散裝水泥碼頭設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)探討

鄭小紅 廣西港通建設(shè)有限公司

鄭世武 天津臨港港務(wù)集團(tuán)有限公司

近年來，散裝水泥的水路運(yùn)輸已經(jīng)成為水泥長途運(yùn)輸?shù)氖走x方式。我國沿海和內(nèi)河港口陸續(xù)興建了散裝水泥接卸碼頭及水泥中轉(zhuǎn)庫。散裝水泥碼頭的特點(diǎn)。本文以一個(gè)內(nèi)河水泥散裝碼頭為例，對散裝水泥碼頭設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行探討。

1.項(xiàng)目概況

本工程位于廣西自治區(qū)崇左市江州郁江支流左江的左岸，距離上游的合那高速公路橋約3.0km。郁江是西江最大的支流。項(xiàng)目業(yè)主單位是一家水泥生產(chǎn)廠家，但由于項(xiàng)目所在地區(qū)骨料消耗量嚴(yán)重不足，必須開拓南寧市場，但公路運(yùn)輸成本較高。因此，企業(yè)為擴(kuò)大企業(yè)的銷售半徑、拓寬供應(yīng)渠道、節(jié)約運(yùn)輸成本，擬新建2條200萬噸的骨料線，5個(gè)1000t級泊位，泊位總長度為310m，設(shè)計(jì)的吞吐量為390萬t/年。碼頭主要為業(yè)主單位自用，生產(chǎn)用的原材料原煤從碼頭卸船并輸送至廠區(qū)。企業(yè)生產(chǎn)的水泥經(jīng)皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)從碼頭裝船運(yùn)至外地。

工程建設(shè)內(nèi)容包括5個(gè)1000t級泊位、水工平臺、碼頭護(hù)岸及碼頭裝卸系統(tǒng)、管道輸送系統(tǒng)和供電照明、通信導(dǎo)助航系統(tǒng)、給排水消防、環(huán)保、監(jiān)控等配套設(shè)施。

2.設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 碼頭平面布置

工程所在地左江及支流大部分地區(qū)屬于石灰?guī)r，巖溶發(fā)育良好，植被覆蓋好，水土流失較輕，屬于少沙河流。項(xiàng)目所在的河段河流含沙量不大，且基本為石質(zhì)河床，港池及航道的沖淤變化較小，非常適宜建港。

根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，本項(xiàng)目對碼頭布置提出了兩種方案。方案一采用順岸式布置，水工平臺采用連片式（滿堂式），水工平臺長305.0m，寬20.6m。方案二采用順岸式布置，水工平臺采用連片式（引橋式），水工平臺長305.0m，寬17m。碼頭后方布設(shè)兩座引橋，引橋長8.6m，寬度均為7.0m。

本工程兩個(gè)總平面方案的布置均為可行的方案，差別主要在于滿堂式布置還是引橋式布置。所提出的這兩個(gè)方案均能滿足使用要求，經(jīng)過綜合比較，兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)見表1所示。

綜合考慮，經(jīng)過各方論證，并征得建設(shè)單位同意，最后采用使用更為方便的總平面布置方案一。

2.2 碼頭設(shè)計(jì)高程

該項(xiàng)目地處左江河谷地貌。左江河岸岸坡坡度較大，約40°～60°，岸坡坡頂高程103.78～113.88m，坡底高程約86.50m(勘察期間水位約86.0m)，岸坡高度約17.0～27.0m。岸坡坡面及坡頂植被茂盛，場地及其附近偶見基巖出露。現(xiàn)有河岸邊坡穩(wěn)定，未見有塌陷、等不良地質(zhì)作用。在碼頭設(shè)計(jì)高程的選取上，充分考慮了基巖的埋深狀況、外海的施工條件、在建的10萬噸航道公共資源條件及工程造價(jià)與后期發(fā)展等多種因素。

2.2.1 碼頭底高程

根據(jù)參考文獻(xiàn)，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深的計(jì)算公式如下：

式中：

Dm－碼頭前沿設(shè)計(jì)水深（m）；

D0－碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程（m）；

T－船舶吃水，按2000t級船舶進(jìn)行考慮，取3.6m；

Z－龍骨下最小富裕深度，取0.5m；

ΔZ－其他富裕深度，取0.3m（其中散貨船尾吃水0.1 m，備淤水深0.2m）；

故：Dm=3.6+0.5+0.3=4.4m。

D0=86.0-4.4=81.6m。

綜合考慮，碼頭前沿底高程取81.6m。

表1 總平面布置方案優(yōu)缺點(diǎn)比選表

表2 裝卸工藝方案比選表

2.2.2 碼頭頂面高程設(shè)計(jì)

根據(jù)參考文獻(xiàn)，碼頭前沿高程等于設(shè)計(jì)高水位加上超高值計(jì)算，

式中：E 為碼頭面設(shè)計(jì)高程（m），HWL為設(shè)計(jì)高水位（m），根據(jù)水文資料本項(xiàng)目取102.05m，Δ為超高值（m），按規(guī)范要求取0.5m。經(jīng)計(jì)算碼頭頂面高程E＝102.05＋0.5＝102.55（m）。

