馬鋼港務原料總廠碼頭結構加固改造工程設計

武明　徐俊杰

【摘 要】 在分析馬鋼港務原料總廠原碼頭結構體系的基礎上，結合水位、水流、地質等自然條件，對設計船型、泊位長度、碼頭寬度、系靠泊點布置及碼頭前沿水深等總平面布置進行剖析，選擇通過在排架跨中增設系靠船墩以獨立承受船舶荷載的方案設計水工建筑物。該碼頭改造方案利用原有碼頭資源，既保證碼頭平穩生產，又節省工程投資。

【關鍵詞】 系靠船墩；碼頭泊位；設計水深；局部改造

1 工程概況

馬鋼港務有限公司原料總廠碼頭位于長江下游馬鞍山河段小黃洲右汊，馬鞍山外貿碼頭下游。碼頭原建設規模為3個噸級散貨船進口泊位，設計年通過能力為297萬t。設計靠泊船型為噸級分節駁，船型尺度為長81 m，寬20 m，型深5 m，吃水4 m。原工程于1990年11月開工建設，1992年9月竣工驗收并投產。

原碼頭水工建筑物主要包括前方平臺、后方皮帶機棧橋、引橋及變電所平臺等，其中，前方平臺長287.7 m，寬18 m。前方平臺采用桁架式高樁梁板結構，排架間距為7 m，共42榀，排架基礎采用600 €？600預應力砼空心方樁，每榀排架共5根，包括1對叉樁和3根直樁。碼頭平臺上部由橫梁、樁帽、軌道梁、系船梁、聯系撐、面板及靠船構件等結構組成。平臺前方設有300 kN系船柱，排架前沿設有D500H型橡膠護舷。

該碼頭目前靠泊能力偏低，不能滿足航運市場船型發展的需求，岸線利用率較低、運營成本高等矛盾相對突出。為保證港口安全，適應企業發展需要和到港船舶大型化發展的趨勢，馬鋼集團擬對該碼頭進行加固改造，以滿足?？?萬噸級散貨船的需求。

2 自然條件

2.1 水位、水流

本工程設計水位（以吳淞零點為基準）如下：設計高水位（重現期50年的洪水位值） 11.34 m；設計低水位（當地航行基準面） 2.15 m。

設計最大流速為2 m/s。

2.2 地 質

根據《安徽馬鞍山鋼鐵公司原料進口碼頭工程地質勘察報告》（施工圖設計階段勘察），碼頭區域地層從上到下依次分布為塊石、人工填土、淤泥質亞黏土及淤泥質黏土、亞黏土及黏土、粉細砂、中粗砂、礫砂、圓礫、卵石、強風化長石石英砂巖和長石石英砂巖。粉細砂遍布勘區，所處標高多為 4.0～ 41.0 m，呈灰―深灰色，層間局部夾黏性土或中砂；上部呈松散狀態，貫入擊數N為3～10；中下部呈中密―密實狀態，貫入擊數N為15～60，平均干燥休止角Qc=35.5€埃驕灤葜菇荙m=31.3€埃貌閔鹺瘢斂懔ρ災視燃眩勺魑至Σ?。?/p>

