武明　譚超

【摘 要】 從航行條件適應(yīng)度論證、碼頭附屬設(shè)施安全性項(xiàng)目核算和碼頭主體結(jié)構(gòu)安全性項(xiàng)目核算等方面分析超原設(shè)計(jì)船型高樁碼頭靠泊能力的論證內(nèi)容，結(jié)合工程實(shí)例，介紹高樁碼頭靠泊能力論證的應(yīng)用，并提出7萬噸級散貨船靠離本碼頭需滿足相關(guān)限定條件。

【關(guān)鍵詞】 靠泊能力；航行適應(yīng)度；附屬設(shè)施；主體結(jié)構(gòu)

近年來，隨著海上運(yùn)輸船舶大型化的發(fā)展趨勢，超原設(shè)計(jì)船型在限定條件下靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)可以在一定程度上緩解當(dāng)前港口基礎(chǔ)設(shè)施能力不足與港口生產(chǎn)需要的矛盾，但也給碼頭設(shè)施、船舶和港口生產(chǎn)帶來了安全隱患。因此，在保障船舶靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)安全的前提下，論證在一定限制條件下泊位靠泊能力的適應(yīng)度十分必要。

本文將從碼頭現(xiàn)狀、航道條件適應(yīng)度論證、碼頭附屬設(shè)施、碼頭結(jié)構(gòu)安全性論證等方面，結(jié)合工程實(shí)例，提出在限定條件下對超原設(shè)計(jì)船型高樁梁板式碼頭靠泊能力論證的內(nèi)容和思路，為港口建設(shè)和生產(chǎn)經(jīng)營的持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 論證內(nèi)容

碼頭靠泊能力論證工作應(yīng)充分結(jié)合碼頭結(jié)構(gòu)檢測結(jié)論，全面且詳細(xì)地分析碼頭現(xiàn)狀、自然條件、通航環(huán)境等因素，具體論證內(nèi)容如下：

（1）碼頭檢測報(bào)告須包括以下內(nèi)容：①碼頭位移和變形；②碼頭樁基；③碼頭上部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和耐久性；④附屬設(shè)施，包括橡膠護(hù)舷、系船柱及其固定件；⑤岸坡穩(wěn)定及接岸結(jié)構(gòu)的完好性。

（2）詳細(xì)說明在限定條件下靠泊碼頭的船舶船型，說明碼頭原設(shè)計(jì)船型、現(xiàn)有實(shí)際靠泊船型、超原設(shè)計(jì)等級的靠泊船型。

（3）論證超原設(shè)計(jì)船型船舶航行靠泊的適應(yīng)度，航行條件包括錨地、進(jìn)出港航道、導(dǎo)助航設(shè)施、碼頭水域及船舶交通組織等因素。

（4）對碼頭結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施安全性驗(yàn)算項(xiàng)目進(jìn)行核算。根據(jù)《碼頭附屬設(shè)施技術(shù)規(guī)范》和有關(guān)規(guī)定及檢測結(jié)果，結(jié)合實(shí)際狀況，對泊位長度、碼頭結(jié)構(gòu)、碼頭附屬設(shè)施（系船柱和橡膠護(hù)舷）等的安全性驗(yàn)算項(xiàng)目進(jìn)行核算。

（5）提出碼頭靠泊能力等級、船型以及靠離泊時(shí)必要的限定條件。

（6）制訂進(jìn)出港航行靠泊方案。根據(jù)港口設(shè)施條件、船舶技術(shù)狀況、氣象、潮汐潮流，以及航道、回旋水域、停泊水域、拖船等情況，制訂科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇鞍踩叫泻涂侩x泊方案。

從船舶安全靠離泊的角度出發(fā)，分析船舶靠離泊過程中存在的近、遠(yuǎn)期的安全隱患，并提出相應(yīng)的解決辦法，最大限度地降低超原設(shè)計(jì)船型碼頭在靠泊大型船舶過程中存在的安全隱患。

2 高樁梁板式碼頭靠泊能力論證方法及其應(yīng)用

2.1 工程概況

某碼頭工程地址位于長江下游澄通河段福姜水道左汊北岸中段，從上游至下游依次布置為1萬噸級件雜泊位、3萬噸級件雜泊位及3萬噸級多用途泊位，碼頭水工結(jié)構(gòu)均按靠泊5萬噸級船舶設(shè)計(jì)建造。原泊位的設(shè)計(jì)靠泊能力為5萬噸級，現(xiàn)欲提升靠泊能力至7萬噸級。代表船型尺度見表1。

