張順 江西省港航設(shè)計(jì)院有限公司

1.引言

內(nèi)河航運(yùn)是我國交通運(yùn)輸體系重要的組成部分，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，對(duì)內(nèi)河航運(yùn)的功能和質(zhì)量水平需求在不斷提升?隨著材料水平和水工基建能力的大幅度躍升，對(duì)提高內(nèi)河碼頭設(shè)計(jì)建造水平的材料、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)能力支持越來越充分，我國內(nèi)河碼頭升級(jí)改造建設(shè)由此進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期?案例碼頭提質(zhì)改擴(kuò)建工程中，采取適用結(jié)構(gòu)型式，加強(qiáng)持久性設(shè)計(jì)和現(xiàn)代配套技術(shù)應(yīng)用，取得了良好的碼頭改造工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)和改造效果?本文從碼頭結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)、持久性設(shè)計(jì)、配套設(shè)施設(shè)計(jì)等3個(gè)方面，梳理介紹相關(guān)設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)，以為同類工程設(shè)計(jì)應(yīng)用提供設(shè)計(jì)技術(shù)參考?

2.工程概況

某內(nèi)河轄域全長242公里，國家Ⅲ級(jí)內(nèi)河航道?為滿足地方水運(yùn)服務(wù)需求，在興安鎮(zhèn)碼頭改造工程中，結(jié)合航道地質(zhì)、水文和服務(wù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，新建1個(gè)混裝泊位、2個(gè)坡道客運(yùn)泊位和2個(gè)垂直貨運(yùn)泊位?新碼頭客運(yùn)量設(shè)計(jì)為10×104人次，年貨物吞吐量設(shè)計(jì)30萬噸，年通過能力設(shè)計(jì)41.5萬噸?新碼頭陸域港區(qū)面積85800m2，碼頭前作業(yè)區(qū)4468m2，堆場面積16432m2，港內(nèi)道路22281 m2，停車場面積1536.0m2，綠化21909m2?增建一系列生活、生產(chǎn)附屬建筑，提質(zhì)改造供電、供水配套設(shè)施?

3.設(shè)計(jì)條件

3.1 標(biāo)高與水位

河底標(biāo)高248.5 m，頂標(biāo)高258.5m，低水位250.5m（P=95%保證通航水位）；20年洪水高水位258.37m?

3.2 設(shè)計(jì)荷載

前方堆場60kPa，前沿堆貨碼頭30kPa?根據(jù)1000t駁船，船舶載荷系泊力取150kN，基于自然冰載荷?地震烈度Ⅵ度區(qū)，地震峰值加速度為0.05g，屬于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的區(qū)塊，中等硬度場地，震反應(yīng)譜值0.35s?設(shè)計(jì)過程考慮抗震措施，忽略考慮地震力[1]?

4.碼頭結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)

貨物碼頭采取重力混凝土砌塊結(jié)構(gòu)，具有良好的抗冰性、抗凍性和持久性，同時(shí)具有投資少、用鋼量小、施工方法成熟的優(yōu)點(diǎn)?河底標(biāo)高248.5m，頂標(biāo)高258.5m?前沿長度120.0m，下翼墻長度30.0m，上翼墻長度為45.0m?上部重力結(jié)構(gòu)為現(xiàn)場澆筑砼混凝土胸墻和卸載板，下部是3層空心預(yù)制砌塊，塊中回填礫石?底部為厚2m的礫碎石基床，胸墻底部2.0m寬，頂部0.8m寬，3.9m高?卸載板1.0m厚，懸臂長1.50m?底塊高1.5m，方塊底寬3.5m，二塊和三塊1.8m高，壁厚0.40m，底塊設(shè)前趾0.3m（詳見表1）?

