端所受載荷對主浮橋的影響，支浮橋3采用浮筒式浮橋。浮橋采用低密度聚乙烯浮筒拼裝。支浮橋3面積約90 m2，載荷按規(guī)范。

支浮橋橋面應與主浮橋橋面平齊，同時支浮橋上設置系泊柱、欄桿等附屬設施。

3.3 載物小車

載物小車主要為解決船舶油料、廢油、維修工具等人力不便搬運物品的運輸，由岸上管理用房內的卷揚機牽引，如圖3所示。

圖3 浮動碼頭布置效果圖

載物小車采用鋼結構框架，底部及兩側設置支撐輪和導向輪，小車平臺長約4 m，寬約2 m，出入口設活動欄桿，其余四周設欄桿；小車自重約 0.8 t，可載重約 1.5 t，由岸上管理房內的卷揚機設備牽引，牽引力為10 kN，揚程約95 m。

載物小車軌道埋件、導向埋件埋設于水工上，為保證安裝精度，采用二期澆筑，埋件外露表面采用06Cr19 -Ni10，埋件自重約 4 t，小車導向件重約 3 t。

載物小車平時鎖定在頂部平臺，當需要運輸作業(yè)時，有管理人員通過手持遙控操作岸上管理房內卷揚機設備進行升降。

3.4 配套設施

浮動碼頭的配套設置主要包括鋼樓梯、浮橋管理房、岸上管理房、固定裝置等，如圖3所示。①鋼樓梯。在砼縱梁1和砼縱梁2之間設置鋼樓梯，用于上、下碼頭。樓梯采用鋼結構，面板防滑設計，呈21.8°布置，長約81 m，寬約1.7 m。②浮橋管理房。浮橋管理房設置在主浮橋上，在通道兩側各設置1個，每個管理房面積約為3 m×3 m。管理房內設置泡沫滅火器、干粉滅火器等船舶停靠碼頭使用相關設備。③岸上管理房。為保障浮動碼頭的正常工作，在高程108.0 m的平臺處設置岸上管理房。電纜卷筒、載物小車的卷揚機均放置于岸上管理房內，岸上管理房同時具備相關工具的倉儲，并設置浮動碼頭所需的相關設施，保證碼頭的正常工作。④固定裝置。固定裝置在極端惡劣天氣下能對浮動碼頭起必要的固定作用。固定裝置設置在浮動碼頭兩端，其纜繩的一段端固定在岸邊混凝土上，纜繩平時處于松弛狀態(tài)，當預報發(fā)生極端惡劣天氣時，將纜繩收緊。

4 電氣信息化

4.1 照明系統(tǒng)

浮動碼頭所需的照明系統(tǒng)分為工作照明和消防應急照明，工作照明電源電壓為AC220V，消防應急照明電源電壓為DC36V。岸上管理房采用格柵燈，照明線路采用穿管暗敷的敷設方法。碼頭建筑物內采用吸頂燈，戶外設探照燈，儲油間設防爆燈。照明設計照度應滿足《游艇碼頭設計規(guī)范》（JTS 165-7-2014）及《水利水電工程照明系統(tǒng)設計規(guī)范》（SL641-2014）要求［2-3］。

4.2 過電壓保護及接地

浮動碼頭的過電壓保護主要包括直擊雷保護、感應雷保護和雷電侵入波保護［4］。為防止直接雷擊，在管理房的屋頂均設置避雷帶，并通過引下線與基礎接地網可靠連接；為防止雷電侵入波和操作過電壓的危害，在進線處裝設金屬氧化物避雷器保護；為防止感應雷的影響，在低壓配電系統(tǒng)內分別裝設防浪涌裝置和信號避雷裝置。

本工程的總接地電阻值均要求≤1Ω。為此，接地裝置擬采用寬60 mm、厚60 mm的鍍鋅扁鋼在岸上管理房埋設人工接地網并與管理房接地干線可靠連接。

4.3 火災自動報警系統(tǒng)

本工程火災自動報警系統(tǒng)采用二總線制模擬量系統(tǒng)，由火災報警控制器、現(xiàn)地探測器、手動報警按鈕及聲光報警器等組成［5］。由于規(guī)模小，故不再單獨設置火災報警控制器（消防控制箱），所有探測器和報警按鈕等均接入距離不遠的管理房火災報警控制器。

浮橋管理房和岸上管理房采用光電感煙探測器，岸上管理房里的儲油間采用防爆型感溫探測器。同時，在安全出口處設置手動報警按鈕和聲光報警器。

4.4 計算機監(jiān)控系統(tǒng)

浮動碼頭的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式按照以計算機監(jiān)控為主、常規(guī)控制為輔的原則進行設計。

由于工程規(guī)模小，故不單獨設置中控室，僅在現(xiàn)地設置1套LCU屏，實現(xiàn)對啟閉機、配電等設備的控制，以及相關數(shù)據(jù)的采集、處理等。LCU屏通過以太網通信裝置與相鄰的中控室監(jiān)控系統(tǒng)通信，在中控室進行遠方監(jiān)視和操作，且將本工程的主要設備運行狀態(tài)、實時參數(shù)等上傳，它們之間的通信采用光纜的方式。同時，現(xiàn)地控制單元帶有人機接口，在與主控層工作站脫離聯(lián)系時，由它獨立完成對所屬設備的監(jiān)控。

4.5 工業(yè)電視系統(tǒng)

為輔助計算機控制，保障浮動碼頭的安全可靠，本工程設置工業(yè)電視系統(tǒng)，實時監(jiān)視岸上管理房及浮動碼頭內外的主要設備的運行狀況、水位狀況及庫區(qū)范圍內的情況。

5 結束語

該水庫的浮動碼頭方案能可靠地限制在土建基礎上，能自動適應水位落差，同時滿足物資、船舶油料等物資的便捷運輸，保證日常管理及防汛期間對船舶停靠及使用的要求。

采用桁架結構的主浮橋，使浮動碼頭可靠地限制在基礎上并能自適應水位變化，同時通過連接不同形式的支浮橋，擴展形成不同泊位布置形式的浮動碼頭。

本文提出的高水位落差自適應浮動碼頭設計實施方案，可以為今后在類似使用條件的水庫和要求在高水位落差下運行的浮動碼頭的設計與布置提供有效的參考及借鑒。