碼頭采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，其中，碼頭平臺長度為587 m，寬度為36 m，平臺通過4座引橋與陸域相連。本工程后方陸域縱深606.5 m，占用岸線752 m。該碼頭于2009年3月建成投產(chǎn)，2011年通過江蘇省交通運(yùn)輸廳竣工驗(yàn)收。碼頭自運(yùn)行以來，未發(fā)生各類碰撞等影響碼頭結(jié)構(gòu)安全的事故。為此，當(dāng)?shù)馗劭谛姓鞴懿块T出具了無質(zhì)量安全事故證明。

根據(jù)該工程地質(zhì)勘察報(bào)告，在勘區(qū)勘探深度范圍內(nèi)從上至下分布土層依次為：①人工填土；②淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土、粉砂；③粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土；④粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉土；⑤粉細(xì)砂。碼頭港工建筑物包括碼頭平臺、引橋和變電所平臺，其中：碼頭平臺采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，排架間距8 m，每榀排架設(shè)9根直徑為 mm的預(yù)應(yīng)力離心高強(qiáng)砼管樁；碼頭上部結(jié)構(gòu)由橫梁、靠船構(gòu)件、前邊梁、預(yù)應(yīng)力砼門機(jī)軌道梁、縱梁、后邊梁、水平撐及疊合面板組成；碼頭平臺面前方設(shè) kN系船柱，考慮有較小船舶靠泊，在 kN系船柱間增設(shè)550 kN系船柱；碼頭平臺排架前沿隔跨豎向分別布置兩鼓一板SUC1000H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷和DA-A400H，長度為 mm橡膠護(hù)舷，每跨前邊梁橫向設(shè)置1個(gè)DA-A300H，長度為 mm橡膠護(hù)舷。碼頭結(jié)構(gòu)見圖1。碼頭頂高程為6.20 m，前沿設(shè)計(jì)河底高程為 13.70 m。本文高程均以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚恪?/p>

根據(jù)檢測報(bào)告：碼頭的位移和沉降均較??；所抽檢的樁身低應(yīng)變檢測結(jié)果為樁身完好，均為1類樁；構(gòu)件砼強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求、抗碳化性能良好；碼頭混凝土構(gòu)件鋼筋保護(hù)層厚度滿足規(guī)范要求。綜合評定該碼頭結(jié)構(gòu)耐久性等級為B級，碼頭結(jié)構(gòu)使用性等級和安全性等級均為A級。檢測結(jié)果表明，碼頭水工建筑物整體基本完好，不影響安全性和整體使用功能，僅部分鋼筋砼構(gòu)件（如碼頭面層及護(hù)輪坎）出現(xiàn)破損、露筋的現(xiàn)象，通過修補(bǔ)加固即可。

2.2 靠泊能力論證

2.2.1 航行條件適應(yīng)度論證

（1）進(jìn)出港航道

本工程位于長江下游福姜沙北水道，海船由長江口外進(jìn)入港區(qū)主要經(jīng)過長江口航道、寶山水道、瀏河水道、白茆沙水道、通洲沙東水道、瀏海沙水道、福姜沙南水道、福姜沙北水道抵達(dá)本港區(qū)。長江口深水航道治理三期工程已于2011年5月通過國家驗(yàn)收，建成的長江口深水航道能滿足第三、四代集裝箱船和5萬噸級船舶（實(shí)載吃水≤11.5 m）全潮雙向通航的要求，同時(shí)兼顧滿足第五、六代大型遠(yuǎn)洋集裝箱船和10萬噸級滿載散貨船及20萬噸級減載散貨船乘潮通過長江口的要求。近期除福姜沙水道外（福姜沙南水道、福姜沙北水道近期的維護(hù)水深分別為10.5 m和8 m），其余水道的維護(hù)水深均為12.5 m。同時(shí)，隨著長江（南京以下）12.5 m深水航道二期工程的實(shí)施，遠(yuǎn)期上述水道的維護(hù)水深均將達(dá)到12.5 m。各水道的航道寬度均不小于200 m。

（2）航道有效寬度

本工程的論證船型為7萬噸級散貨船，其單線航道通航寬度為

W=A + 2 c（1）

A=n0 （L sin + B）（2）

式中：W為航道通航寬度，m；A為航跡帶寬度，m；c為船舶與航道底邊線間的富余寬度，m，當(dāng)航速>6 kn時(shí)，散貨船c=B；n0 為船舶漂移倍數(shù)，取1.69； 為風(fēng)、流壓偏角，（€埃 。？€埃籐為設(shè)計(jì)船長，m；B為設(shè)計(jì)船寬，m。

