分級直立式碼頭在西江庫區(qū)港口建設中的應用研究

肖 政，賀 立，石興勇，薛武申

0 引言

西江干流梯級航電樞紐的建設，形成庫區(qū)航道，一定程度上改善了西江通航條件，促進了西江億噸級黃金水道建設的實施。不過，在西江庫區(qū)內(nèi)建港，其自然條件較復雜，一方面低水頭樞紐建成蓄水后，庫區(qū)內(nèi)水位變幅仍舊較大，但中高水時間相對較長;另一方面港口多位于低山丘陵地帶，地形條件復雜，港區(qū)堆場建設中往往遇到高切坡、高填方等復雜工程和滑坡、泥石流等不良地質現(xiàn)象，較難形成港口陸域要求的平地。

傳統(tǒng)上采用斜坡式碼頭解決庫區(qū)大水位差問題，但斜坡碼頭工藝環(huán)節(jié)多、裝卸作業(yè)效率低，作業(yè)安全性差，該結構型式已無法解決廣西內(nèi)河水運量增加對裝卸系統(tǒng)形成的巨大壓力［1］。目前廣西內(nèi)河碼頭建設已逐漸采用直立式碼頭結構，主要有墩柱式梁板類結構碼頭、橋吊結構碼頭、架空直立式高樁框架結構碼頭等結構型式。墩柱式梁板類結構碼頭由承受船舶荷載的系靠船樁和安裝固定吊的空心墩柱結構兩部分組成。該類型碼頭投資少，效率高，對中小型碼頭具有較大的實用性［2］。橋吊結構碼頭利用橋吊起重機完成船、岸之間貨物運輸，成功地解決水位變幅大帶來的裝卸困難問題。橋吊結構基樁及上部構件數(shù)量較少，水下工程量少，施工方便，造價較低，適合于庫區(qū)岸坡較為陡直的地區(qū)［1］。架空直立式高樁框架碼頭能很好地適應大水位差碼頭的建設要求，裝卸環(huán)節(jié)少、裝卸效率高，不過該結構型式占據(jù)河段行洪斷面較多，對河道行洪影響較大，造價較高，特別適用于內(nèi)河大水位差集裝箱等重件碼頭的建設［3］。

庫區(qū)水文條件、當?shù)氐牡匦翁卣饕约柏浄N、運量、流向特點，都直接影響碼頭裝卸工藝和結構型式的選擇。結合當?shù)鼐唧w情形，研究開發(fā)適合于西江干流庫區(qū)的碼頭結構型式及其裝卸工藝系統(tǒng)，具有非常重要的現(xiàn)實意義。

1 分級直立式碼頭構想

根據(jù)川江河段水位落差大、流量變化大的特點，有關單位提出分級直立式碼頭的設想，上級碼頭供洪水期使用，下級碼頭工枯水期或一般水位時使用，而在洪水期可被淹沒。

目前分級直立式主要有兩種型式，一種是六十年代以重慶漢渝路碼頭為代表，該碼頭修建三級直立式碼頭，分別對應枯水、中水和洪水碼頭作業(yè)，保證了全年均能裝卸作業(yè)，使用效果良好。另一種以重慶朝天門斜坡直立式碼頭為代表，其以縱坡較大的(3%～10%)下河公路外側的直立擋墻作為碼頭使用，該碼頭順岸布置，隨水位升降沿公路縱向移動船舶，用流動機械或人力均可裝卸作業(yè)，極其方便，使用效果很好。分級直立式碼頭能較好地適應港區(qū)地形和水位的變化，滿足裝卸作業(yè)的要求，同時，還具有施工技術簡單、工期短、投資省等優(yōu)點，在局部上具有直立式碼頭的優(yōu)點，在總體上又具有斜坡式碼頭的優(yōu)點。一般用于中小型件雜貨碼頭［4］。

西江庫區(qū)水文特征有別于山區(qū)河流，港口吞吐貨物以件雜貨、散貨為主，兼顧一定的集裝箱運輸，同時后方堆場陸域條件相對緊張。有必要在現(xiàn)有分級直立式碼頭基礎上，對結構型式和裝卸工藝進行一定的改進，以滿足新的水運發(fā)展需求。

