長江流域（南京以下）高樁碼頭靠泊能力論證內容的確定

武明　譚超

【摘 要】 從航行條件適應度論證、碼頭附屬設施安全性項目核算和碼頭主體結構安全性項目核算等方面分析超原設計船型高樁碼頭靠泊能力的論證內容，結合工程實例，介紹高樁碼頭靠泊能力論證的應用，并提出7萬噸級散貨船靠離本碼頭需滿足相關限定條件。

【關鍵詞】 靠泊能力；航行適應度；附屬設施；主體結構

近年來，隨著海上運輸船舶大型化的發展趨勢，超原設計船型在限定條件下靠離泊和生產作業可以在一定程度上緩解當前港口基礎設施能力不足與港口生產需要的矛盾，但也給碼頭設施、船舶和港口生產帶來了安全隱患。因此，在保障船舶靠離泊和生產作業安全的前提下，論證在一定限制條件下泊位靠泊能力的適應度十分必要。

本文將從碼頭現狀、航道條件適應度論證、碼頭附屬設施、碼頭結構安全性論證等方面，結合工程實例，提出在限定條件下對超原設計船型高樁梁板式碼頭靠泊能力論證的內容和思路，為港口建設和生產經營的持續發展提供參考依據。

1 論證內容

碼頭靠泊能力論證工作應充分結合碼頭結構檢測結論，全面且詳細地分析碼頭現狀、自然條件、通航環境等因素，具體論證內容如下：

（1）碼頭檢測報告須包括以下內容：①碼頭位移和變形；②碼頭樁基；③碼頭上部結構的強度和耐久性；④附屬設施，包括橡膠護舷、系船柱及其固定件；⑤岸坡穩定及接岸結構的完好性。

（2）詳細說明在限定條件下靠泊碼頭的船舶船型，說明碼頭原設計船型、現有實際靠泊船型、超原設計等級的靠泊船型。

（3）論證超原設計船型船舶航行靠泊的適應度，航行條件包括錨地、進出港航道、導助航設施、碼頭水域及船舶交通組織等因素。

（4）對碼頭結構及附屬設施安全性驗算項目進行核算。根據《碼頭附屬設施技術規范》和有關規定及檢測結果，結合實際狀況，對泊位長度、碼頭結構、碼頭附屬設施（系船柱和橡膠護舷）等的安全性驗算項目進行核算。

（5）提出碼頭靠泊能力等級、船型以及靠離泊時必要的限定條件。

（6）制訂進出港航行靠泊方案。根據港口設施條件、船舶技術狀況、氣象、潮汐潮流，以及航道、回旋水域、停泊水域、拖船等情況，制訂科學、嚴謹的船舶安全航行和靠離泊方案。

從船舶安全靠離泊的角度出發，分析船舶靠離泊過程中存在的近、遠期的安全隱患，并提出相應的解決辦法，最大限度地降低超原設計船型碼頭在靠泊大型船舶過程中存在的安全隱患。

2 高樁梁板式碼頭靠泊能力論證方法及其應用

2.1 工程概況

某碼頭工程地址位于長江下游澄通河段福姜水道左汊北岸中段，從上游至下游依次布置為1萬噸級件雜泊位、3萬噸級件雜泊位及3萬噸級多用途泊位，碼頭水工結構均按靠泊5萬噸級船舶設計建造。原泊位的設計靠泊能力為5萬噸級，現欲提升靠泊能力至7萬噸級。代表船型尺度見表1。

碼頭采用高樁梁板式結構，其中，碼頭平臺長度為587 m，寬度為36 m，平臺通過4座引橋與陸域相連。本工程后方陸域縱深606.5 m，占用岸線752 m。該碼頭于2009年3月建成投產，2011年通過江蘇省交通運輸廳竣工驗收。碼頭自運行以來，未發生各類碰撞等影響碼頭結構安全的事故。為此，當地港口行政主管部門出具了無質量安全事故證明。

根據該工程地質勘察報告，在勘區勘探深度范圍內從上至下分布土層依次為：①人工填土；②淤泥質粉質黏土、粉質黏土、粉土、粉砂；③粉細砂、淤泥質粉質黏土、粉土；④粉質黏土、淤泥質粉質黏土、粉土；⑤粉細砂。碼頭港工建筑物包括碼頭平臺、引橋和變電所平臺，其中：碼頭平臺采用高樁梁板式結構，排架間距8 m，每榀排架設9根直徑為 mm的預應力離心高強砼管樁；碼頭上部結構由橫梁、靠船構件、前邊梁、預應力砼門機軌道梁、縱梁、后邊梁、水平撐及疊合面板組成；碼頭平臺面前方設 kN系船柱，考慮有較小船舶靠泊，在 kN系船柱間增設550 kN系船柱；碼頭平臺排架前沿隔跨豎向分別布置兩鼓一板SUC1000H標準反力型橡膠護舷和DA-A400H，長度為 mm橡膠護舷，每跨前邊梁橫向設置1個DA-A300H，長度為 mm橡膠護舷。碼頭結構見圖1。碼頭頂高程為6.20 m，前沿設計河底高程為 13.70 m。本文高程均以當地理論最低潮面起算。