根據(jù)計(jì)算，航道有效寬度為150 m，因此，本工程所在河段的進(jìn)出港航道航寬可以滿足碼頭7萬噸級船舶的單向通航要求。

（3）航道水深

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)條文，航道通航水深確定為

D0=T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3（3）

式中：D0為航道通航水深，m；T為設(shè)計(jì)船型滿載吃水，m；Z0為船舶航行時(shí)船體下沉值，按航速8 kn考慮，取0.50 m；Z1為龍骨下最小富余水深，底質(zhì)為淤泥土，取0.4 m；Z2為波浪富余深度，風(fēng)浪夾角取45€埃ǜ卟問鼿4%取0.8 m，則Z2=0.36 m；Z3為船舶裝載縱傾富余深度，按散貨船考慮，取0.15 m。

按上述取值計(jì)算，本工程7萬噸級散貨船航行富余水深為1.41 m。7萬噸級散貨船滿載吃水為14.2 m，根據(jù)航道水深現(xiàn)狀及未來規(guī)劃，7萬噸級船舶須通過減載才能進(jìn)出港。在現(xiàn)階段和未來長江（南京以下）12.5 m深水航道開通后，7萬噸級散貨船通過進(jìn)出港航道控制吃水計(jì)算見表2。

（4）通航凈空分析

長江口到本港區(qū)現(xiàn)有已建的蘇通長江公路大橋和在建的滬通鐵路長江大橋兩座跨江橋梁，其中：蘇通長江公路大橋主通航孔按5萬噸級集裝箱船、5萬噸級內(nèi)河船隊(duì)單孔雙向通航標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，通航凈空寬度不小于891 m，有效寬度內(nèi)相應(yīng)通航凈空高度不小于62 m，最高設(shè)計(jì)通航水位4.30 m；滬通鐵路長江大橋主跨 m，通航凈高62 m。

本工程河段為內(nèi)河水域，波浪較小，橋梁通航富余高度值取為2.00 m；在設(shè)計(jì)最高通航水位時(shí)，設(shè)計(jì)船型空載水線以上至船舶最高固定點(diǎn)高度限值為60 m。

根據(jù)《通航海輪橋梁通航標(biāo)準(zhǔn)》，7萬噸級散貨船水面線上（空載水線）至船舶最高固定點(diǎn)的最大高度為41.70～47.19 m，因此，本工程7萬噸級散貨船可安全通過蘇通長江公路大橋和滬通鐵路長江大橋。

（5）港池水域

①回旋水域尺度。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，回旋水域沿水流方向長度為船舶總長的2.5～3.0倍，垂直于水流方向?qū)挾葹榇翱傞L的1.5～2.0倍。原碼頭回旋水域尺度按2萬噸級集裝箱船考慮，其回旋水域沿水流方向長度為458 m，垂直水流方向?qū)挾葹?75 m。本工程的回旋水域沿水流方向長度為570 m，垂直水流方向?qū)挾葹?42 m。碼頭前方水域開闊，能夠滿足船舶掉頭的需要。

②回旋水域設(shè)計(jì)河底高程。近期和遠(yuǎn)期回旋水域的河底高程分別為 10.8 m和 12.5 m。7萬噸級散貨船在進(jìn)出港時(shí)，船舶吃水須分別減載至9.12 m和10.78 m方可安全靠泊。

③停泊水域?qū)挾?。根?jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，停泊水域?qū)挾葹樵O(shè)計(jì)船型型寬的2倍。原碼頭設(shè)計(jì)停泊水域尺度按2萬噸級集裝箱船考慮，其停泊水域?qū)挾葹?6 m；本工程的停泊水域?qū)挾葹?4.6 m。停泊水域尺度無法滿足靠泊需求，停泊水域需進(jìn)行拓寬。

④前沿停泊水域設(shè)計(jì)河底高程。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深為

D=T + Z1 + Z2 + Z4 + Z5（4）

式中： D為碼頭前沿設(shè)計(jì)水深，m；Z4為船舶因配載不均而增加的艉吃水，m；Z5為備淤富余深度，m。

那么，碼頭停泊水域目前的設(shè)計(jì)河底高程為 11.6 m，7萬噸級散貨船在進(jìn)出港時(shí)，須將船舶吃水減載至10.88 m方可靠泊作業(yè)。

綜合航道、碼頭前沿停泊水域和回旋水域水深要求可知，7萬噸級散貨船在低水位進(jìn)出港時(shí)船舶吃水近期需減載至6.4 m，遠(yuǎn)期需減載至10.8 m。

（6）碼頭長度

現(xiàn)有碼頭泊位長度為587 m，2艘7萬噸級散貨船所需泊位長度為531 m，現(xiàn)有碼頭泊位長度可滿足2艘7萬噸級散貨船同時(shí)安全靠離及系纜的需要。