表1 重力塊碼頭結(jié)構(gòu)基本工程量列表

混裝碼頭采取實(shí)體斜坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由水下段和水上段斜坡、系泊牛和拋石棱體組成?坡率為1：10?施工水位以下的坡結(jié)構(gòu)采取預(yù)制素混凝土50×30×20cm砌塊，礫碎石墊層厚30cm?施工水位以上的坡面，C30混凝土厚度30cm、礫碎石墊層厚度30cm、無紡?fù)凉げ嫉篂V層?底寬25.00m，底標(biāo)高248.3m，頂部寬20m，頂部標(biāo)高258.3m?預(yù)埋拋石棱體，底寬3m，頂部標(biāo)高248.3m，厚2.00m?坡道兩側(cè)設(shè)間距20.00m的系泊地牛5個(gè)（詳見表3）?

表3 混裝碼頭基本工程量列表

客運(yùn)碼頭部分，設(shè)計(jì)采取斜坡結(jié)構(gòu)，由護(hù)岸、移動(dòng)棧橋和躉船構(gòu)成?實(shí)體護(hù)岸坡率1：3，長135m，坡體采用15cm混凝土砌塊、無紡?fù)凉げ紴V層、礫碎石墊層30cm?坡端設(shè)置拋石突出棱體，棱體外坡1∶2，棱體頂寬2m?坡頂與碼頭頂標(biāo)高一致，標(biāo)高258.5m?棱體頂標(biāo)高251.3m?躉船寬10.5m、長40.0m、深1.8m，吃水0.65m?躉船均設(shè)有移動(dòng)鋼棧橋?

5.裝卸工藝方案設(shè)計(jì)

裝卸功能設(shè)計(jì)，基于港口的年吞吐貨物量、貨物流向、類型、車船類型、儲(chǔ)運(yùn)方式、裝卸條件需求和環(huán)境條件等進(jìn)行?開展裝卸功能設(shè)計(jì)時(shí)，從儉省操作環(huán)節(jié)和簡化工藝流程入手，合理選擇工具和型號(hào)，優(yōu)先選擇國產(chǎn)定型產(chǎn)品，降低型號(hào)種類和尺寸[2]?

5.1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）年吞吐量設(shè)計(jì)：見表4?

表4 年吞吐量參數(shù)

（2）船型設(shè)計(jì)：600噸混裝船，混裝泊位，1000噸駁船，直立泊位?

（3）作業(yè)天數(shù)標(biāo)準(zhǔn)：堆場作業(yè)200d，碼頭作業(yè)170d，3班輪轉(zhuǎn)操作系統(tǒng)?

（4）港口不平衡生產(chǎn)系數(shù)：1.6?

（5）木材采取公路進(jìn)口；其它貨物以出口為主，主要靠公路口岸收集?

5.2 碼頭裝卸設(shè)計(jì)

木材碼頭的主要業(yè)務(wù)是木材卸船，木材泊位的作業(yè)設(shè)備主要有輪胎起重機(jī)、裝卸橋、岸基固定式起重機(jī)和門式起重機(jī)?后兩類設(shè)備是木材碼頭最常用的裝卸設(shè)備，特別適用于非專業(yè)船舶的木材載運(yùn)裝卸?輪胎起重機(jī)和裝卸橋?qū)Υ汀⒋鸵?guī)格、木材規(guī)格、木材分組和體積等都有較高的要求，相對(duì)于裝卸船作業(yè)效率比較低?

經(jīng)過綜合分析考量，考慮到木材碼頭主要以進(jìn)口木材卸貨業(yè)務(wù)為主，裝卸設(shè)計(jì)主要圍繞適合這一業(yè)務(wù)的操作需求來合理選擇作業(yè)裝備?

QLY40H型輪胎起重機(jī)是桁架臂和鋼絲纜臂可變幅的復(fù)合輪胎起重機(jī)?液壓泵源可以通過柴油機(jī)或電機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)?整車的升降、變幅、回轉(zhuǎn)和走行機(jī)構(gòu)均以液壓傳動(dòng)?先導(dǎo)比例控制和可變主泵，可以實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速、回轉(zhuǎn)、變幅和升降的聯(lián)合并用?該起重機(jī)運(yùn)行效率高，容量大，運(yùn)行可靠?完全滿足裝卸業(yè)務(wù)需求，并且一次性投資比較小，冬季可轉(zhuǎn)為作業(yè)?

