某碼頭減載靠泊20萬噸級集裝箱船能力論證

母從容

摘 要：為了充分利用港口岸線和現有碼頭資源，結合現有碼頭結構檢測結論，對某工程1#～3#泊位的碼頭泊位長度、前沿停泊水域、回旋水域、航道、錨地、導助航設施、碼頭工藝設備、碼頭主體結構安全穩定性及碼頭附屬設施安全性等方面，進行超原設計船型的集裝箱碼頭靠泊能力的論證，評估碼頭靠泊20萬噸級集裝箱船舶的可行性。對不滿足靠泊要求部分，在保障船舶靠離泊和生產作業安全的前提下，提出限制要求，在特定的條件下，可進行靠離泊裝卸作業。

關鍵詞：集裝箱船;減載靠泊;平面尺度;碼頭工藝設備;碼頭主體結構;附屬設施

中圖分類號：[U653.5]? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）03-0080-03

面對全球集裝箱班輪大型化加速的局面，新建大型深水碼頭固然可以解決問題，但往往受到岸線、土地、水域和資金等問題的限制變得越發困難。寶貴的岸線資源是不可再生的，為充分利用港口岸線和現有碼頭資源，在保障船舶靠離泊和生產作業安全的前提下，提出限制要求，超原設計船型在特定的條件下，進行減載靠離泊裝卸作業可以最大限度發揮碼頭潛力，優化資源配置，滿足公司生產經營的需求。

1論證內容

本文主要從碼頭總平面圖布置、碼頭工藝、碼頭系泊設施、碼頭結構等主要幾個方面進行安全核算，論證減載靠泊20萬噸級集裝箱船的可能性。

2碼頭結構現狀

某工程碼頭（1#～3#）泊位長度為1246m，原碼頭設計布置3個10萬噸級集裝箱泊位（結構按15萬噸集裝箱船預留），頂高程8.2m（見圖1）。

碼頭結構采用不帶卸荷板的重力式沉箱結構。碼頭持力層為強風化巖，基床頂標高為-17.0m。沉箱長16.60m、底寬14.0m、標準沉箱高20.0m。碼頭采用AA1200三鼓一板高反力橡膠護舷，設2000kN系船柱。集裝箱裝卸橋后軌基礎采用灌注樁結構，樁基采用Ф1200灌注樁樁基上現澆C40軌道梁。碼頭前沿現共配備岸邊集裝箱裝卸橋10臺，軌距均為35m，裝卸橋外伸距66m，其軌上起升高度42m。

根據碼頭現狀檢測報告及現場檢查結果，1#～3#泊位整體基本完好，沉箱、胸墻等主要構件均處于較好的保護狀態;碼頭沉降和位移均在正常的范圍內;附屬設施有局部破損，但不影響碼頭使用。碼頭現狀良好，碼頭耐久性能夠滿足要求，不需要加固改造。

3核算論證

3.1論證船型

本次論證船型為20萬噸級集裝箱船，總長400m，型寬61.5m，型深33.5m，滿載吃水17.0m。

3.2總平面布置復核結論

按最新規范對20萬噸級集裝箱船減載（限制吃水16.0m內）進行論證，論證結論如下：

（1）泊位長度：某工程1#～3#泊位岸線總長1246m，可滿足2艘20萬噸級集裝箱船同時靠泊。

（2）停泊水域：根據某工程1#～3#泊位停泊水域水深掃測資料，現有1#～3#泊位的停泊水域123m的底標高均達到-17.0m，滿足20萬噸級集裝箱船減載（限制吃水在16.0m內）停泊需求。

（3）回旋水域：某工程1#～3#泊位回旋水域與某工程4#泊位統籌考慮，回旋水域長軸長2040m，短軸寬675m，根據某工程1#～3#泊位2020年3月測圖，測圖中的回旋水域水深大部分達到15.5m，局部有淺點。回旋水域內需要全部疏浚至-15.5m后才能滿足20萬噸級集裝箱船減載（限制吃水16m內）乘潮作業的要求。

