魏美芳，邳青嶺（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

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唐山港曹妃甸港區(qū)二港池東岸線南端碼頭面高程研究

魏美芳，邳青嶺
（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

摘要：本工程碼頭位于曹妃甸港二港池東岸線近防波堤口門(mén)處，對(duì)于偏西向入射波浪，防波堤對(duì)碼頭前沿波浪幾乎沒(méi)有起到折減的作用。為此擬通過(guò)波浪整體物理模型試驗(yàn)研究，對(duì)碼頭前沿波高分布及碼頭上水情況進(jìn)行分析，為合理確定碼頭面高程、驗(yàn)證碼頭泊穩(wěn)條件以及碼頭結(jié)構(gòu)型式的選取提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：曹妃甸；碼頭面高程；碼頭上水

1 工程概況

唐山港曹妃甸港區(qū)位于唐山市唐?？h轄境，距天津港約38 n mile，距京唐港區(qū)約33 n mile。曹妃甸港區(qū)將發(fā)展成為以臨港工業(yè)服務(wù)和大宗散貨運(yùn)輸為主的國(guó)際化、大型化綜合性港區(qū)，形成唐山港在新世紀(jì)發(fā)展的重要支柱和曹妃甸新區(qū)發(fā)展的戰(zhàn)略資源［1］。根據(jù)《唐山港總體規(guī)劃（修訂）》和港區(qū)的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀，本工程擬在二港池的東岸線南端建設(shè)5個(gè)5萬(wàn)～10萬(wàn)t級(jí)的散貨泊位。

由于本工程碼頭靠近二港池口門(mén)，防波堤掩護(hù)效果較差，勢(shì)必造成碼頭越浪問(wèn)題相對(duì)嚴(yán)重，對(duì)陸上設(shè)施及堆場(chǎng)造成影響。為此本工程碼頭雖位于防波堤內(nèi)，但不能按照有掩護(hù)碼頭進(jìn)行碼頭面高程的計(jì)算，需要通過(guò)波浪的整體物理模型試驗(yàn)，來(lái)確定合理的碼頭面高程。

2 自然條件

2.1 水位

根據(jù)曹妃甸港 2000～2001年的潮位資料，本港區(qū)設(shè)計(jì)高水位2.91 m，極端高水位4.46 m（高程系統(tǒng)以當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚?，下同）?/p>

2.2 風(fēng)

根據(jù)曹妃甸浮標(biāo)測(cè)站觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，曹妃甸港區(qū)常風(fēng)向?yàn)镾向，出現(xiàn)頻率為9.16 %；次常風(fēng)向?yàn)镾SW向，出現(xiàn)頻率為8.28 %；強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹W向。

2.3 波浪

該海區(qū)常浪向?yàn)镾向，出現(xiàn)頻率為10.87 %；次常浪向?yàn)镾W向，出現(xiàn)頻率為7.48 %。強(qiáng)浪向ENE向，次強(qiáng)浪向NE向。

3 平面布置方案及碼頭面高程設(shè)計(jì)

3.1 碼頭平面布置方案

根據(jù)《唐山港總體規(guī)劃（修訂）》［1］，本工程位于二港池東岸線南端，共建設(shè)5個(gè)泊位，包括1個(gè)5萬(wàn)t級(jí)泊位、2個(gè)7萬(wàn)t級(jí)泊位及2個(gè)10萬(wàn)t級(jí)泊位，其中北側(cè)岸線預(yù)留1個(gè)15萬(wàn)t級(jí)泊位（該段泊位的碼頭結(jié)構(gòu)為15萬(wàn)t級(jí)，其余泊位的碼頭結(jié)構(gòu)按照10萬(wàn)t級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)）。詳細(xì)布置見(jiàn)圖3。

碼頭方位角為 0°—180°，碼頭泊位長(zhǎng)度為1 497 m，碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程為-15.5 m和-19.0 m （15萬(wàn)t碼頭）。

圖3 港區(qū)碼頭布置

3.2 港區(qū)防波堤現(xiàn)狀

目前，二港池防波堤工程已完成，它包括東、西兩座防波堤；東西兩側(cè)堤根分別與東側(cè)碼頭后方陸域護(hù)岸和冀東油田護(hù)岸相接。垂直航道方向的防波堤口門(mén)寬度530 m，口門(mén)中心位置正對(duì)港池中心位置，東西兩側(cè)防波堤堤身軸線分別為 94.3°～274.3°、151.110～331.110，西防波堤長(zhǎng)度693.3 m，東防波堤長(zhǎng)486.4 m，防波堤總長(zhǎng)度1179.7 m。兩堤間最大口門(mén)寬度約 560 m，最大寬度口門(mén)朝向198.59°（S與SSW 之間）［2］。

