董 杰，黃海楊，鄔海軍

（浙江省水利水電勘測設(shè)計院有限責(zé)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(yīng)急搶險、應(yīng)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(shè)施的重要組成部分。目前，水庫的碼頭設(shè)計和建設(shè)相對落后，常采用簡易浮筒作為碼頭，難以滿足船舶停靠、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(fēng)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(jié)合市場上已有的成熟船舶停靠的浮動碼頭產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計，設(shè)計出能自動適應(yīng)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(shè)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(shè)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(fēng)、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(cè)，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(diào)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?？看暗陌踩?。②水庫庫面開闊，水面風(fēng)、波浪等載荷對船舶?？奎c影響較大；?？奎c沒有獨立的泊位，船舶相互連接?？?，?？奎c無法牢固固定停靠的船舶，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(dāng)不便。③?？奎c直接系在岸邊，無上、下停靠點的聯(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(shè)施，并解決物資搬運、船舶油料等物資的便捷運輸，建設(shè)一個符合要求的浮動碼頭迫在眉睫。

2 基礎(chǔ)布置

2.1 工程地質(zhì)

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

根據(jù)節(jié)理裂隙統(tǒng)計分析，結(jié)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(shè)的邊坡開挖過程中，誘發(fā)滑坡，坍塌的可能性大?；赖靥幗堑[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(fēng)化層較厚，受順坡向節(jié)理的控制，在基礎(chǔ)施工開挖過程中，誘發(fā)基礎(chǔ)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(nèi)，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(gòu)造活動十分微弱，地震頻率低、震級??；場地內(nèi)地層分布較穩(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(zhì)作用?？碧竭^程中，場地內(nèi)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(shè)。

2.2 土建基礎(chǔ)

本工程的浮動碼頭基礎(chǔ)采用固定式斜坡軌道基礎(chǔ)。軌道基礎(chǔ)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(chǔ)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(shè)置浮橋軌道，在砼軌道梁2上設(shè)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(chǔ)斷面 （單位：cm）

軌道基礎(chǔ)頂部設(shè)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(chǔ)底部設(shè)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(shè)計

按照《游艇碼頭設(shè)計規(guī)范》（JTS 165-7-2014）的要求進行碼頭設(shè)計［2］，浮動碼頭設(shè)備主要有主浮橋、支浮橋、載物小車和配套設(shè)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(chǔ)，從而保證整個浮動碼頭能隨水位變動在軌道基礎(chǔ)上運動。主浮橋結(jié)構(gòu)整體呈“L”形，如圖2、圖3所示。

圖 2 主浮橋結(jié)構(gòu)側(cè)視圖 （單位：mm）

主浮橋的框架采用鍍鋅鋼管焊接的桁架結(jié)構(gòu)，上部底面設(shè)有支承輪，保證主浮橋在斜坡軌道基礎(chǔ)上運動，并設(shè)置限位裝置，保證浮橋不脫離基礎(chǔ)；下部底面設(shè)置浮體，浮體采用由滾塑專用聚乙烯材料內(nèi)部填充泡沫而成的浮箱；主浮橋面板采用塑木復(fù)合材料。由于主浮橋直接與軌道基礎(chǔ)連接，故浮動碼頭上的管理房設(shè)置在主浮橋上。同時主浮橋上設(shè)置系泊柱、欄桿等附屬設(shè)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(dǎo)向限位埋件埋設(shè)于水工上，為保證安裝精度，采用二期澆筑，單側(cè)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(yīng)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(jié)構(gòu)桁架，面板采用塑木復(fù)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(yīng)與主浮橋橋面平齊，同時支浮橋上設(shè)置系泊柱、欄桿等附屬設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu)框架，底部及兩側(cè)設(shè)置支撐輪和導(dǎo)向輪，小車平臺長約4 m，寬約2 m，出入口設(shè)活動欄桿，其余四周設(shè)欄桿；小車自重約 0.8 t，可載重約 1.5 t，由岸上管理房內(nèi)的卷揚機設(shè)備牽引，牽引力為10 kN，揚程約95 m。

載物小車軌道埋件、導(dǎo)向埋件埋設(shè)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(dǎo)向件重約 3 t。

載物小車平時鎖定在頂部平臺，當(dāng)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(nèi)卷揚機設(shè)備進行升降。

3.4 配套設(shè)施

浮動碼頭的配套設(shè)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(shè)置鋼樓梯，用于上、下碼頭。樓梯采用鋼結(jié)構(gòu)，面板防滑設(shè)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(shè)置在主浮橋上，在通道兩側(cè)各設(shè)置1個，每個管理房面積約為3 m×3 m。管理房內(nèi)設(shè)置泡沫滅火器、干粉滅火器等船舶?？看a頭使用相關(guān)設(shè)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(shè)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(nèi)，岸上管理房同時具備相關(guān)工具的倉儲，并設(shè)置浮動碼頭所需的相關(guān)設(shè)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(shè)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(dāng)預(yù)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(yīng)急照明，工作照明電源電壓為AC220V，消防應(yīng)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(shè)方法。碼頭建筑物內(nèi)采用吸頂燈，戶外設(shè)探照燈，儲油間設(shè)防爆燈。照明設(shè)計照度應(yīng)滿足《游艇碼頭設(shè)計規(guī)范》（JTS 165-7-2014）及《水利水電工程照明系統(tǒng)設(shè)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(yīng)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(shè)置避雷帶，并通過引下線與基礎(chǔ)接地網(wǎng)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(shè)金屬氧化物避雷器保護；為防止感應(yīng)雷的影響，在低壓配電系統(tǒng)內(nèi)分別裝設(shè)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(shè)人工接地網(wǎng)并與管理房接地干線可靠連接。

4.3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

本工程火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用二總線制模擬量系統(tǒng)，由火災(zāi)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(shè)置火災(zāi)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(zāi)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(shè)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(shè)計。

由于工程規(guī)模小，故不單獨設(shè)置中控室，僅在現(xiàn)地設(shè)置1套LCU屏，實現(xiàn)對啟閉機、配電等設(shè)備的控制，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的采集、處理等。LCU屏通過以太網(wǎng)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(shè)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(shè)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(shè)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(nèi)外的主要設(shè)備的運行狀況、水位狀況及庫區(qū)范圍內(nèi)的情況。

5 結(jié)束語

該水庫的浮動碼頭方案能可靠地限制在土建基礎(chǔ)上，能自動適應(yīng)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?？考笆褂玫囊?。

采用桁架結(jié)構(gòu)的主浮橋，使浮動碼頭可靠地限制在基礎(chǔ)上并能自適應(yīng)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(yīng)浮動碼頭設(shè)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(shè)計與布置提供有效的參考及借鑒。