3 總平面布置

3.1 設計船型

本工程碼頭結構加固改造設計船型見表1。

表1 改造設計船型

3.2 泊位長度

根據交通運輸部發布的《海港總平面設計規范》，本碼頭長度287.7 m，可滿足2萬噸級散貨船靠泊，典型船型組合泊位長度為

Lb=d1+L1+d1+L2+d2（1）

式中：Lb為泊位長度，m；L1，L2為設計代表船型船長，m；d1，d2為泊位富余長度，m。

經計算，現有碼頭可以同時靠泊1艘2萬噸級散貨船及1艘1 000噸級江海直達貨船，或同時靠泊1艘1萬噸級散貨船及1艘5 000噸級江海直達貨船。

3.3 碼頭寬度

本次設計改造對原碼頭平面布置、裝卸工藝及水、電、現有碼頭寬度（18 m）均保持不變。

3.4 系靠泊點布置

船舶的系靠泊點布置取決于港口所在地的自然條件、碼頭布置方式及擬靠泊船舶的尺度大小等因素。

根據原碼頭泊位長度及排架間距，考慮布置1個2萬噸級泊位和1個噸級泊位或1個1萬噸級泊位和1個噸級泊位，系靠泊點的間距設置為21 m和28 m。

3.5 碼頭前沿水深

碼頭前沿設計河底高程為設計低水位（2.15 m）與碼頭前沿設計水深D之間的差值。

經計算，當2萬噸級散貨船滿載靠泊時，泊位前沿設計水深需為11.2 m，碼頭前沿設計河底高程應為 9.05 m。由于原碼頭岸坡進行拋石支護，且受碼頭結構限制，不能開挖竣深，因此，為確保安全，對本次改造的前沿港池不予疏竣，設計河底高程維持 3.80 m不變，改造船型需視水深情況選擇中洪水位時進行靠泊，靠泊作業水位見表2。

表2 船舶靠泊作業水位m

以上船型可在不低于靠泊作業水位的情況下滿載靠泊本碼頭。

4 水工建筑物

4.1 改造思路

水工建筑物設計主要研究已建碼頭主體設施的受力特點和新增設施與原結構的關系問題。根據總平面布置，結合碼頭已建設施的要求，改造思路分為2種：一種是新增設施與原結構有效結合，共同承受新的船舶荷載；另一種是新增設施與原結構分開，由新增設施獨立承受船舶荷載。本工程原碼頭自1992年竣工并投產以來，迄今已使用20多年，加之當時設計的構件結構均較為單薄、經濟，因此，本工程改造的思路采用第二種，即在2個排架中間新增系靠船墩，新增系靠墩與原結構分開，獨立承受船舶荷載。原結構的荷載與原設計保持不變，改造設計主要驗算新增系靠船墩的受力情況。

4.2 設計荷載

新增系靠船墩的設計荷載主要包括恒載（即系靠船墩結構自重）和船舶荷載。根據設計船型，按照《港口工程荷載規范》，計算船舶系纜力、撞擊力及擠靠力等船舶荷載。

經計算，新增系靠船墩的附屬設施選用SUC 1000H低反力型鼓形護舷和650 kN系船柱。

4.3 水工結構設計

新增系靠船墩布置于碼頭平臺下方、排架跨中，平面尺度為7€？.2 m，中心間距21 m或28 m。墩臺基礎采用6根直徑1 200 mm鋼管樁，且均為直樁。在墩臺施工前，應拆除原碼頭平臺相應位置的上部結構后沉樁并澆筑墩臺。系靠船墩中間為靠船肋柱，肋柱高5 m，柱頂沿伸至碼頭面，肋柱前沿及靠船構件上設置SUC 1000H低反力型橡膠護舷，肋柱及系靠船墩頂面分層設置650 kN系船柱。在墩臺施工完成后，恢復拆除的上部結構。改造后碼頭結構斷面見圖1。

4.3.1 設計要點

新增系靠船墩采用全直樁方案，有利于施工，同時也避免了與原結構樁基的碰樁問題。由于原碼頭設置2層系纜平臺，新增結構也對此進行了保留。新增系靠船墩的前沿線與原結構保持一致，由于新設的SUC 1000H鼓形護舷高度比原有的D500H型橡膠護舷高出約80 cm，在船舶靠泊時不易碰觸原結構。本工程改造拆除范圍較小，原結構幾乎不受影響。

4.3.2 計算結果

系靠船墩結構計算采用通用有限元計算軟件ROBOT按空間結構進行計算，計算結果見表3。

通過計算，樁基內力滿足樁基承載力設計值的要求。

5 結 語

老碼頭結構加固改造是當前及未來一段時間內的重要課題。在設計時須考慮的因素較多，既要考慮擬靠泊船舶的系靠泊要求，還要考慮原結構的承受范圍。本次設計改造范圍小，充分利用了岸線資源，同時也保證了碼頭的平穩生產。

本次設計在分析原碼頭結構體系的基礎上，選擇通過在排架跨中增設系靠船墩以獨立承受船舶荷載的改造方案。原碼頭結構承受荷載不變，拆除范圍也較小，原碼頭的各項基本功能得到保留。這是對老舊碼頭結構改造的一種思路，可供同類工程參考。