改進后的分級直立式碼頭，通常分兩級平臺，一級平臺為裝卸船機械工作平臺，二級平臺則是堆場作業(yè)區(qū)。根據(jù)陸域條件，堆場作業(yè)區(qū)還可以再次分級，形成三級平臺。裝卸工藝方面，采用一二級平臺聯(lián)合作業(yè)完成裝卸工作，通過第一級平臺的裝卸船機械，可以完成貨物在船與二級平臺之間的裝卸過程。根據(jù)進出港貨種類型，可以選擇高效率的裝卸船機械。采用該裝卸工藝方案，沒有增加裝卸環(huán)節(jié)，由于充分利用了一二級平臺的高程差，反而減少了裝卸機械豎直方向上的運輸距離，縮短了一個操作過程所需要的時間，從而提高了裝卸效率。

水工結構方面，根據(jù)西江干流河谷地區(qū)的地質特征，一級平臺可以采用重力擋墻、衡重式結構和高樁結構等型式，二級平臺還可以考慮設置為加筋土擋墻結構。根據(jù)一級平臺容許在大洪水期淹沒的特點，可以適當降低一級平臺的高程，一方面減少工程造價，另一方面有利于減少行洪阻水面積。一級平臺的寬度由裝卸船裝卸工藝決定。

2 工程案例分析

2.1 工程簡介

百色港田陽港區(qū)頭塘作業(yè)區(qū)在百色市田陽縣頭塘鎮(zhèn)四聯(lián)村附近的右江左岸，距田陽縣城約6 km，位于那吉航運樞紐下游約8 km，魚梁航運樞紐上游約70 km處，屬魚梁庫區(qū)庫尾段。

百色港田陽港區(qū)頭塘作業(yè)區(qū)碼頭一期工程建設規(guī)模為建設10個1 000 t級泊位，設計年吞吐量270萬 t，其中件雜貨120萬 t、煤100萬 t，焦炭50萬 t。根據(jù)《河港工程總體設計規(guī)范》，結合港址所在地，本項目所采取的設計水位如下:設計高水位:108.3 m(5 a一遇洪水位)，設計低水位:99.3 m(魚梁庫區(qū)航道最低通航水位)。

本項目位于魚梁樞紐庫區(qū)，魚梁水庫為日調(diào)節(jié)水庫，根據(jù)魚梁電站在電網(wǎng)中的作用以及魚梁航運水位銜接要求情況，水庫消落深度原則上按0.5 m考慮，正常蓄水位為99.5 m，死水位為99.0 m，但考慮死水位在最小入庫通航流量140 m3/s時不能與上游那吉樞紐下游最低通航水位完全銜接，因此入庫流量＜300 m3/s時，保持在正常水位99.50 m運行。

2.2 裝卸工藝設計

目前庫區(qū)的港口裝卸工藝基本上都是采用傳統(tǒng)的大水位差裝卸工藝，港口各營運環(huán)節(jié)的能力不十分協(xié)調(diào)配套，碼頭的通過能力有限，影響港口功能的正常發(fā)揮。本項目中，作業(yè)區(qū)碼頭分二級平臺建設，一級、二級平臺高程分別為108.5 m、114.0 m。碼頭前沿一級平臺寬18 m，配置低架門座起重機(簡稱低架門機)，進行件雜貨裝卸作業(yè)，下游泊位布置有固定式簡易裝船機，進行散貨出口裝卸作業(yè)，堆場及倉庫布置在二級平臺上。煤采用自卸車運送到二級平臺前沿，由裝載機喂料到坑口，通過固定式簡易裝船機裝船(船舶移檔作業(yè))(見圖 1)。采用YG918裝載機將焦炭裝入集料斗，利用牽引車運送集料斗到前沿，由低架門機吊運裝船;件雜貨由叉車或牽引車拖平板車承擔水平運輸，裝卸船由低架門機完成(見圖2)。考慮起吊小部分重件，上游第一個泊位配置1臺40 t—20 m低架門機，其余泊位均為10 t—20 m低架門機。

煤(出口):堆場→裝載機→自卸車→碼頭前沿→裝載機→簡易裝船機→船(移檔);