3.3 碼頭面高程設(shè)計(jì)

由于二港池已建成的東、西防波堤的掩護(hù)作用，入射波在進(jìn)入港池后波高衰減，對(duì)港內(nèi)碼頭泊位形成了較好掩護(hù)的作用。其碼頭面高程可按照有掩護(hù)碼頭進(jìn)行計(jì)算；按照相關(guān)規(guī)范［3］進(jìn)行計(jì)算后，碼頭面高程可取為4.5 m［4］。

但是由于本工程碼頭位于東岸線近口門(mén)處，對(duì)于偏西向入射波浪來(lái)說(shuō)，口門(mén)段港池水域較為狹窄，入射波浪來(lái)不及擴(kuò)散就直接入射到東側(cè)碼頭前沿，防波堤對(duì)碼頭前沿波浪幾乎沒(méi)有起到折減的作用［5］。因此，本工程碼頭面高程的計(jì)算不能簡(jiǎn)單按照有掩護(hù)進(jìn)行計(jì)算。

因此，本工程擬通過(guò)波浪整體物理模型試驗(yàn)研究，對(duì)碼頭上水情況進(jìn)行分析，為合理確定碼頭面高程、驗(yàn)證碼頭泊穩(wěn)條件提供科學(xué)依據(jù)。

4 物理模型試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)概況

由于擬建碼頭距離口門(mén)位置較近，本試驗(yàn)主要研究在S、SSW和SW向浪，各水位重現(xiàn)期2年、10年、50年波浪作用下，碼頭面上水情況以及進(jìn)行港內(nèi)泊穩(wěn)條件的分析。

4.2 工況1

參考曹妃甸港一港池類似工程的實(shí)際情況，試驗(yàn)初期碼頭面高程初定為4.8 m。由于碼頭面板設(shè)有0.2 m護(hù)輪坎，試驗(yàn)過(guò)程中在模型上為了便于測(cè)量上水，直接將碼頭面高程設(shè)置成5.0 m。碼頭的結(jié)構(gòu)型式采用卸荷式地連墻板樁結(jié)構(gòu)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)比3個(gè)波向碼頭前比波高，3個(gè)波向影響最大為SW，影響位置最大表現(xiàn)在10 萬(wàn)t級(jí)碼頭，極端高水位最大比波高為1.73。關(guān)于碼頭面上水結(jié)果，在設(shè)計(jì)高水位重現(xiàn)期 10年、50年，S向波浪作用，僅在10萬(wàn)t級(jí)碼頭與15萬(wàn)t級(jí)碼頭連接位置有上水，最大為0.78 m；但在SSW、SW向波浪作用，10萬(wàn)t級(jí)碼頭整個(gè)岸線幾乎均上水，最大分別為1.84 m和1.68 m［6］。

4.3 工況2

根據(jù)上述的試驗(yàn)結(jié)果，碼頭上水情況比較嚴(yán)重，為了減輕該情況，在不改變碼頭結(jié)構(gòu)型式的基礎(chǔ)上，將碼頭面高程抬高至5.8 m（試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袨?.0 m）。

表1、表2給出了在SSW向波浪作用下，設(shè)計(jì)高水位時(shí)不同碼頭面高程的上水情況。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)碼頭面高程抬高至6.0 m時(shí)，SSW、SW向浪碼頭上水有所減小，最大分別為 1.20 m 和1.08 m［6］。

表1 碼頭面高程5.0 m上水試驗(yàn)結(jié)果

表2 碼頭面高程6.0 m上水試驗(yàn)結(jié)果

4.4 碼頭面高程加至6.0 m，透空消浪結(jié)構(gòu)型式

由試驗(yàn)結(jié)果可知，增加碼頭面高程可減輕碼頭上水情況，但對(duì)碼頭前的比波高沒(méi)有改善。為了進(jìn)一步改善碼頭上水和泊穩(wěn)條件，本次試驗(yàn)對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)采用了消浪效果較好的高樁及開(kāi)孔沉箱結(jié)構(gòu)型式。同時(shí)將碼頭面高程抬高至6.0 m（試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭袨?.3 m，包含0.3 m高的護(hù)輪坎）。

試驗(yàn)結(jié)果表明，由于口門(mén)已建東、西防波堤的走向，對(duì)比 3個(gè)試驗(yàn)波向，SW 向波浪作用對(duì) 10 萬(wàn)t級(jí)碼頭的波況、上水、泊穩(wěn)影響最大。

