重力墩式碼頭布置分析與研究

◎ 周愛(ài)燕 中交廣州水運(yùn)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司

1.工程特點(diǎn)

1.1 工程概況

茂名港博賀新港區(qū)昌利石化倉(cāng)儲(chǔ)基地碼頭工程位于茂名港博賀新港區(qū)東區(qū)，東防波堤內(nèi)側(cè)液體散貨作業(yè)區(qū)，編號(hào)為E9泊位。工程擬建一個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)石化碼頭泊位，泊位總長(zhǎng)度為279m。碼頭計(jì)劃吞吐量為295萬(wàn)噸/年，泊位設(shè)計(jì)通過(guò)能力為394萬(wàn)噸/年。博賀新港區(qū)目前已建成東、西防波堤并形成環(huán)抱式港池。

1.2 工程特點(diǎn)

①設(shè)計(jì)船型跨度大。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（TJS 165-2013），工程設(shè)計(jì)代表船型分為油船和化學(xué)品船，其中涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的船型為油船，最大為5萬(wàn)噸級(jí)，最小為2000噸級(jí)，而液體化工品船則以2000～5000噸級(jí)為主，總而言之，設(shè)計(jì)船型噸位跨度較大，碼頭的布置需要考慮兼顧靠泊問(wèn)題。

②裝卸貨種繁多。碼頭擬裝卸的貨種包括油品和化工品9大類，共48種。分別為油類、醇類、苯類、烷類、烯類、烴類、醚類、酮類、酸類，其中油類品種最多，量也最大，吞吐量達(dá)到245萬(wàn)噸/年，占比達(dá)到83%。

③離岸較遠(yuǎn)。本工程位于東防波堤內(nèi)側(cè)，碼頭前沿線距離東防波堤軸線203m，距離后方公共管廊棧橋約60m，不與陸域相接。

④工程區(qū)域巖面埋藏淺，根據(jù)勘探資料顯示，碼頭范圍內(nèi)強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化花崗片麻巖巖面均較淺，承載力較高，可以選作重力式碼頭持力層。

2.總平面布置方案

2.1 水域主尺度

①泊位總長(zhǎng)度。根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 165-2013）計(jì)算，碼頭泊位長(zhǎng)度按停泊1艘5萬(wàn)噸級(jí)油船取值為279m，可同時(shí)停靠1艘5千噸級(jí)油船和1艘2千噸級(jí)化學(xué)品船。

②靠船段長(zhǎng)度。墩式碼頭靠船墩中心間距為設(shè)計(jì)船型船長(zhǎng)30%～45%，本碼頭考慮到兼靠小型船舶，顧采用工作平臺(tái)兼靠船功能的布置形式，同時(shí)靠泊1艘5千噸級(jí)油船和一艘2千噸級(jí)化學(xué)品船時(shí)靠船段長(zhǎng)度最大，經(jīng)反算兩側(cè)可外伸0.275～0.35L（約24～43m），碼頭計(jì)算總長(zhǎng)度減去兩邊外伸，平臺(tái)最小長(zhǎng)度為193m，工作平臺(tái)長(zhǎng)取193m，滿足靠船段長(zhǎng)度要求。

③碼頭采用重力式結(jié)構(gòu)時(shí)，碼頭前沿頂高程按上水標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，受力標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核，按受力標(biāo)準(zhǔn)控制的頂高程計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 碼頭前沿頂高程計(jì)算表

結(jié)合碼頭結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)綜合考慮，碼頭工作平臺(tái)前沿頂高程取7.5m，系纜墩高程取6.0m。

2.2 平面布置

①碼頭布置。E9 泊位碼頭前沿線布置于天然水深約-11.0 m的位置，距離后方博賀新港區(qū)公用管廊棧橋60 m，碼頭軸線方位為15°41′30″～195°41′30″。設(shè)計(jì)按5萬(wàn)噸級(jí)泊位考慮，最小可兼顧同時(shí)靠泊1艘5千噸級(jí)油船和1艘2千噸級(jí)化學(xué)品船，碼頭泊位計(jì)算長(zhǎng)度為279m，采用重力式墩式布置，中間布置1個(gè)大的工作平臺(tái)，兩邊各布置1個(gè)系纜墩，工作平臺(tái)與系纜墩之間通過(guò)人行鋼橋連接。

由于平臺(tái)需兼顧大小不同船舶，經(jīng)過(guò)計(jì)算靠泊長(zhǎng)度所需的平臺(tái)長(zhǎng)度為193m，結(jié)合工藝設(shè)備需要，寬度定為20m，最終確定工作平臺(tái)平面尺度為193mx20m，系纜墩尺度為13m×13m。工作平臺(tái)前沿頂高程為7.5m。系纜墩頂高程6.0m。碼頭后方為水域公共管廊，布置一座長(zhǎng)40m、寬12m的棧橋與公用管廊連接。

為了滿足不同船型的靠泊作業(yè)要求，工作平臺(tái)面布置3個(gè)裝卸點(diǎn)，1#裝卸點(diǎn)和3#裝卸點(diǎn)布置在平臺(tái)兩邊，滿足小船裝卸作業(yè)；2#裝卸點(diǎn)布置在中間，滿足大型船舶裝卸作業(yè)。1#裝卸點(diǎn)配置3臺(tái)手動(dòng)裝卸臂、2#裝卸點(diǎn)配置1臺(tái)軟管吊及2條軟管和2臺(tái)電液控裝卸臂、3#裝卸點(diǎn)配置1臺(tái)軟管吊和4條軟管。船舶裝卸船時(shí)通過(guò)裝卸臂或者軟管，再?gòu)难b卸伐區(qū)通過(guò)碼頭后沿的管廊，接著通往公共管廊，最后送往本碼頭后方的庫(kù)區(qū)。