焦炭(出口):堆場→裝載機→牽引車拖平板車(集料斗)→碼頭前沿→門機→船;

件雜貨(進出口):船←→門機←→叉車、牽引車拖平板車←→輪胎式起重機←→庫場←→叉車、輪胎式起重機←→外來車輛。

固定式簡易裝船機，傳輸帶帶寬B=1 000 mm，速度V=2 m/s，臺式效率為600 t/h，泊位年通過能力157萬t，能較好地滿足貨物吞吐量需求。件雜貨碼頭臺式效率為80 t/h，相對于傳統(tǒng)的分級直立碼頭，效率明顯的提升。

圖1 分級直立式碼頭散貨出口裝卸工藝斷面示意圖(單位:m)

圖2 分級直立式碼頭件雜貨裝卸工藝斷面示意圖(單位:m)

2.3 結構設計

工程區(qū)域泥巖巖面較高，微風化泥巖為泥質結構，厚層狀構造，芯呈長柱狀，局部夾粉質泥巖，偶見貝殼碎片，分布于整個場地。泥巖巖體較完整，風化裂隙少，屬極軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ級。

根據(jù)地質資料，一﹑二級平臺前沿主體水工結構均為現(xiàn)澆C25混凝土重力式擋墻。一級平臺碼頭主體結構長度為1 000 m，分為100段，段長均為10 m。擋墻頂面高程為 108.5 m，底面高程為94.1 m，高度為 14.4 m。結構頂寬 1.0 m，底寬10.25 m，頂部及下部為直立，中部為斜面。上部直立部分高1.0 m，中部斜面部分高11.4 m，下部直立部分高2.0 m，前趾寬度為 2.0 m，后趾寬度為 1.0 m。擋墻下為0.1 m厚C15混凝土墊層，基礎為2.5 m厚拋石基床，持力層為強風化泥巖。擋土墻頂部安裝15 t系船柱，立面安裝DA400H橡膠護舷。

二級平臺結構長度與一級平臺相同，除設步級段段長為12 m外，其余段長均為10 m。擋土墻頂面高程為 114.0 m，底面高程為 107.6 m，高度為6.4 m。結構頂寬1.0 m，底寬4.8 m，頂部及下部為直立，中部為斜面。上部直立部分高1.0 m，中部斜面部分高4.5 m，下部直立部分高0.9 m，前趾寬度為1.0 m，后趾寬度為1.0 m。擋土墻后6.5 m 范圍內(nèi)回填砂卵石形成后方陸域。擋土墻下為0.1 m厚C15混凝土墊層(見圖3)。

圖3 分級直立式碼頭斷面示意圖(單位:m)

碼頭上、下游均設有汽車坡道。上、下游坡道寬10 m，均采用 C40混凝土路面，坡道頂高程為114.00 m，底高程為108.5 m，坡度均為8%。

2.4 經(jīng)濟效益分析

通過投資估算，本工程采用分級直立式方案所需的工程費用為34 312萬元，比較高樁框架式結構方案，工程費用明顯減少。較之傳統(tǒng)的分級碼頭，該方案的工程費用增加約1倍，但從財務效益分析看，項目投資內(nèi)部收益率所得稅前為9.04%，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)分級碼頭。因此，西江庫區(qū)采用分級直立式方案是經(jīng)濟可行的。

3 結論

在總結大水位差碼頭建設經(jīng)驗的基礎上，提出了適合西江干流庫區(qū)港口的分級直立式碼頭。該碼頭結構在裝卸工藝、碼頭結構型式方面較傳統(tǒng)的分級直立式有了較大的改進，較大地提升了分級直立式碼頭的裝卸效率，同時結構型式更趨于合理。

［1］曹周紅.山區(qū)河流碼頭形式及其發(fā)展趨勢［J］.湖南交通科技，2004，30(2):90 －92.

［2］歐 誠，謝殿武.廣西內(nèi)河港口建設技術與經(jīng)濟分析［J］.山西建筑，2008(8):357－359.

［3］王多垠，田建柱.大水位差架空直立式集裝箱碼頭結構型式研究［J］.重慶交通大學學報(自然科學版)，2008(1):139 －143.

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