【摘 要】 在分析馬鋼港務原料總廠原碼頭結構體系的基礎上，結合水位、水流、地質等自然條件，對設計船型、泊位長度、碼頭寬度、系靠泊點布置及碼頭前沿水深等總平面布置進行剖析，選擇通過在排架跨中增設系靠船墩以獨立承受船舶荷載的方案設計水工建筑物。該碼頭改造方案利用原有碼頭資源，既保證碼頭平穩生產，又節省工程投資。

【關鍵詞】 系靠船墩；碼頭泊位；設計水深；局部改造

1 工程概況

馬鋼港務有限公司原料總廠碼頭位于長江下游馬鞍山河段小黃洲右汊，馬鞍山外貿碼頭下游。碼頭原建設規模為3個噸級散貨船進口泊位，設計年通過能力為297萬t。設計靠泊船型為噸級分節駁，船型尺度為長81 m，寬20 m，型深5 m，吃水4 m。原工程于1990年11月開工建設，1992年9月竣工驗收并投產。

原碼頭水工建筑物主要包括前方平臺、后方皮帶機棧橋、引橋及變電所平臺等，其中，前方平臺長287.7 m，寬18 m。前方平臺采用桁架式高樁梁板結構，排架間距為7 m，共42榀，排架基礎采用600 €？600預應力砼空心方樁，每榀排架共5根，包括1對叉樁和3根直樁。碼頭平臺上部由橫梁、樁帽、軌道梁、系船梁、聯系撐、面板及靠船構件等結構組成。平臺前方設有300 kN系船柱，排架前沿設有D500H型橡膠護舷。

該碼頭目前靠泊能力偏低，不能滿足航運市場船型發展的需求，岸線利用率較低、運營成本高等矛盾相對突出。為保證港口安全，適應企業發展需要和到港船舶大型化發展的趨勢，馬鋼集團擬對該碼頭進行加固改造，以滿足?？?萬噸級散貨船的需求。

2 自然條件

2.1 水位、水流

本工程設計水位（以吳淞零點為基準）如下：設計高水位（重現期50年的洪水位值） 11.34 m；設計低水位（當地航行基準面） 2.15 m。

設計最大流速為2 m/s。

2.2 地 質

根據《安徽馬鞍山鋼鐵公司原料進口碼頭工程地質勘察報告》（施工圖設計階段勘察），碼頭區域地層從上到下依次分布為塊石、人工填土、淤泥質亞黏土及淤泥質黏土、亞黏土及黏土、粉細砂、中粗砂、礫砂、圓礫、卵石、強風化長石石英砂巖和長石石英砂巖。粉細砂遍布勘區，所處標高多為 4.0～ 41.0 m，呈灰―深灰色，層間局部夾黏性土或中砂；上部呈松散狀態，貫入擊數N為3～10；中下部呈中密―密實狀態，貫入擊數N為15～60，平均干燥休止角Qc=35.5€埃驕灤葜菇荙m=31.3€埃貌閔鹺瘢斂懔ρ災視燃眩勺魑至Σ恪？

