某大件作業碼頭主體強度安全評估

劉劍

（大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

某大件作業碼頭主體強度安全評估

劉劍

（大連理工大學土木建筑設計研究院有限公司，遼寧，大連，116023）

中遠物流擬在某碼頭進行大件作業，為確保安全作業，須進行相應的碼頭主體強度驗算，并進行安全評估。

碼頭；安全；評估

一、工程概況

1、工程背景

大連中遠物流有限公司擬在某碼頭進行反應器滾裝上船作業，為確保作業安全，對碼頭滾裝作業工況進行安全評估。

2、擬作業碼頭的基本情況

（1）自然條件

①地理位置

本工程位于棉花島南端。棉花島是大連灣灣底突出的一個半島，三面環海，西側為甜水灣，東側與大連中遠船塢有限公司船塢基地毗鄰，南向及東南向為外海。

②地質

本區所處大地構造單元為中朝淮地臺營口-寬甸臺拱以南的復州凹陷區及金州斷裂帶以東的倒轉背斜東翼。擠壓帶及斷裂構造較為發育，并伴有燕山期火成巖侵入體。

勘察場地上覆為第四系全新統海相淤泥，淤泥質亞粘土及更新統陸相碎石、碎石混粘土、粘土；下伏基巖為震旦系中統甘井子組白云質灰巖夾著通灰巖，以及中生代燕山期輝綠巖巖脈穿插。

本區地震烈度為7度。

③水文

a.設計潮位(以大連港筑港零點起算,下同)

極端高水位:5.10m

設計高水位:4.15m

設計低水位:0.60m

極端低水位:-1.15m

施工水位:2.20m

b.海流:

該區海流主要為潮流流,由于大連灣的灣口在南端，整個海灣潮流流速自灣口向灣頂呈遞減趨勢，棉花島海域即港址處，位于大連灣北端灣頂，是潮流最弱的區域之一。漲潮流向自東南向西北，最大流速 8.2cm/s，落潮流自西北向東南，最大流速13.4cm/s，大潮期間多數流速不超過0.1節，最大流速小于0.3節。

c.波浪

擬建工程所處水域無掩護,主要受SE向外海波浪影響。

④氣象

a.風況

該地區主要受季風影響，夏季多偏南風，冬季多偏北風。常風向為N向，強風向為N向及NNW向，最大風速為34m/s。年均風力大于等于6級風的天數為33.73天，大于等于7級風的天數為6.06天。

b.氣溫

年平均氣溫:10.2℃

年最高氣溫:35.3℃

年最低氣溫:-21.1℃

最低月平均氣溫:-3.33℃(一月)

最高月平均氣溫:23.54℃(八月)

c.降水

降水集中在七、八月份。

年平均降水量為658.7mm。

d.冰況

大連灣結冰期為每年1月初～3月初。結冰厚度為5～20cm,多分布在岸邊附近水域。

e.霧

年平均霧日約40天，能見度小于1公里的重霧的天數平均為24.3天，最多39天，持續時間自午夜至清晨，一般在6小時以內。3-8月為霧季，7月份最多。

f.凍土

凍土深度為0.9m。

（2）評估條件

①主要建筑物及結構安全等級

碼頭:Ⅱ級

②建筑物設計標高

碼頭:碼頭面標高5.5m,碼頭底標高-6.5m。

③建筑物主要尺度

碼頭總長136m。

④結構方案

碼頭結構為重力式,下部采用沉箱,上部為現澆混凝土胸墻結構。

沉箱底標高為-7.0m,下設0.5～1.0m厚拋石基床。沉箱頂標高為2.5m。

胸墻為現澆結構。現澆胸墻中設有 1000×1000mm的管溝,用于鋪設給水管線及通信線路。

當節點檢測到槍聲信號時開始監聽網絡中是否有相同頻率的載波，以此來判斷當前信道是否空閑。當前信道忙碌時，節點不發送數據并保持連續監聽；當前信道空閑時，網絡中可能出現多個節點同時需要發送數據的情況，需要合理的退避機制來規避節點的信道沖突。在節點退避周期結束之后執行空閑信道評估（Clear Channel Assessment，CCA），如果此時節點檢測到信道空閑則發送數據，否則節點進入下一個數據收發周期。退避算法[5]的流程如圖3所示。

采用11座250KN系船柱, 105個H300×L1500D型橡膠護舷和13個φ800×127×L2000型圓筒護舷。

注:經評估委托方現場測量,原施工圖系船柱間距與現在系船柱間距有出入。

⑤使用說明

原使用情況：

碼頭岸線長160.83m，為3000DWT級順岸式可滾裝泊位一個，碼頭前沿14m范圍內堆貨荷載為30kN/m2，14m范圍外荷載為60 kN/m2;組合拼接式大型拖車每軸自重5t，每軸承載29t，每軸8個輪子，兩軸間距1.6m，每個輪子對地壓強為 700 kN/m2;船舶靠泊碼頭必須遵守有關規定,靠泊速度不大于0.2m/s。