表2 踏步和護(hù)岸的基本工程量列表

6.持久性設(shè)計(jì)

水工建筑物的設(shè)計(jì)壽命為50年?基于持久性級(jí)別、設(shè)計(jì)應(yīng)用壽命和環(huán)境條件的要求，選擇混凝土材料和配比?嚴(yán)重環(huán)境侵蝕時(shí)，采用C30以上混凝土，環(huán)境侵蝕不大時(shí)，可采用C25混凝土?存在融凍循環(huán)混凝土，可基于平均融凍循環(huán)頻次，適量加入引氣劑?噴濺區(qū)要增加混凝土保護(hù)層的厚度?混凝土配筋應(yīng)采取合適的鋼筋間距和密度配置，防止保護(hù)層厚度不夠，造成砼保護(hù)層剝落或鋼筋過快銹蝕[3]?

單個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)部件均采取整體澆筑，不留施工縫?當(dāng)一定要存在施工縫時(shí)，結(jié)構(gòu)和位置不應(yīng)有害于結(jié)構(gòu)的持久性?保證混凝土澆注速度，盡快成型混凝土?混凝土的自由落體高度≤1.50m?充分搗振混凝土?分層澆注時(shí)，連接區(qū)域混凝土應(yīng)以振動(dòng)為主?低溫條件澆注混凝土，樁基礎(chǔ)、模板、鋼筋和混凝土材料與混凝土的接觸溫度不宜過低?可經(jīng)過適當(dāng)加熱后調(diào)拌混凝土材料，保持混凝土硬化溫度?不宜將與配筋或混凝土共同作用的裝備套管埋在結(jié)構(gòu)中，應(yīng)正確定位鋼筋并牢固扎綁在模板中，混凝土澆注和搗振時(shí)不得移位?采用防銹鋼絲扎綁鋼筋，鋼絲頭不宜伸入混凝土護(hù)層?應(yīng)用細(xì)石混凝土或水灰比低于0.4的水泥漿?每平米水平配筋不少于4墊?垂向鋼筋的墊塊不得少于2塊/m?模板應(yīng)具有足夠的密度和強(qiáng)度?混凝土澆注、搗振時(shí)，模板不得滲漏、形變、位移?

7.配套設(shè)施的設(shè)計(jì)

基于碼頭輔助設(shè)施設(shè)計(jì)規(guī)范和港口工程載荷規(guī)范，選用15t系泊柱，錨泊力取150kN?應(yīng)用D400×400×1500L和D300×300×1500L橡膠護(hù)舷?

本項(xiàng)目局域網(wǎng)主機(jī)房裝備設(shè)計(jì)：網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)器1臺(tái)，42U標(biāo)準(zhǔn)柜1臺(tái)，24端口數(shù)字交換機(jī)2臺(tái)，內(nèi)置防火墻路由器1臺(tái)，光電轉(zhuǎn)換器2臺(tái)，布線架2臺(tái)，不間斷電源3臺(tái)?以上裝備構(gòu)成碼頭局域網(wǎng)硬件平臺(tái)，向48個(gè)應(yīng)用終端，提供信息交互和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)服務(wù)?

監(jiān)控裝備構(gòu)成設(shè)計(jì)：視頻分配器10套、視頻切換矩陣2套、光端機(jī)20套、46英寸LCD畫面終端2套、7×24h硬盤錄像機(jī)2套、光盤錄像機(jī)2套、帶陽臺(tái)的遙控低亮度全景攝像機(jī)10套?

通信廣播系統(tǒng)組成：通信分配箱5個(gè)，通信接入點(diǎn)約35個(gè)，固定無線電臺(tái)1個(gè)，無線對(duì)講機(jī)10個(gè)，VHF岸站1個(gè)，遙控麥克風(fēng)2個(gè)、音頻分區(qū)放大器2個(gè)、數(shù)字調(diào)諧器2個(gè)、DVD2個(gè)、揚(yáng)聲器6個(gè)?