（7）錨地

本工程附近為12號海船錨地，錨地尺度為長3 300 m，寬650 m，水深約13 m。該錨地可以滿足7萬噸級散貨船減載候潮、引航、檢疫的需要。

（8）導(dǎo)助航設(shè)施

碼頭現(xiàn)有導(dǎo)助航設(shè)施配置合理、完善，能夠滿足本工程船舶的航行以及進(jìn)出港靠離泊的使用要求。

2.2.2 碼頭附屬設(shè)施安全性項(xiàng)目核算

（1）碼頭系纜設(shè)備

按設(shè)計(jì)風(fēng)速為20.8 m/s（8級風(fēng)）、流速為2.0 （原設(shè)計(jì)流速為1.7 m/s，考慮碼頭前沿河床有一定的沖刷，水流速度適當(dāng)提高）計(jì)算，當(dāng)風(fēng)力大于8級時(shí)，船舶應(yīng)離開碼頭去錨地避風(fēng)。

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，系纜力為

式中：N為系纜力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；∑Fx，∑Fy分別為可能同時(shí)出現(xiàn)的風(fēng)和水流對船舶作用產(chǎn)生的橫向分力總和及縱向分力總和，kN； K為系船柱受力分布不均勻系數(shù)，取1.3； n為計(jì)算船舶實(shí)際同時(shí)受力的系船柱數(shù)目； 為系船纜的水平投影與碼頭前沿線所成夾角，取30€埃？ 為系船纜與水平面之間的夾角，取15€??？

核驗(yàn)船舶（7萬噸級散貨船）系纜力計(jì)算結(jié)果見表3。

原碼頭 kN系船柱可以滿足7萬噸級散貨船的系纜要求。

（2）碼頭橡膠護(hù)舷

根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》，船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量為

E0= MV 2（6）

式中：E0為船舶靠岸時(shí)的有效撞擊能量，kJ； 為有效動(dòng)能系數(shù)，取0.75；M為船舶質(zhì)量，t①；V為船舶靠岸法向速度，m/s。

核驗(yàn)船舶（7萬噸級散貨船）靠泊最大有效撞擊能量計(jì)算結(jié)果見表4。

碼頭平臺排架前沿隔跨豎向分別布置的不同標(biāo)準(zhǔn)的橡膠護(hù)舷在變形達(dá)到52.5%時(shí)，吸能量為390 kJ，因此，碼頭現(xiàn)有的兩鼓一板SUC1000H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷能夠滿足7萬噸級散貨船在減載至排水量不大于5萬噸級集裝箱船滿載排水量情況下的靠泊要求。

2.2.3 碼頭結(jié)構(gòu)安全核算

根據(jù)碼頭的使用荷載，復(fù)核驗(yàn)算碼頭結(jié)構(gòu)安全性項(xiàng)目，主要驗(yàn)算內(nèi)容包括碼頭平臺位移、碼頭平臺及引橋的樁力和樁身彎矩、橫梁內(nèi)力，以及岸坡穩(wěn)定等，計(jì)算結(jié)果見表5。

由表5可知，碼頭結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定及強(qiáng)度指標(biāo)均滿足7萬噸級散貨船靠泊作業(yè)的規(guī)范要求。

3 超原設(shè)計(jì)船型船舶靠泊的限定條件

7萬噸級散貨船靠離泊本工程碼頭需滿足相關(guān)的限定條件（見表6）。

當(dāng)超過5萬噸級設(shè)計(jì)船舶等級，靠泊7萬噸級散貨船時(shí)，應(yīng)按表6中有關(guān)靠泊作業(yè)限制條件加以控制。尤其需要注意控制船舶荷載，須經(jīng)減載至近期吃水不大于6.4 m、遠(yuǎn)期吃水不大于10.8 m方能安全靠泊。

4 結(jié) 語

本文簡述了提升高樁梁板式碼頭靠泊能力的論證內(nèi)容，結(jié)合工程實(shí)例，著重從航行條件適應(yīng)度、碼頭附屬設(shè)施、主體結(jié)構(gòu)安全性等方面論述靠泊能力論證的應(yīng)用，并提出了超原設(shè)計(jì)船型船舶靠泊的限定條件：

（1）綜合分析航道、碼頭前沿停泊水域、船舶回旋水域、泊位長度、航道、錨地、導(dǎo)助航設(shè)施等制約條件，擬靠泊的控制船型為減載情況下的7萬噸級散貨船。

（2）在一定限定條件下，碼頭系船柱和橡膠護(hù)舷能滿足7萬噸級散貨船系靠泊要求。

（3）按7萬噸級散貨船作業(yè)分析核算，原碼頭岸坡、樁力及上部主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和承載力均滿足港口工程現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范的要求。