3 總平面布置

3.1 設計船型

本工程碼頭結構加固改造設計船型見表1。

表1 改造設計船型

3.2 泊位長度

根據交通運輸部發布的《海港總平面設計規范》，本碼頭長度287.7 m，可滿足2萬噸級散貨船靠泊，典型船型組合泊位長度為

Lb=d1+L1+d1+L2+d2（1）

式中：Lb為泊位長度，m；L1，L2為設計代表船型船長，m；d1，d2為泊位富余長度，m。

經計算，現有碼頭可以同時靠泊1艘2萬噸級散貨船及1艘1 000噸級江海直達貨船，或同時靠泊1艘1萬噸級散貨船及1艘5 000噸級江海直達貨船。

3.3 碼頭寬度

本次設計改造對原碼頭平面布置、裝卸工藝及水、電、現有碼頭寬度（18 m）均保持不變。

3.4 系靠泊點布置

船舶的系靠泊點布置取決于港口所在地的自然條件、碼頭布置方式及擬靠泊船舶的尺度大小等因素。

根據原碼頭泊位長度及排架間距，考慮布置1個2萬噸級泊位和1個噸級泊位或1個1萬噸級泊位和1個噸級泊位，系靠泊點的間距設置為21 m和28 m。

3.5 碼頭前沿水深

碼頭前沿設計河底高程為設計低水位（2.15 m）與碼頭前沿設計水深D之間的差值。

經計算，當2萬噸級散貨船滿載靠泊時，泊位前沿設計水深需為11.2 m，碼頭前沿設計河底高程應為 9.05 m。由于原碼頭岸坡進行拋石支護，且受碼頭結構限制，不能開挖竣深，因此，為確保安全，對本次改造的前沿港池不予疏竣，設計河底高程維持 3.80 m不變，改造船型需視水深情況選擇中洪水位時進行靠泊，靠泊作業水位見表2。

表2 船舶靠泊作業水位m

以上船型可在不低于靠泊作業水位的情況下滿載靠泊本碼頭。

4 水工建筑物

4.1 改造思路

水工建筑物設計主要研究已建碼頭主體設施的受力特點和新增設施與原結構的關系問題。根據總平面布置，結合碼頭已建設施的要求，改造思路分為2種：一種是新增設施與原結構有效結合，共同承受新的船舶荷載；另一種是新增設施與原結構分開，由新增設施獨立承受船舶荷載。本工程原碼頭自1992年竣工并投產以來，迄今已使用20多年，加之當時設計的構件結構均較為單薄、經濟，因此，本工程改造的思路采用第二種，即在2個排架中間新增系靠船墩，新增系靠墩與原結構分開，獨立承受船舶荷載。原結構的荷載與原設計保持不變，改造設計主要驗算新增系靠船墩的受力情況。

4.2 設計荷載

新增系靠船墩的設計荷載主要包括恒載（即系靠船墩結構自重）和船舶荷載。根據設計船型，按照《港口工程荷載規范》，計算船舶系纜力、撞擊力及擠靠力等船舶荷載。

經計算，新增系靠船墩的附屬設施選用SUC 1000H低反力型鼓形護舷和650 kN系船柱。

4.3 水工結構設計

新增系靠船墩布置于碼頭平臺下方、排架跨中，平面尺度為7€？.2 m，中心間距21 m或28 m。墩臺基礎采用6根直徑1 200 mm鋼管樁，且均為直樁。在墩臺施工前，應拆除原碼頭平臺相應位置的上部結構后沉樁并澆筑墩臺。系靠船墩中間為靠船肋柱，肋柱高5 m，柱頂沿伸至碼頭面，肋柱前沿及靠船構件上設置SUC 1000H低反力型橡膠護舷，肋柱及系靠船墩頂面分層設置650 kN系船柱。在墩臺施工完成后，恢復拆除的上部結構。改造后碼頭結構斷面見圖1。

4.3.1 設計要點

新增系靠船墩采用全直樁方案，有利于施工，同時也避免了與原結構樁基的碰樁問題。由于原碼頭設置2層系纜平臺，新增結構也對此進行了保留。新增系靠船墩的前沿線與原結構保持一致，由于新設的SUC 1000H鼓形護舷高度比原有的D500H型橡膠護舷高出約80 cm，在船舶靠泊時不易碰觸原結構。本工程改造拆除范圍較小，原結構幾乎不受影響。

4.3.2 計算結果

系靠船墩結構計算采用通用有限元計算軟件ROBOT按空間結構進行計算，計算結果見表3。

通過計算，樁基內力滿足樁基承載力設計值的要求。

5 結 語

老碼頭結構加固改造是當前及未來一段時間內的重要課題。在設計時須考慮的因素較多，既要考慮擬靠泊船舶的系靠泊要求，還要考慮原結構的承受范圍。本次設計改造范圍小，充分利用了岸線資源，同時也保證了碼頭的平穩生產。

本次設計在分析原碼頭結構體系的基礎上，選擇通過在排架跨中增設系靠船墩以獨立承受船舶荷載的改造方案。原碼頭結構承受荷載不變，拆除范圍也較小，原碼頭的各項基本功能得到保留。這是對老舊碼頭結構改造的一種思路，可供同類工程參考。