（4）航道：某工程1#～3#泊位船舶進出港利用廈門港主航道及海滄航道，現有航道尺度滿足20萬噸級集裝箱船減載（限制吃水16.0m內）乘潮進出港要求，乘潮水位為3.14m（乘潮歷時6小時，保證率90%）。

（5）錨地：1#錨地水深及平面尺度可滿足20萬噸級集裝箱船減載候潮待泊需要。

3.3碼頭工藝復核結論

通過對岸橋外伸距和起升高度的核算，復核結論如下：

（1）根據計算，20萬噸級集裝箱船裝卸作業要求岸橋外伸距需達到65.88m，現有岸橋外伸距為66m，可滿足裝卸要求。

（2）20萬噸級集裝箱船裝卸作業要求岸橋軌上起升高度達到53m，現有岸橋軌上起升高度為42m，使用單位現擬將岸橋加高8m，則加高后的起升高度分別為50m，加高后仍達不到55m起升高度的要求。因此，利用現有岸橋裝卸作業時需控制甲板上堆箱高度。

3.4碼頭系泊設施復核

3.4.1系纜力

設計風速V=22m/s（9級風），流速V=1.37 m/s計算。當風力大于9級風時船舶應離開碼頭到錨地避風。

系纜力按《港口工程荷載規范》（JTS 144-1-2010）有關公式計算：

式中：N為系纜力標準值; 為風和水流對船舶作用產生的橫向分力總和及縱向分力總和;為系船柱受力不均勻系數;n為計算船舶同時受力的系船柱數目， n=14; α為系船纜的水平投影與碼頭前沿線所成的夾角，取α=30°;β為系船纜的水平面之間的夾角，取β=15°。經計算：N =1821kN，碼頭上現有2000kN系船柱可滿足船舶靠泊要求。

3.4.2擠靠力

按《港口工程荷載規范》（JTS 144-1-2010）有關公式計算：船舶停靠碼頭后，由吹攏風及泊穩波浪所產生的船舶擠靠力，由船舶的直線段與碼頭護舷相接觸，并傳遞給碼頭結構。由于船舶直線段較長，一般為船長的0.7倍左右，接觸點較多，其力值小于船舶靠泊撞擊力。

3.4.3撞擊力

船舶靠岸時的有效撞擊能量按下式計算：

式中為有效動能系數，取0.8;為船舶質量（t），按滿載排水量計算，取t; 為船舶靠岸法向速度（m/s），m/s。

經計算，有效撞擊能量為774.91KJ。

3.4.4系泊船舶在橫浪作用下對靠船結構產生的撞擊能量

經計算，船舶停泊時在橫浪作用下產生的撞擊力與靠泊時產生的撞擊力相比較小，不起控制作用。

綜上所述，碼頭現有靠泊設施為AA1200H三鼓一板高反力型橡膠護舷，最大設計吸能分別為806kJ。根據以上結果，在嚴格限制船舶法向靠泊速度的前提下，能夠滿足20萬噸級集裝箱船靠泊要求，靠泊時應嚴格控制船舶法向靠泊速度。

3.4.5碼頭結構復核

根據工藝設備復核現有岸橋軌上起升高度不滿足20萬噸級集裝箱船裝卸作業要求，需對岸橋進行加高改造，結合現有條件及使用單位需求，擬將岸橋加高8m。由于岸橋加高8m后設計荷載改變，需按加高后的岸橋荷載對碼頭結構進行復核。