根據檢測報告：碼頭的位移和沉降均較小；所抽檢的樁身低應變檢測結果為樁身完好，均為1類樁；構件砼強度滿足設計要求、抗碳化性能良好；碼頭混凝土構件鋼筋保護層厚度滿足規范要求。綜合評定該碼頭結構耐久性等級為B級，碼頭結構使用性等級和安全性等級均為A級。檢測結果表明，碼頭水工建筑物整體基本完好，不影響安全性和整體使用功能，僅部分鋼筋砼構件（如碼頭面層及護輪坎）出現破損、露筋的現象，通過修補加固即可。

2.2 靠泊能力論證

2.2.1 航行條件適應度論證

（1）進出港航道

本工程位于長江下游福姜沙北水道，海船由長江口外進入港區主要經過長江口航道、寶山水道、瀏河水道、白茆沙水道、通洲沙東水道、瀏海沙水道、福姜沙南水道、福姜沙北水道抵達本港區。長江口深水航道治理三期工程已于2011年5月通過國家驗收，建成的長江口深水航道能滿足第三、四代集裝箱船和5萬噸級船舶（實載吃水≤11.5 m）全潮雙向通航的要求，同時兼顧滿足第五、六代大型遠洋集裝箱船和10萬噸級滿載散貨船及20萬噸級減載散貨船乘潮通過長江口的要求。近期除福姜沙水道外（福姜沙南水道、福姜沙北水道近期的維護水深分別為10.5 m和8 m），其余水道的維護水深均為12.5 m。同時，隨著長江（南京以下）12.5 m深水航道二期工程的實施，遠期上述水道的維護水深均將達到12.5 m。各水道的航道寬度均不小于200 m。

（2）航道有效寬度

本工程的論證船型為7萬噸級散貨船，其單線航道通航寬度為

W=A + 2 c（1）

A=n0 （L sin + B）（2）

式中：W為航道通航寬度，m；A為航跡帶寬度，m；c為船舶與航道底邊線間的富余寬度，m，當航速>6 kn時，散貨船c=B；n0 為船舶漂移倍數，取1.69； 為風、流壓偏角，（€埃 。？€埃籐為設計船長，m；B為設計船寬，m。

根據計算，航道有效寬度為150 m，因此，本工程所在河段的進出港航道航寬可以滿足碼頭7萬噸級船舶的單向通航要求。

（3）航道水深

根據《海港總體設計規范》有關條文，航道通航水深確定為

D0=T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3（3）

式中：D0為航道通航水深，m；T為設計船型滿載吃水，m；Z0為船舶航行時船體下沉值，按航速8 kn考慮，取0.50 m；Z1為龍骨下最小富余水深，底質為淤泥土，取0.4 m；Z2為波浪富余深度，風浪夾角取45€埃ǜ卟問鼿4%取0.8 m，則Z2=0.36 m；Z3為船舶裝載縱傾富余深度，按散貨船考慮，取0.15 m。

按上述取值計算，本工程7萬噸級散貨船航行富余水深為1.41 m。7萬噸級散貨船滿載吃水為14.2 m，根據航道水深現狀及未來規劃，7萬噸級船舶須通過減載才能進出港。在現階段和未來長江（南京以下）12.5 m深水航道開通后，7萬噸級散貨船通過進出港航道控制吃水計算見表2。

（4）通航凈空分析

長江口到本港區現有已建的蘇通長江公路大橋和在建的滬通鐵路長江大橋兩座跨江橋梁，其中：蘇通長江公路大橋主通航孔按5萬噸級集裝箱船、5萬噸級內河船隊單孔雙向通航標準進行設計，通航凈空寬度不小于891 m，有效寬度內相應通航凈空高度不小于62 m，最高設計通航水位4.30 m；滬通鐵路長江大橋主跨 m，通航凈高62 m。

本工程河段為內河水域，波浪較小，橋梁通航富余高度值取為2.00 m；在設計最高通航水位時，設計船型空載水線以上至船舶最高固定點高度限值為60 m。

根據《通航海輪橋梁通航標準》，7萬噸級散貨船水面線上（空載水線）至船舶最高固定點的最大高度為41.70～47.19 m，因此，本工程7萬噸級散貨船可安全通過蘇通長江公路大橋和滬通鐵路長江大橋。

（5）港池水域

①回旋水域尺度。根據《海港總體設計規范》，回旋水域沿水流方向長度為船舶總長的2.5～3.0倍，垂直于水流方向寬度為船舶總長的1.5～2.0倍。原碼頭回旋水域尺度按2萬噸級集裝箱船考慮，其回旋水域沿水流方向長度為458 m，垂直水流方向寬度為275 m。本工程的回旋水域沿水流方向長度為570 m，垂直水流方向寬度為342 m。碼頭前方水域開闊，能夠滿足船舶掉頭的需要。

②回旋水域設計河底高程。近期和遠期回旋水域的河底高程分別為 10.8 m和 12.5 m。7萬噸級散貨船在進出港時，船舶吃水須分別減載至9.12 m和10.78 m方可安全靠泊。