供電裝備涉及：除貨運(yùn)站火力為二次載荷外，其它電氣裝備均為三次載荷?供電系統(tǒng)由10/0.4kV功率變電站、電容器補(bǔ)償柜、高低壓配電屏組成?箱式變電站設(shè)計(jì)決定了變壓器的配電屏數(shù)量、容量標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)行方式以及冗余儲(chǔ)備等設(shè)計(jì)項(xiàng)的選擇?

防雷接地設(shè)計(jì)：采取TN-S防雷接地系統(tǒng)，以碼頭建筑物主筋接地?當(dāng)基礎(chǔ)中的鋼筋不能用于接地時(shí)，焊接熱鍍鋅Φ16圓鋼作為接地體，或在建筑物四周鋪設(shè)熱鍍鋅扁鋼作為接地體?接地電阻不宜高出1Ω?當(dāng)建筑接地體實(shí)際測量功效不滿足要求時(shí)，應(yīng)加設(shè)接地體，直至滿足功能需求?進(jìn)入建筑的弱電工程，采取等電位連接，接地電阻≤1Ω?室外燈具接地，選擇TT接地系統(tǒng)，并且接地電阻≤4Ω?保證門座起重機(jī)的軌道可靠接地，兩條軌道每隔30m給予1次連接?進(jìn)出建筑物的所有弱、強(qiáng)電力系統(tǒng)的入口，均配備電涌保護(hù)器?

記錄安全防護(hù)信息設(shè)計(jì)：由硬盤攝像機(jī)記錄監(jiān)測防護(hù)系統(tǒng)的視頻信息并可重放，硬盤至少達(dá)到7×24h的視頻數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量?當(dāng)視頻數(shù)據(jù)超過最大存儲(chǔ)容量時(shí)，視頻數(shù)據(jù)由16×DVD數(shù)據(jù)切割器處理并編碼存儲(chǔ)于DVD光盤中，以便日后重播?視頻數(shù)據(jù)可以通過硬盤錄像機(jī)回放?可以通過視頻切換矩陣，將監(jiān)控和重放信號(hào)顯示在8×8LCD顯示器上?

安全防控體系主要由監(jiān)控、通信和消防裝備系統(tǒng)構(gòu)成?借助監(jiān)控裝備，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，可以通過通訊裝備，啟動(dòng)消防裝備適時(shí)撲滅火災(zāi)?發(fā)現(xiàn)其他潛在安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，可以通過通訊裝備，向消防員、救護(hù)人員以及相關(guān)生產(chǎn)操作人員傳遞信息，他提醒相關(guān)安全處理操作?監(jiān)測裝備和通訊裝備每天24h連續(xù)運(yùn)行，消防裝備平時(shí)備用?防火救護(hù)設(shè)施，可以遠(yuǎn)程信息控制，也可以由現(xiàn)場人員手動(dòng)操控?

8.結(jié)語

基于工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，梳理介紹了案例碼頭結(jié)構(gòu)及配套設(shè)施設(shè)計(jì)技術(shù)要點(diǎn)?

（1）案例貨物碼頭部分采取重力混凝土砌塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，客運(yùn)碼頭和混裝碼頭采取斜坡結(jié)構(gòu)，采取斜坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?前者具有良好的抗冰性、抗凍性和持久性，同時(shí)具有投資少、用鋼量小、施工方法成熟的優(yōu)點(diǎn)，后者較好利用場地條件，有效控制了工程量，也較好實(shí)現(xiàn)了所在部分的碼頭功能?

（2）注意功能性設(shè)計(jì)，考慮到木材碼頭主要以進(jìn)口木材卸貨業(yè)務(wù)為主，裝卸設(shè)計(jì)主要圍繞適合這一業(yè)務(wù)的操作需求來合理選擇作業(yè)裝備?木材碼頭加強(qiáng)防火設(shè)計(jì)，裝卸作業(yè)前場加強(qiáng)安全生產(chǎn)監(jiān)控設(shè)計(jì)?

(3)加強(qiáng)了持久性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了場地機(jī)電、環(huán)保、防雷和現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)?