經(jīng)過綜合考慮，結(jié)合項(xiàng)目后方陸域的現(xiàn)有地形及標(biāo)高狀況，最終該項(xiàng)目的碼頭前沿高程確定為102.50m。

2.3 裝卸工藝

散裝水泥專用碼頭裝卸工藝系統(tǒng)主要由裝卸船機(jī)和水泥管線輸送系統(tǒng)兩部分組成。進(jìn)行裝卸工藝設(shè)計(jì)時(shí)，在充分考慮了船舶組合靠泊要求及碼頭區(qū)面積利用率等，對裝卸設(shè)備和水泥輸送管線的布置情況進(jìn)行以下分析。

2.3.1 裝卸船設(shè)備

目前用在散裝水泥專用碼頭的主要設(shè)備有四種，主要是有直線擺動式裝船機(jī)、移動式裝船機(jī)、固定回轉(zhuǎn)式裝船機(jī)和圓弧擺動式裝船機(jī)。移動式裝船機(jī)對多個(gè)泊位及大噸級船舶的適應(yīng)性較好，但在布置時(shí)需考慮其尾車段長度（尾車大概長度40m），本工程碼頭噸級較小，船型較短，移動式裝船機(jī)的優(yōu)勢不能體現(xiàn)在出來。固定式裝船機(jī)投資少，但其靈活性差，有時(shí)需要移船來配合，效率比較低。該項(xiàng)目在進(jìn)行論證時(shí)采用了圓弧擺動式裝船機(jī)和直線擺動式裝船機(jī)兩種方式進(jìn)行了對比分析。其中方案一是直線擺動式裝船機(jī)，方案二是圓弧擺動式裝船機(jī)。這兩種裝卸工藝方案的優(yōu)缺點(diǎn)見表2。

兩種裝卸方案在內(nèi)河碼頭均有應(yīng)用，技術(shù)上均可行，且都能滿足年計(jì)劃吞吐量的要求。考慮到該碼頭的性質(zhì)，碼頭噸級較小，貨量不大，在滿足使用的同時(shí)充分考慮到經(jīng)濟(jì)性，最后采用裝卸工藝方案一作為最終的方案。

最終方案的裝卸工藝流程如下：

（1）散裝水泥、骨料。

{后方工藝系統(tǒng)}→直線擺動式裝船機(jī)→船

（2）煤、混合材卸船。

散貨船→門座式起重機(jī)→漏斗→皮帶式輸送機(jī)→后方工藝輸送系統(tǒng)

散貨船→門座式起重機(jī)→漏斗→自卸汽車→堆場

（3）后方帶式輸送系統(tǒng)。

后方帶式輸送機(jī)一端從廠區(qū)內(nèi)輸送水泥或骨料至碼頭裝船，另一端由碼頭卸船運(yùn)送原煤至廠區(qū)內(nèi)，水泥和原煤種物料共用一條雙層皮帶，長度約1050m；骨料輸送單獨(dú)采用一條皮帶；長度約980m。各種物料輸送能力分別為：水泥400t/h，骨料650t/h，原煤300t/h。帶式輸送機(jī)帶寬1.0m，變頻調(diào)速。鋼廊道采用壓型鋼板封閉，沿地形架空布置，廊道下方凈空約4.5m，過省道處凈空5m，單條皮帶廊道寬度約3m；沿廊道下方設(shè)計(jì)7m寬檢修道路。

2.4 泊位通過能力計(jì)算

根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]進(jìn)行泊位通過能力計(jì)算,公式如下：

tz

Ty—年?duì)I運(yùn)天數(shù)（d）；

G—設(shè)計(jì)船型的實(shí)際裝載量（t）；

tZ—裝卸一艘設(shè)計(jì)船型所需要的純裝卸時(shí)間（h）；

p—設(shè)計(jì)船時(shí)效率；

tf—船舶裝卸輔助作業(yè)與技術(shù)作業(yè)時(shí)間之和；

td—晝夜小時(shí)數(shù)（h）；

ts—晝夜非生產(chǎn)時(shí)間之和（h）；

ρ—泊位利用率（%）。

通過以上公式計(jì)算可得各貨類的泊位年通過能力。散裝水泥年吞吐量為80萬噸，泊位年通過能力為98萬噸；骨料年吞吐量為250萬噸，泊位年通過能力為278萬噸，煤、混合材年吞吐量為40萬噸，泊位年通過能力為45萬噸。由以上計(jì)算結(jié)果可知，設(shè)計(jì)方案能滿足泊位年吞吐量的要求。

3.結(jié)論

本文通過對一個(gè)散裝水泥碼頭為例，介紹了該水泥專用碼頭總平面布置、裝卸工藝、結(jié)構(gòu)型式及碼頭底高程等關(guān)鍵技術(shù)，本項(xiàng)目采取了順岸布置形式，碼頭底高程一致，使得船舶靠泊具有較好的適用性和靈活性。裝卸工藝布局合理，性能穩(wěn)定。該項(xiàng)目建成后，運(yùn)行效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足項(xiàng)目單位使用需求，運(yùn)行良好。