③停泊水域寬度。根據《海港總體設計規范》，停泊水域寬度為設計船型型寬的2倍。原碼頭設計停泊水域尺度按2萬噸級集裝箱船考慮，其停泊水域寬度為56 m；本工程的停泊水域寬度為64.6 m。停泊水域尺度無法滿足靠泊需求，停泊水域需進行拓寬。

④前沿停泊水域設計河底高程。根據《海港總體設計規范》，碼頭前沿設計水深為

D=T + Z1 + Z2 + Z4 + Z5（4）

式中： D為碼頭前沿設計水深，m；Z4為船舶因配載不均而增加的艉吃水，m；Z5為備淤富余深度，m。

那么，碼頭停泊水域目前的設計河底高程為 11.6 m，7萬噸級散貨船在進出港時，須將船舶吃水減載至10.88 m方可靠泊作業。

綜合航道、碼頭前沿停泊水域和回旋水域水深要求可知，7萬噸級散貨船在低水位進出港時船舶吃水近期需減載至6.4 m，遠期需減載至10.8 m。

（6）碼頭長度

現有碼頭泊位長度為587 m，2艘7萬噸級散貨船所需泊位長度為531 m，現有碼頭泊位長度可滿足2艘7萬噸級散貨船同時安全靠離及系纜的需要。

（7）錨地

本工程附近為12號海船錨地，錨地尺度為長3 300 m，寬650 m，水深約13 m。該錨地可以滿足7萬噸級散貨船減載候潮、引航、檢疫的需要。

（8）導助航設施

碼頭現有導助航設施配置合理、完善，能夠滿足本工程船舶的航行以及進出港靠離泊的使用要求。

2.2.2 碼頭附屬設施安全性項目核算

（1）碼頭系纜設備

按設計風速為20.8 m/s（8級風）、流速為2.0 （原設計流速為1.7 m/s，考慮碼頭前沿河床有一定的沖刷，水流速度適當提高）計算，當風力大于8級時，船舶應離開碼頭去錨地避風。

根據《港口工程荷載規范》，系纜力為

式中：N為系纜力標準值，kN；∑Fx，∑Fy分別為可能同時出現的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，kN； K為系船柱受力分布不均勻系數，取1.3； n為計算船舶實際同時受力的系船柱數目； 為系船纜的水平投影與碼頭前沿線所成夾角，取30€埃？ 為系船纜與水平面之間的夾角，取15€啊？

核驗船舶（7萬噸級散貨船）系纜力計算結果見表3。

原碼頭 kN系船柱可以滿足7萬噸級散貨船的系纜要求。

（2）碼頭橡膠護舷

根據《港口工程荷載規范》，船舶靠岸時的有效撞擊能量為

E0= MV 2（6）

式中：E0為船舶靠岸時的有效撞擊能量，kJ； 為有效動能系數，取0.75；M為船舶質量，t①；V為船舶靠岸法向速度，m/s。

核驗船舶（7萬噸級散貨船）靠泊最大有效撞擊能量計算結果見表4。

碼頭平臺排架前沿隔跨豎向分別布置的不同標準的橡膠護舷在變形達到52.5%時，吸能量為390 kJ，因此，碼頭現有的兩鼓一板SUC1000H標準反力型橡膠護舷能夠滿足7萬噸級散貨船在減載至排水量不大于5萬噸級集裝箱船滿載排水量情況下的靠泊要求。

2.2.3 碼頭結構安全核算

根據碼頭的使用荷載，復核驗算碼頭結構安全性項目，主要驗算內容包括碼頭平臺位移、碼頭平臺及引橋的樁力和樁身彎矩、橫梁內力，以及岸坡穩定等，計算結果見表5。

由表5可知，碼頭結構的穩定及強度指標均滿足7萬噸級散貨船靠泊作業的規范要求。

3 超原設計船型船舶靠泊的限定條件

7萬噸級散貨船靠離泊本工程碼頭需滿足相關的限定條件（見表6）。

當超過5萬噸級設計船舶等級，靠泊7萬噸級散貨船時，應按表6中有關靠泊作業限制條件加以控制。尤其需要注意控制船舶荷載，須經減載至近期吃水不大于6.4 m、遠期吃水不大于10.8 m方能安全靠泊。

4 結 語

本文簡述了提升高樁梁板式碼頭靠泊能力的論證內容，結合工程實例，著重從航行條件適應度、碼頭附屬設施、主體結構安全性等方面論述靠泊能力論證的應用，并提出了超原設計船型船舶靠泊的限定條件：

（1）綜合分析航道、碼頭前沿停泊水域、船舶回旋水域、泊位長度、航道、錨地、導助航設施等制約條件，擬靠泊的控制船型為減載情況下的7萬噸級散貨船。

（2）在一定限定條件下，碼頭系船柱和橡膠護舷能滿足7萬噸級散貨船系靠泊要求。

（3）按7萬噸級散貨船作業分析核算，原碼頭岸坡、樁力及上部主要構件的結構強度和承載力均滿足港口工程現行有關規范的要求。