3.4.5.1設計波浪要素

工作狀態：按船舶作業最大允許波高，H1%=1.3m，H4%=1.0m。非工作狀態：50年一遇，波向SE，H1%=4.23m，L=66m，Tm=6.5S。

3.4.5.2碼頭均布荷載

碼頭前方70m范圍內均布荷載30kPa;距碼頭前沿70m范圍外為堆場，均布荷載60 kPa。

3.4.5.3岸橋荷載

加高8m后的集裝箱裝卸橋基距16m，軌距35m，工作狀態下（計算風速20m/s），前軌最大輪壓860kN，后軌最大輪壓634kN;非工作狀態下（計算風速70m/s），前軌最大輪壓1458kN，后軌最大輪壓1550kN;前軌支腿最大上撥力4512 kN，后軌支腿最大上撥力3151kN。

3.4.5.4地質條件

現有碼頭結構的持力層為中風化花崗巖。

3.4.5.5主要結構計算結果

（1）碼頭抗傾、抗滑穩定性，基床應力及基地承載力。沿基床頂面：抗滑作業效應組合值/滑動作業效應組合值為1.41，抗傾作業效應組合值/傾覆作業效應組合值為1.36;沿基床底面：抗滑作業效應組合值/滑動作業效應組合值為1.22，均滿足規范規定的≥1的要求。基床頂面最大應力為785.5<800kpa，滿足規范要求。地基承載力抗力分項系數r=2.76，滿足規范規定的取值范圍為2.0～3.0的要求。

（2）碼頭整體穩定性計算。碼頭整體穩定計算的最小抗力分項系數持久工況為1.21，地震工況為1.13，滿足規范規定的1.1～1.3的要求。

（3）沉箱底板強度計算。作業在沉箱底板上的最大彎矩包括：承載能力極限狀態最大彎矩組合值為519.8kN/m;正常使用極限狀態最大彎矩組合值為304.2kN/m;經核算，強度、裂縫等結構指標均滿足規范要求。

（4）后軌道梁強度計算。作業在后軌道梁上的最大彎矩包括：承載能力極限狀態最大彎矩組合值為10738.1kN/m;正常使用極限狀態最大彎矩組合值為4426.5kN/m;經核算，強度、裂縫等結構指標均滿足規范要求。

（5）灌注樁配筋及承載力計算。作業在后軌道梁下方的灌注樁的最大彎矩包括：承載能力極限狀態最大彎矩組合值為1091.7kN/m;正常使用極限狀態最大彎矩組合值為452.0kN/m;灌注樁承載能力極限狀態最大壓樁力為6573.0kN，最大拉樁力為410.6kN;經驗算，灌注樁強度、裂縫及樁基承載力均滿足規范要求。

4減載靠泊限定條件

依據《沿海碼頭靠泊能力管理規定》，某工程1#～3#泊位可以減載靠泊20萬噸級集裝箱船舶，靠離泊限制條件如下：

系船柱個數≥14個;法向靠岸速度≤0.08m/s;結構設計離泊風速≤22 m/s;靠離泊風速：吹攏風風力≤5級，吹開風風力≤6級;緊急離泊波高≤1.5 m;允許最大吃水≤16.0m;允許最大載重噸≤17.5萬噸;拖輪配置單艘拖輪馬力不小于5000HP，拖輪數量3～4艘。

5結語

綜上所述，在不改變碼頭平面布置及碼頭主體結構的情況下：

（1）碼頭泊位長度、前沿停泊水域、回旋水域、航道、錨地等經過論證在限定靠離泊條件均能滿足20萬噸級集裝箱船減載使用要求;

（2）碼頭現有系船柱和橡膠護舷在限定條件下能滿足20萬噸級集裝箱船減載靠泊要求;

（3）岸橋的起升高度在控制甲板堆箱層數和船舶吃水情況下，以及岸橋輪壓荷載不超過核算輪壓的情況下，碼頭主體結構的穩定性、地基承載力、沉箱及后軌道梁結構強度、灌注樁結構承載力等滿足現行規范要求。

參考文獻：

[1]JTS 167-2018《碼頭結構設計規范》[S].

[2]JTS 144-1-2010《港口工程荷載規范》[S].

[3]楊彩云，天津港南1西、南2、南3泊位靠泊能力核算[J].港工技術，2007.10：17-20.