內河大水位差碼頭結構形式發展趨勢與應用

傅文通

我國西南地區河流眾多,雨量充沛,水資源豐富,但多屬山區河流。山區河流隨著季節的變化,沿岸碼頭水位落差很大,如長江上游港口碼頭的水位差一般為16 m～30 m,個別港口甚至達到50 m。早在20世紀60年代,我國在川江、西江就提出了大水位差碼頭結構形式和裝卸工藝研究問題。對于這些大水位差港口,考慮到其港區地質、地形、水文、投資等條件的限制,大多采用了斜坡式碼頭形式。傳統斜坡式集裝箱碼頭的裝卸工藝和裝卸設備已顯露出不能適應迅速增長的集裝箱運量的需要。因此,急需研究開發經濟實用、高效先進、適合于西部內河大水位差港口的碼頭結構形式。

1 山區河流碼頭形式簡介

山區河流常用的碼頭形式有直立式碼頭、斜坡式碼頭和浮式碼頭等。直立式碼頭具有機械化程度高、吞吐量大、工人勞動強度低的優點。為保證枯水季節船舶能正常靠泊作業,碼頭需建在枯水岸邊,這使得碼頭靠近江心,對洪水季節河道的泄洪有一定的影響;另外,由于水位變幅大,建造過高的直立式碼頭可能導致垂直視距過大,工人看不清現場裝卸情況,既影響裝卸效率,又增加了安全隱患。斜坡式碼頭能較好地解決水位變幅大的問題,但斜坡式碼頭的移泊作業麻煩,特別是在洪水季節,水位漲落迅猛,一天要移泊好幾次,甚至由于移泊不及時還可能造成擱淺。浮碼頭也能較好地解決水位差問題,但其裝卸作業均在躉船上進行,受場地的限制和風浪的影響比較大,而且躉船與岸之間是通過引橋聯系,通過能力有限。

2 山區河流碼頭形式的發展趨勢

在20世紀80年代以前,受經濟條件的制約,碼頭建設資金比較缺乏,在結構選型時往往優先考慮采用造價相對較低的斜坡式碼頭。由于斜坡式碼頭很難滿足日益繁榮的內河航運需求,80年代以后,興建或改建的直立式碼頭越來越多,目前直立式碼頭比例已高于斜坡式碼頭比例。

曹周紅等[2,3]對西部山區河流碼頭形式與水位差的關系進行調查統計后得到:當設計高低水位差在10 m～20 m時,直立式碼頭所占比例最高,處于主導地位;當設計高低水位差在20 m～30 m時,斜坡式碼頭所占比例最高,處于主導地位;當設計高低水位差在30 m以上時,其他形式的碼頭幾乎沒有,斜坡式碼頭處于主導地位。許增澤[4]統計了四川省的內河碼頭結構形式,發現斜坡式碼頭約占2/3,一般為實體斜坡,少數為透空斜坡,其余為棧橋式、分級直立式、直立式和橋吊式等。方育平[5]認為斜坡碼頭能較好適應長江上游陸域和水域條件,斜坡碼頭在今后很長一段時期仍將在長江上游港口占主導地位。據吳友仁等[6]對重慶三峽庫區港口碼頭建設情況的調查統計,豐都港、重慶港和萬州港等碼頭結構形式基本上為斜坡式,少數為臺階浮囤式、階梯踏步式、棧橋式和直立式等。同時指出,直立式碼頭特別是架空直立式碼頭將是長江上游、三峽庫區一帶港口碼頭結構形式的發展趨勢。蔣江松等[7]對重慶市集裝箱碼頭的結構形式及其經濟特性進行較深入的研究分析,提出了五類碼頭結構形式,比較了各種方案的優缺點。

隨著我國經濟實力的增強和西部大開發戰略的實施,西部地區內河港口發展迅速。航道整治工作的不斷進行和一些樞紐工程的相繼建成使得我國內河航道的等級不斷提高(如長江5 000 t級船可直達武漢,三峽工程建成更可直達重慶),內河航運的任務也日益繁重。由于架空直立式碼頭能很好適應內河大水位差變化,裝卸效率高,通過能力大,已呈現出廣泛的應用前景,因此,筆者認為對于大水深、高水位變幅的內河港口,架空直立式碼頭是今后碼頭結構形式的一個發展趨勢。

3 內河大水位差直立式碼頭的結構特點

無論采用何種結構形式,內河大水位差直立式碼頭均具有如下特點[8]:1)碼頭結構高度大。由于山區河流洪水歷時短,多呈暴漲暴落的特性,河道通常水流湍急、水位變幅懸殊,因而導致碼頭結構高度較大。2)連續或分級的系靠泊設施。由于河道水深和航行條件的限制,長江上游通行的駁船或集裝箱船通常船型尺度較小,為滿足不同水位下船舶的停靠和系泊,碼頭結構上需要合理布置系靠泊設施。3)樁基基礎。由于山區河流水流流速大、水位漲落頻繁、河床多呈沖刷趨勢,碼頭區地層通常具有覆蓋層較薄、持力層埋深較淺等特點,因而架空直立式碼頭一般采用鉆孔或挖孔嵌巖灌注樁作為碼頭基礎。4)碼頭結構呈明顯的空間特征。