【摘 要】 在分析馬鋼港務原料總廠原碼頭結構體系的基礎上，結合水位、水流、地質等自然條件，對設計船型、泊位長度、碼頭寬度、系靠泊點布置及碼頭前沿水深等總平面布置進行剖析，選擇通過在排架跨中增設系靠船墩以獨立承受船舶荷載的方案設計水工建筑物。該碼頭改造方案利用原有碼頭資源，既保證碼頭平穩生產，又節省工程投資。

【關鍵詞】 系靠船墩；碼頭泊位；設計水深；局部改造

1 工程概況

馬鋼港務有限公司原料總廠碼頭位于長江下游馬鞍山河段小黃洲右汊，馬鞍山外貿碼頭下游。碼頭原建設規模為3個噸級散貨船進口泊位，設計年通過能力為297萬t。設計靠泊船型為噸級分節駁，船型尺度為長81 m，寬20 m，型深5 m，吃水4 m。原工程于1990年11月開工建設，1992年9月竣工驗收并投產。

原碼頭水工建筑物主要包括前方平臺、后方皮帶機棧橋、引橋及變電所平臺等，其中，前方平臺長287.7 m，寬18 m。前方平臺采用桁架式高樁梁板結構，排架間距為7 m，共42榀，排架基礎采用600 €？600預應力砼空心方樁，每榀排架共5根，包括1對叉樁和3根直樁。碼頭平臺上部由橫梁、樁帽、軌道梁、系船梁、聯系撐、面板及靠船構件等結構組成。平臺前方設有300 kN系船柱，排架前沿設有D500H型橡膠護舷。

該碼頭目前靠泊能力偏低，不能滿足航運市場船型發展的需求，岸線利用率較低、運營成本高等矛盾相對突出。為保證港口安全，適應企業發展需要和到港船舶大型化發展的趨勢，馬鋼集團擬對該碼頭進行加固改造，以滿足停靠2萬噸級散貨船的需求。

2 自然條件

2.1 水位、水流

本工程設計水位（以吳淞零點為基準）如下：設計高水位（重現期50年的洪水位值） 11.34 m；設計低水位（當地航行基準面） 2.15 m。

設計最大流速為2 m/s。

2.2 地 質

根據《安徽馬鞍山鋼鐵公司原料進口碼頭工程地質勘察報告》（施工圖設計階段勘察），碼頭區域地層從上到下依次分布為塊石、人工填土、淤泥質亞黏土及淤泥質黏土、亞黏土及黏土、粉細砂、中粗砂、礫砂、圓礫、卵石、強風化長石石英砂巖和長石石英砂巖。粉細砂遍布勘區，所處標高多為 4.0～ 41.0 m，呈灰―深灰色，層間局部夾黏性土或中砂；上部呈松散狀態，貫入擊數N為3～10；中下部呈中密―密實狀態，貫入擊數N為15～60，平均干燥休止角Qc=35.5€埃驕灤葜菇荙m=31.3€埃貌閔鹺瘢斂懔ρ災視燃眩勺魑至Σ??？