②水域布置。本工程相鄰E8和E10（5萬(wàn)噸級(jí)）均為液體化學(xué)品泊位，船舶最小間距50m，滿足規(guī)范對(duì)相鄰危險(xiǎn)品碼頭的凈間距要求。

本工程回旋水域布置于碼頭正前方，回旋水域設(shè)計(jì)底標(biāo)高為-13.3m，回旋圓直徑取5萬(wàn)噸級(jí)船長(zhǎng)2倍，為458m。停泊水域?qū)挾?5m，設(shè)計(jì)底標(biāo)高-14.1m。

3.結(jié)構(gòu)布置

（1）碼頭離岸式布置，結(jié)合地質(zhì)資料顯示巖面較淺，綜合考慮，碼頭采用重力墩式，結(jié)構(gòu)方案采用沉箱，工作平臺(tái)由10 個(gè)大沉箱組成，單個(gè)沉箱尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為15.0×18m×16.9 m，重約2470t，2個(gè)系纜墩為2個(gè)相對(duì)較小的沉箱，單個(gè)沉箱尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為12×12×19.4m，沉箱單件重約1845t，拋石基床厚度約為2.0m，邊坡按1：2，持力層為強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖層。胸墻高5.5m，前沿胸墻寬3.0m，后沿寬1.8m，上部分別布置級(jí)配碎石墊層，水泥穩(wěn)定碎石和C35混凝土大板面層。工作平臺(tái)為了滿足過(guò)水率要求，上部結(jié)構(gòu)有兩跨布置跨版，跨度為10.5m，厚度0.8m，為了防止船舶撞擊，面板前沿設(shè)置凹進(jìn)0.5m。工作平臺(tái)與系纜墩之間架設(shè)兩座鋼引橋，引橋長(zhǎng)30m，寬2.5m。胸墻上需要考慮裝卸臂、登船梯、軟管吊和消防炮等大型設(shè)備的基礎(chǔ)預(yù)埋，碼頭上布置一條連通的排水溝和三個(gè)集水池，碼頭上的雨污水經(jīng)過(guò)集水池的收集和預(yù)處理，達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)入污水管，排至后方進(jìn)行統(tǒng)一處理。

工作平臺(tái)與港區(qū)公共管廊之間通過(guò)一座接岸引橋連接，引橋長(zhǎng)度為40m，寬12m，頂高程9.0～7.5m。為了避免引橋基礎(chǔ)與管廊基礎(chǔ)之間的碰撞，引橋采用灌注樁基礎(chǔ)，樁徑為Φ1200mm，樁長(zhǎng)約30m，共5跨，采用梁板結(jié)構(gòu)，橫梁為倒T型，下橫梁寬2.4m，高1.3m，上橫梁寬1.2m，高1.5m，管廊支墩處縱梁寬1.0m，高1.5m，混凝土C40。

（2）不同噸位的船舶靠岸時(shí)由風(fēng)和水流產(chǎn)生的系纜力，計(jì)算結(jié)果見表2。此外，不同船舶干弦高度差別較大，靠泊碼頭時(shí)所需的系纜高程也有較大不同，為了方便不同噸級(jí)船舶系纜，設(shè)置兩層系纜結(jié)構(gòu)。450kN系船柱匹配千噸級(jí)及以下船舶系纜，布置在高程4.0m處；750KN快速脫纜鉤（一柱雙鉤）布置在高程7.5m處，共布置6個(gè)，其中系纜墩各布置一個(gè)，工作平臺(tái)共布置4個(gè)，二者之間通過(guò)人行步梯連接。

表2 系纜力計(jì)算結(jié)果

（3）護(hù)舷的水平間距，應(yīng)保證護(hù)舷達(dá)到設(shè)計(jì)壓縮變形量，船舶靠離不會(huì)撞到相鄰護(hù)舷間的碼頭結(jié)構(gòu)，最大護(hù)舷水平間距，千噸級(jí)船舶的船首曲率半徑比萬(wàn)噸級(jí)船舶要小的多，經(jīng)計(jì)算小船所需的護(hù)舷間距約為25m，5萬(wàn)噸級(jí)油船所需的護(hù)舷間距為30m，設(shè)計(jì)時(shí)將護(hù)舷間距縮短至25m，碼頭通過(guò)合理安排護(hù)舷布置，起到防止船舶撞擊主體結(jié)構(gòu)的作用。

（4）船舶產(chǎn)生的撞擊力有兩種，一種是船舶靠岸時(shí)在水流作用產(chǎn)生的撞擊力，另一種是系泊船舶在波浪作用下產(chǎn)生的撞擊力。海港碼頭需分別對(duì)兩種狀況進(jìn)行計(jì)算，然后按最大值進(jìn)行橡膠護(hù)舷的選取。兩種計(jì)算結(jié)果分別見表3和表4。

表3 船舶靠岸撞擊能量計(jì)算結(jié)果

表4 船舶系泊時(shí)橫浪作用下產(chǎn)生的撞擊能量計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，船舶停泊時(shí)橫浪產(chǎn)生的撞擊能量較大，選用SC1450H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷（兩鼓一板），護(hù)舷設(shè)計(jì)吸能量1192kJ，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)最大反力1872kN，滿足要求。護(hù)舷安裝底高程為1.5m，頂高程為5.7m。

4.結(jié)語(yǔ)

對(duì)于靠泊不同船型的大型油品和化學(xué)品的碼頭，通過(guò)合理布置碼頭，采用一個(gè)大的工作平臺(tái)和兩個(gè)系纜墩，結(jié)合重力墩式結(jié)構(gòu)形式，可以滿足裝卸作業(yè)要求的同時(shí)，還可以提高碼頭的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。