4 大水位差碼頭在重慶地區的應用

1)朝天門客運碼頭。重慶港朝天門客運碼頭位于重慶市中心嘉陵江出口段右岸,碼頭中心線距嘉陵江與長江匯合口約600 m,碼頭設計通過能力為490萬人/年,旅客最大聚集量為6 000人,水域布置 3個 1 000 t級客輪泊位,碼頭泊位長度 255 m,占用岸線總長303 m,陸域為多功能客運大樓和檢票大廳。碼頭設計高水位190.97 m(吳淞基準面),設計低水位160.10 m,設計河底高程157.10 m,陸域坡頂須維持現有高程200.4 m,碼頭高差達40 m多,水位差達30.87 m,屬于大水位差碼頭[9](見圖1)。

碼頭結構采用排架墩柱式架空斜坡道,并在斜坡纜車道結構上采用了寬42.1 m的排架,將四對共八條軌道梁和兩對共四條踏步梁集中布置于一榀排架上,每對踏步梁組成一條寬為4 m的人行踏步道。此外為了最大程度減少水工建筑物對航道及水流流態的影響,經論證最終選擇了19.5 m大跨度排架方案,共四跨五榀,兩個水下排架基礎為預安鋼筋混凝土箱形模板內現澆水下混凝土墩基,其余三個為巖基上現澆混凝土臺形基礎。經比較后首次在斜坡碼頭上采用三跨現澆連續箱形梁的結構形式,梁高1.8 m,梁寬0.8 m,內口寬0.4 m,與普通梁相比,混凝土增加較少,但側向抗彎能力大大增強。水下跨軌道梁和踏步梁則在岸上預制,并采用180 t大浮吊進行水下安裝,水上三跨踏步梁為現澆簡支箱形梁。

2)寸灘集裝箱碼頭。寸灘集裝箱碼頭為大水位落差、高樁直立式碼頭,一期工程建有3 000 t級集裝箱泊位2個,設計年裝卸能力為28萬標箱;建有3 000 t級汽車滾裝泊位1個,設計年裝卸能力為15萬輛。二期工程還將建3 000 t級集裝箱泊位3個,設計年裝卸能力為42萬標箱;3 000 t級汽車滾裝泊位1個,設計年裝卸能力為15萬輛,系長江上游最大的集裝箱港區。寸灘集裝箱碼頭一期工程碼頭結構形式為樁基梁板式,碼頭平臺長220 m,寬30 m,樁基間距6 m,排架間距6.5 m。碼頭下部結構樁基采用嵌巖樁,上部結構由橫梁、橫撐、縱撐及面板組成。碼頭設計高低水位差達34 m,碼頭平臺前方共設7層系靠船平臺,該結構形式是目前所建水位差最大的架空直立式集裝箱碼頭[10](見圖2)。

3)涪陵黃旗集裝箱碼頭。黃旗集裝箱碼頭具有集裝箱運輸、汽車滾裝運輸和港口物流中心三大功能。規劃岸線總長1 462 m,占地面積1 322畝,建設 3 000 t級集裝箱碼頭泊位5個,滾裝碼頭1座,估計總投資10億元。碼頭設計高低水位差較大,為大水位差碼頭。

5 結語

架空直立式碼頭能很好地適應內河大水位變化,且具有裝卸效率高、通過能力大、應用前景廣等諸多優點。因此,筆者認為對于大水深、高水位變幅的內河港口,架空直立式碼頭是今后碼頭結構形式的一個發展趨勢。

[1] 唐善祥,王曙光.川江碼頭的發展趨勢[J].水運工程,1990(3):17-20.

[2] 曹周紅,劉曉平,沈志剛.山區河流碼頭形式及其發展趨勢[J].湖南交通科技,2004,30(2):90-92.

[3] 劉曉平,曹周紅.山區河流大水位差港口碼頭水工結構形式研究[D].長沙:長沙理工大學,2003.

[4] 許增澤.四川山區河流港口的碼頭形式[J].中國港口,2001(4):16-17.

[5] 方育平.對長江上游斜坡碼頭結構的探討[J].水運工程,1991(5):14-16.

[6] 吳友仁,王多垠,吳宋仁,等.長江上游港口碼頭結構形式及其發展趨勢[J].港工技術,2005(4):22-24.

[7] 蔣江松,何光春,汪承志,等.重慶地區大水位差集裝箱碼頭合理形式分析[J].交通科技,2006(6):107-113.

[8] 徐俊杰.內河大水位差架空直立式碼頭結構設計[J].水運工程,2006(9):62-67.

[9] 董傳揚.重慶港朝天門30 m水位差客運碼頭工程設計[J].水運工程,1998(10):44-47.

[10] 王多垠,石興勇,吳友仁,等.重慶寸灘架空直立式集裝箱碼頭結構有限元分析[J].水運工程,2006(4):35-37.