其中對(duì)于高樁碼頭：僅SW向波浪作用時(shí)，10 萬(wàn)t級(jí)碼頭有上水，最大為0.96 m。對(duì)于胸墻開(kāi)孔沉箱碼頭：SW向波浪影響也是最大的，且影響范圍在10 t級(jí)碼頭位置，且僅在設(shè)計(jì)高水位重現(xiàn)期50年時(shí)會(huì)出現(xiàn)碼頭上水的情況，最大上水厚度為0.21 m［7］。由試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，采用消浪效果較好的結(jié)構(gòu)型式可以有效減輕碼頭的上水情況。

圖4 測(cè)點(diǎn)布置

表2給出了本次物理模型試驗(yàn)所涉及到的3種碼頭結(jié)構(gòu)型式，在設(shè)計(jì)高水位的SW向波浪作用下（重現(xiàn)期50年），碼頭前比波高、碼頭上水以及泊穩(wěn)情況的對(duì)比。

表2 SW向波浪作用下碼頭上水及泊穩(wěn)情況對(duì)比

由試驗(yàn)結(jié)果可知，對(duì)于采用不同的結(jié)構(gòu)型式，其碼頭前比波高最大值分布有所不同，但卸荷式地連墻板樁結(jié)構(gòu)最大，高樁結(jié)構(gòu)沿程比波高最??；上

水情況來(lái)看：由于其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，胸墻開(kāi)孔加直立式沉箱型式最??；損失作業(yè)天數(shù)則高樁結(jié)構(gòu)最小，卸荷式地連墻板樁結(jié)構(gòu)最大。因此總體來(lái)看，高樁結(jié)構(gòu)和胸墻開(kāi)孔加直立式沉箱結(jié)構(gòu)均優(yōu)于卸荷式地連墻板樁結(jié)構(gòu)。

5 結(jié) 論

通過(guò)波浪整體物理模型試驗(yàn)，將曹妃甸二港池東側(cè)口門(mén)處岸線的碼頭面高程取為6.0 m是比較合理的。

關(guān)于碼頭結(jié)構(gòu)型式的選取，高樁碼頭結(jié)構(gòu)和胸墻開(kāi)孔直立式沉箱結(jié)構(gòu)均可行，在設(shè)計(jì)過(guò)程中將綜合考慮其它因素進(jìn)行比選。

而對(duì)于本工程10萬(wàn)t級(jí)泊位處的碼頭上水情況，可考慮在碼頭面上設(shè)置排水溝等適當(dāng)?shù)呐潘胧┘右越鉀Q。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 唐山港總體規(guī)劃（修訂）［R］.北京：交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院，2012.

［2］ 唐山港曹妃甸港區(qū)二港池航道及防波堤工程［R］.北京：中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，2008.

［3］ JTS 165-2013 海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］ 唐山港曹妃甸港區(qū)聯(lián)想控股通用件雜貨泊位工程初步設(shè)計(jì)［R］.天津：中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，2011.

［5］ 曹妃甸港區(qū)二號(hào)港池防波堤工程波浪物理模型試驗(yàn)報(bào)告［R］.南京水利科學(xué)研究院，2008.

［6］ 河北港口集團(tuán)曹妃甸第六個(gè) 5000 萬(wàn)噸煤炭碼頭工程波浪整體理模型試驗(yàn)［R］.天津：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，2014.

［7］ 河北港口集團(tuán)曹妃甸第六個(gè) 5000 萬(wàn)噸煤炭碼頭工程波浪整體理模型補(bǔ)充試驗(yàn)研究［R］.天津：交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院，2014.

Research on Wharf Surface Elevation of Southernmost Quay along East Shoreline of No.2 Harbor Basin of Tangshan Port Caofeidian Harbor

Wei Meifang，Pi Qingling
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract：The southernmost quay along east shoreline of No.2 harbor basin of Caofeidian harbor is close to the breakwater entrance.As for the breakwater， it is no way to damp the incident wave by west in front of the wharf structure.In the case， a wave physical model test is carried out to analyze the wave height distribution and the overtopping situation of the wharf apron.The analysis results serve as a scientific basis for determining of elevation of wharf surface， verifying the mooring stability conditions and selecting suitable wharf structure.

Key words：Caofeidian harbor； elevation of wharf surface； water overtopping wharf

中圖分類號(hào)：U651+.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1004-9592（2016）02-0040-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160210

收稿日期：2016-01-04

作者簡(jiǎn)介：魏美芳（1984-），女，注冊(cè)土木工程師（港口與航道工程）、注冊(cè)咨詢工程師，主要從事港口與航道工程的設(shè)計(jì)工作。