使用情況：

碼頭前沿至后方荷載為60kN/m2。

二、評估驗算內容

1、泊位系船柱強度驗算

2、護舷型號驗算

3、泊位岸壁整體穩定驗算

4、基床頂應力驗算

5、地基承載力驗算

6、沉箱構件強度驗算

7、泊位管溝強度驗算。

三、驗算結論

注:以下驗算結論均以構件現澆混凝土強度符合原設計要求為基礎。

1、系船柱：

系船柱三種工況：平板車離船上岸；平板車離岸上船；駁船順岸靠泊，由于平板車離岸上船對碼頭產生擠靠力，故僅考慮兩種作用情況下對系船柱進行核算：

（1）駁船作業（平板車離船上岸）時：

駁船上設備受風面積較大,因此,考慮最大允許系泊風速為 9m/s(即五級風),因此風荷載對駁船作用力為 51kN。據業主提供資料，平板車向岸移動時，對駁船的向外作用力為 35～50t，因此影響駁船正常作業的條件主要是平板車對駁船向外的拖拽力。由于現有碼頭系船柱為 250kN，因此在平臺小車上岸兩側 3#、4#系船柱（如圖）各系一根纜繩，抵消小車對駁船向外的作用力。同時2#、5#系船柱各系兩根纜繩以保持駁船作業時的橫向穩定，并密切關注各纜繩受力情況，必要時調整各纜繩松緊程度或增加纜繩數量（考慮使用1#、6#系船柱）。系纜所使用的纜繩的破斷力應不小于25t。

（2）駁船空載（半載）順岸靠泊時：

空載（半載）時，駁船受風面積567m2，風速條件V=22m/s（九級風），經計算系船柱受力N=234KN，現有250KN系船柱滿足使用要求。

2、護舷型號核算

按照靠岸速度為 0.15m/s計算，駁船靠岸時撞擊能量為 92.8KJ。原PFφ800L2000吸能量為40KJ，不能滿足駁船靠泊使用要求。

故建議：（1）、將駁船作業范圍內漂浮式護舷更換成PFφ1400L2000型號。（2）、若不具備更換條件，則建議滾裝作業單位，自行在駁船尾部安裝靠船構件。

3、主要考慮在自重土壓力、可變荷載（主要是輪壓引起的均布荷載）土壓力、系纜力作用下，泊位整體抗滑、抗傾穩定要求。

4、泊位基床頂應力最大值為293KPa,滿足規范規定的600KPa使用要求。

5、因泊位拋石基床下基礎為灰巖，承載力高，可滿足本次使用要求。

6、按照現有情況根據計算，沉箱配筋可滿足強度要求。

7、原設計考慮30KPa均布荷載，本次使用均布荷載達60KPa，因此，現有管溝無法滿足使用要求。需考慮進行加固。

8、雖然碼頭主體強度滿足滾裝作業強度要求，但為了改善沉箱受力，使荷載分布到兩個沉箱上，建議對碼頭上部結構進行鋼結構加固改造。

四、作業時碼頭使用要求

綜合考慮本地區的自然條件、已建工程的設施配備、相關工程的使用經驗、本次使用的特殊性等因素，對使用情況提出以下要求：

1、駁船在海上經相關部門準許后，由引水員引至碼頭前水域。駁船應采用全回轉拖輪輔助靠泊。

2、駁船進港前，應事先將本地自然條件尤其是風、浪、流、能見度、碼頭系纜設施及拖輪配備情況通知船長，以便船長根據情況變化決定船舶靠、離及系泊方案。

3、駁船最大系泊波高為0.6m，周期不超過6s。

4、駁船靠泊時的最大法向速度為0.15m/s，最大靠岸角度為3°。

5、駁船在下列情況必須離開碼頭

風速達6級以上（含6級）。

碼頭前沿水域出現周期大于6s的波浪。

碼頭前沿水域出現波高大于0.4m、風速達4級（包括4級）及流速達2節（包括2節），任意兩種情況同時出現時。

6、碼頭前沿水域出現0.4m波高并有增大趨勢或風速達4級并有增大趨勢時，嚴禁駁船靠泊作業。

7、如在作業工程中，碼頭前沿水域出現0.4m波高并有增大趨勢或風速達3級并有增大趨勢時，靠泊應停止作業。

8、駁船靠泊后，至少系6根纜繩（纜繩破斷力不小于25t），并應隨時根據纜繩拉力情況適當調整纜繩布置及松緊程度或增加纜繩數量，盡可能使各纜繩受力均勻。

9、船舶不允許空載系泊，至少應保持1/3載重噸的壓艙水。

10、靠泊離港時必須用拖輪平行移出，切忌駁船撞擊碼頭。

11、使用單位應根據經驗，結合當地自然條件和拖輪配備情況，合理處置其他可能出現的不利情況。

12、拖車作業時，應可能在泊位兩個沉箱接縫處行使，以使荷載較均勻的分擔在兩個沉箱上，拖車在行使車足夠距離后，方可轉彎，以減少使用對碼頭的不利影響。

13、拖車應緩慢起、制動，平穩行駛。

14、如使用中超過本報告的允許荷載，必須事先征得評估單位同意。

五、結語

由于大件運載的特殊性，往往需要通過水路進行運輸，因此作業的時候進行相應的安全評估就變得必不可少的一道程序。本文通過介紹中遠大件靠泊某碼頭作業所進行的安全評估，希望其中的評估內容和評估建議能為為今后類似安全作業評估提供參考和借鑒。

[1] JTS 167-2-2009，重力式碼頭設計與施工規范.

[2] JTS 144-1-2010 港口工程荷載規范

TU654

1674-3954（2011）03-0411-02