某港區泊位碼頭結構加固改造設計

李文

（江西省港航設計院有限公司，江西 南昌 330008）

1 工程概況

某港區為20世紀80年代改革開放時期所建設的江海聯運港區，港區2#～5#萬噸級泊位主要設置于大港河東側，自建成運營以來經過數次技術改造，當前靠泊能力已經提升至3 萬噸級，但仍無法滿足當前日益發展的航運靠泊需求。現有2#～5#萬噸級泊位為連片式碼頭設計，碼頭寬28m，碼頭平臺長735m，劃分為前后兩個樁臺，前后樁臺排架設計間距分別為12m 和10m。碼頭采用高樁梁板式設計形式，并以φ1200mm 鋼管樁為基樁；上下層系纜設施分別為550kN 和150kN 系船柱，靠船設置則為φ1000mm 圓筒形橡膠護舷。

考慮到當前航運規模的不斷增大，為使該港區泊位碼頭能適應流域河段中轉吞吐量快速增長及到港大型海輪靠泊需求，必須對其2#～5#萬噸級泊位碼頭實施加固改造，使其適應5～7 萬噸級船舶靠泊需要。

2 總平面布置

2.1 船型及泊位布置

該港區2#～5#萬噸級泊位設計船型具體見表1。

表1 港區泊位設計船型

泊位長度主要根據《海港總平面設計規范》（JTS165-2013）所提供的公式確定：

式中：L—泊位設計長度（m）；n—泊位數（個）；L—代表性船型設計長度（m）；d—富裕長度（m）。將該港區2#～5#萬噸級泊位相關參數代入式（1）便可得出該碼頭平臺泊位總長度為735m，這一長度能滿足1 艘3 萬噸級散貨船和2 艘7 萬噸級散貨船停靠需要。

2.2 系靠泊點布置

船舶系靠泊點布置必須綜合考慮港口自然條件、船型、船舶尺寸、碼頭布置等情況。該港口泊位碼頭船舶系靠泊點布置時必須充分利用岸線資源，考慮5～7 萬噸級船舶靠泊需求的基礎上靈活配置，盡量控制改造范圍，優化系靠泊點數量。本次改造設計按照1 艘5～7 萬噸級船舶系纜數量至少6 個，并按照擬停靠船舶長度的30%～45%確定靠泊點思路進行可行性研究與論證。根據論證結果，應增設17 個新的系靠泊點。

2.3 泊位前沿線

碼頭泊位前沿線布置應考慮防洪、航道管理、港口規劃、河段河勢、水深、水流、通航安全、港區營運模式等條件，該港口泊位碼頭加固改造設計建設單位在充分論證的基礎上提出了大型海輪靠泊碼頭操作方案，指出，大型海輪靠泊碼頭時應借助2 艘總功率5145kW 的輔助拖輪，靠泊角度不超出3°，并按照0.12～0.18m/s的法向速度緩慢平行靠泊于新建靠泊點，靠泊過程中泊位前沿線保持不變。

3 水工建筑物設計

結合該港區泊位碼頭總平面設計，泊位碼頭結構加固改造設計前必須研究護舷、系船柱等已建碼頭設施受力情況及新增設施與原結構關系。

3.1 設計荷載

以水工建筑物結構自重為恒載。前方樁臺碼頭均載及后方樁臺平臺均載分別取15kN/m和35kN/m。重量為25t 的門機基距和規距均為10.5m，每條門機腿設置8 個轉輪，輪距0.765m，各轉輪輪壓最大為250kN。根據《港口工程荷載規范》（JTS 144-1-2017）及該港區泊位碼頭設計船型（表1），進行船舶系纜力、撞擊力和擠靠力等船舶荷載的計算。碼頭新建系靠泊點附屬設施主要使用1500kN 系船柱以及2×SUC1250H 型標準反力鼓型護舷。

3.2 原碼頭結構復核驗算

結構復核驗算項目主要有碼頭樁頂彎矩、樁力、橫梁內力等，以原碼頭結構自質量、新船舶荷載及新裝卸設備荷載等為原碼頭結構復核驗算荷載組合。

復核驗算結果表明，港區2#～5#萬噸級泊位碼頭原結構樁力計算結果均比地質報告所得樁基承載力允許值大，表明原結構碼頭樁基抗壓承載力并不滿足泊位碼頭安全運行要求。原有樁基采用的是φ1200mm 鋼管樁，但承載能力和抗彎能力均較大，而叉樁僅為一對，設計船型為5～7 萬噸級，所對應的水平向系纜力、船舶撞擊力等均較大。在原結構下，水平向系纜力、船舶撞擊力均由一對斜樁承受，樁基內力必定無法滿足承載力要求，為此必須進行原碼頭結構改造。

3.3 水工結構設計

系靠泊點結構可以采用兩個方案，方案一為局部改造方案，并利用原結構體系；方案二為新建方案，并由新建結構獨立承擔船舶荷載。

（1）方案一：局部改造方案。即結合總平面系纜布設及靠泊點布置，在各布置點位處進行原結構局部改造，在原排架江端增設樁基。具體而言，在需要改造的原排架上增設4 根φ900mm 鋼管樁/榀，而后在其上澆筑節點，使之與原排架充分結合成新排架結構。將1500kN 系船柱設置在新排架結構上方，同時將標準型板鼓橡膠護舷增設在前沿，以供船舶系靠。為施工便利，應將其左右跨前沿結構拆除。

圖1 方案一局部樁位（單位：mm）

（2）方案二：新建方案。結合系纜、靠泊點等的平面布置，將獨立鋼簇樁Ⅰ組設置于各布點位置。每組鋼簇樁應包括3 根φ1700mm 鋼管樁，鋼簇樁內灌注混凝土。鋼簇樁之上增設鋼平臺及1500kN 系船柱，其前設置標準型鼓板橡膠護舷。該方案直樁于水上施打，為簡化施工過程，原結構拆除量不大，僅拆除鋼簇樁所在位置跨前沿結構。

兩個方案的比較詳見表2，通過技術優劣勢及經濟性等方面的綜合比選，該港區泊位碼頭結構選用方案一，即在原結構體系的基礎上局部改造。

表2 港區泊位碼頭結構方案比較

依照建設單位安排，該港區2#～5#萬噸級泊位碼頭結構加固改造工作分階段實施，于2019年先進行4#、5#碼頭加固改造，試運行2年以來碼頭運行情況十分良好。于2021年8月采用同樣設計方案進行2#～3#泊位碼頭結構加固改造，2021年底改造完成后通過交通運輸部水運司驗收并正式投入運營。

4 結論

綜上所述，舊碼頭改造問題是長江等河段老碼頭運營過程中所普遍面臨的技術難題，本研究通過擬停靠船舶系靠泊要求，充分利用岸線資源的基礎上對改造范圍進行優化，將舊碼頭改造施工對碼頭平穩生產的不利影響降至最低。河段舊碼頭結構改造過程中，綜合考慮影響碼頭沿線布置的各種可能因素，應盡可能維持泊位前沿線原狀。本設計所采用的通過增設樁基并充分利用原結構體系增設系靠泊點的改造方案，能充分發揮原基樁結構承載力，減少新增樁基工作量和材料用量，節省工程量的同時，能較好滿足擬靠船舶系靠泊要求。本設計也為舊碼頭結構改造提供了一種全新思路。