3 總平面布置

3.1 設計船型

本工程碼頭結構加固改造設計船型見表1。

表1 改造設計船型

3.2 泊位長度

根據交通運輸部發布的《海港總平面設計規范》，本碼頭長度287.7 m，可滿足2萬噸級散貨船靠泊，典型船型組合泊位長度為

Lb=d1+L1+d1+L2+d2（1）

式中：Lb為泊位長度，m；L1，L2為設計代表船型船長，m；d1，d2為泊位富余長度，m。

經計算，現有碼頭可以同時靠泊1艘2萬噸級散貨船及1艘1 000噸級江海直達貨船，或同時靠泊1艘1萬噸級散貨船及1艘5 000噸級江海直達貨船。

3.3 碼頭寬度

本次設計改造對原碼頭平面布置、裝卸工藝及水、電、現有碼頭寬度（18 m）均保持不變。

3.4 系靠泊點布置

船舶的系靠泊點布置取決于港口所在地的自然條件、碼頭布置方式及擬靠泊船舶的尺度大小等因素。

根據原碼頭泊位長度及排架間距，考慮布置1個2萬噸級泊位和1個噸級泊位或1個1萬噸級泊位和1個噸級泊位，系靠泊點的間距設置為21 m和28 m。

3.5 碼頭前沿水深

碼頭前沿設計河底高程為設計低水位（2.15 m）與碼頭前沿設計水深D之間的差值。

經計算，當2萬噸級散貨船滿載靠泊時，泊位前沿設計水深需為11.2 m，碼頭前沿設計河底高程應為 9.05 m。由于原碼頭岸坡進行拋石支護，且受碼頭結構限制，不能開挖竣深，因此，為確保安全，對本次改造的前沿港池不予疏竣，設計河底高程維持 3.80 m不變，改造船型需視水深情況選擇中洪水位時進行靠泊，靠泊作業水位見表2。

表2 船舶靠泊作業水位m

以上船型可在不低于靠泊作業水位的情況下滿載靠泊本碼頭。

4 水工建筑物

4.1 改造思路

水工建筑物設計主要研究已建碼頭主體設施的受力特點和新增設施與原結構的關系問題。根據總平面布置，結合碼頭已建設施的要求，改造思路分為2種：一種是新增設施與原結構有效結合，共同承受新的船舶荷載；另一種是新增設施與原結構分開，由新增設施獨立承受船舶荷載。本工程原碼頭自1992年竣工并投產以來，迄今已使用20多年，加之當時設計的構件結構均較為單薄、經濟，因此，本工程改造的思路采用第二種，即在2個排架中間新增系靠船墩，新增系靠墩與原結構分開，獨立承受船舶荷載。原結構的荷載與原設計保持不變，改造設計主要驗算新增系靠船墩的受力情況。

4.2 設計荷載

新增系靠船墩的設計荷載主要包括恒載（即系靠船墩結構自重）和船舶荷載。根據設計船型，按照《港口工程荷載規范》，計算船舶系纜力、撞擊力及擠靠力等船舶荷載。

經計算，新增系靠船墩的附屬設施選用SUC 1000H低反力型鼓形護舷和650 kN系船柱。

4.3 水工結構設計

新增系靠船墩布置于碼頭平臺下方、排架跨中，平面尺度為7€？.2 m，中心間距21 m或28 m。墩臺基礎采用6根直徑1 200 mm鋼管樁，且均為直樁。在墩臺施工前，應拆除原碼頭平臺相應位置的上部結構后沉樁并澆筑墩臺。系靠船墩中間為靠船肋柱，肋柱高5 m，柱頂沿伸至碼頭面，肋柱前沿及靠船構件上設置SUC 1000H低反力型橡膠護舷，肋柱及系靠船墩頂面分層設置650 kN系船柱。在墩臺施工完成后，恢復拆除的上部結構。改造后碼頭結構斷面見圖1。

4.3.1 設計要點

新增系靠船墩采用全直樁方案，有利于施工，同時也避免了與原結構樁基的碰樁問題。由于原碼頭設置2層系纜平臺，新增結構也對此進行了保留。新增系靠船墩的前沿線與原結構保持一致，由于新設的SUC 1000H鼓形護舷高度比原有的D500H型橡膠護舷高出約80 cm，在船舶靠泊時不易碰觸原結構。本工程改造拆除范圍較小，原結構幾乎不受影響。

4.3.2 計算結果

系靠船墩結構計算采用通用有限元計算軟件ROBOT按空間結構進行計算，計算結果見表3。

通過計算，樁基內力滿足樁基承載力設計值的要求。

5 結 語

老碼頭結構加固改造是當前及未來一段時間內的重要課題。在設計時須考慮的因素較多，既要考慮擬靠泊船舶的系靠泊要求，還要考慮原結構的承受范圍。本次設計改造范圍小，充分利用了岸線資源，同時也保證了碼頭的平穩生產。

本次設計在分析原碼頭結構體系的基礎上，選擇通過在排架跨中增設系靠船墩以獨立承受船舶荷載的改造方案。原碼頭結構承受荷載不變，拆除范圍也較小，原碼頭的各項基本功能得到保留。這是對老舊碼頭結構改造的一種思路，可供同類工程參考。