某水泥專業碼頭創新設計要點

柳德洋，張智山，朱子平

(1.重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 401121；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222)

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某水泥專業碼頭創新設計要點

柳德洋1，張智山2，朱子平2

(1.重慶市交通規劃勘察設計院，重慶 401121；2.中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222)

摘要：在傳統的浮碼頭散貨工藝系統基礎上，結合水文、地質條件，提出了浮式鋼引橋皮帶機方案，即采用浮躉替代升降架，將鋼引橋直接固定在浮躉上，利用水的浮力自動升降浮躉及鋼引橋，將躉船、多個浮躉、多跨鋼引橋及鋼引橋上皮帶機串聯成一整套的浮式結構。

關鍵詞：浮躉；浮式鋼引橋皮帶機；定位樁；鋼板包裹

引 言

對于傳統的散貨浮碼頭工藝設計，碼頭結構一般由躉船及其系泊設施、活動鋼引橋、升降架、固定引橋、作業平臺、鋼引橋皮帶機、轉接、料斗及卷揚機提升系統等組成，在每榀鋼引橋上設置1臺皮帶輸送機，并在升降架處設置皮帶機轉接漏斗，該工藝方案用在水位差達30 m以上的庫區，一般需設置3~5榀鋼引橋和2~4個升降架才能滿足要求，水工投資較大、皮帶輸送機轉接點較多、再加上每個升降架都需要至少約2臺卷揚機提升，機械設備投資大、用電負荷增加，增加了能源消耗等不經濟因素，同時還存在裝卸效率慢，無法達到業主單位的通過能力要求。因此，研究出一種可以克服上述種種不利因素的新型散貨工藝方案是很有必要的。

1 工程概述

某水泥專用碼頭位于重慶忠縣長江上游三峽庫區右岸，距宜昌航道里程433 km，屬于三峽庫區常年回水水域，可常年通行3 000 t級及以下船舶。經計算，該碼頭設計高水位為174.074 m，設計低水位為143.674 m，水位落差達30.4 m。本工程建設設計吞吐量535萬t/a，其中散貨進口120萬t/a、熟料出口280萬t/a，散水泥出口100萬t/a，件雜貨(主要為袋裝水泥出口)35萬t/a。

圖1 碼頭平面布置

2 裝卸工藝

為了滿足上述吞吐量要求，確定本工程建設規模為5個3 000 t級散雜貨泊位和1個1 000 t級件雜泊位，其中1#、2#、3#為散貨出口泊位，4#、5#為散貨進口泊位，6#泊位為件雜貨泊位。散貨出口泊位屬專用散裝、袋裝水泥和熟料裝船泊位，裝卸工藝采用安放在鋼引橋上的帶式輸送機裝船工藝方案。根據散裝、袋裝水泥和熟料特性，采用皮帶機運輸散裝水泥時下行坡度不宜大于6°，運輸袋裝水泥和熟料時下行坡度不宜大于10°。每個泊位前方躉船上布置1臺水泥或熟料裝船機及2臺移動式水泥裝船機，臺時效率分別為800 t/h和1 600包/h，船岸間采用擱置于鋼引橋上的皮帶機進行物料輸送。散貨進口泊位裝卸工藝采用浮式鋼引橋皮帶機—浮式起重機方案，每個泊位前方躉船上布置兩臺10 t全回轉浮式起重機進行散貨卸船作業，4#和5#泊位躉船之間采用1跨長40 m、寬5 m的鋼引橋連接，4#泊位的散貨可通過躉船間鋼引橋皮帶機輸送至5#泊位。6#泊位采用下河公路型式，配置2臺QL16輪胎起重機進行件雜貨的裝卸，并采用載重汽車在碼頭和廠區之間運輸。

3 方案設計

結合本工程水文、地質條件及工藝要求，本項目可以采用傳統的散貨工藝浮碼頭方案。在大水位地區建設散貨工藝浮碼頭，已在國內長江中上游地區積累了很多經驗。若采用傳統的散貨工藝浮碼頭設計方案，不僅水工結構和機械設備投資大、能源消耗多，而且裝卸效率慢，泊位通過能力小。因此，追求可以克服上述種種不利因素的新型散貨碼頭工藝方案就成為我們所追求的設計目標。

為此，經過多方調研、研討和咨詢，結合本工程水文、地質條件及工藝要求，創造性地提出了采用浮躉、浮式鋼引橋皮帶機相結合的設計理念，即在傳統的浮碼頭散貨工藝系統的基礎上、結合30 m以上水位差的特點，對現有浮碼頭散貨工藝系統進行改進，采用浮躉（俗稱跳囤）替代原有的升降架，取消原有的卷揚機牽引系統，鋼引橋直接固定在浮躉上，利用水的浮力自動升降浮躉及鋼引橋，這樣將躉船、多個浮躉和多跨鋼引橋串聯起來形成一整套的浮式結構，鋼引橋上的皮帶機也將串聯起來形成1臺整體皮帶機。雖然浮躉和鋼引橋皮帶機是成熟的技術，也分別在一些項目中使用，但通常都是單獨存在的，如何將兩者結合在一起，減少皮帶機之間的轉折點，如何保證多跨浮躉的水平位移和升降能夠適應皮帶機的使用要求，如何保證在設計低水位時浮躉不會陷入泥面等問題成為下一步設計工作的重點。經過不斷的探討、調研、論證、修改和完善，克服了一個個技術難題，最終我們完成了本工程的設計，達到了預期目標，目前該工程已經投入使用，且使用狀況良好。下面就以1#進口泊位為例來說明我們的浮式鋼引橋皮帶機碼頭結構設計方案。

3.1 確定浮躉的位置及浮式鋼引橋的跨度

首先根據設計船型、水深和設計水位的變化情況，將碼頭前沿線布置在137 m等高線附近，以保證設計船型滿載吃水要求。在碼頭前沿布置70 m×20 m×3 m的鋼躉船，以滿足設計船型靠泊和裝卸工藝要求。碼頭后方與陸域連接點高程為175 m，采用1：9.514的坡度降至碼頭前沿，其水平投影長233.85 m，采用經濟合理的鋼引橋長度，共布置5榀、長44 m、寬6.5 m的鋼引橋，鋼引橋之間布置浮躉，浮躉尺度18 m×10 m×2 m，在浮躉上設置特制鋼平臺以便連接鋼引橋。

3.2 確定各個浮躉的高程

根據設計低水位和設計高水位的變化范圍，在保證斜坡坡度為1：9.514的情況下，計算出浮躉頂高程。在設計低水位情況下，躉船的頂高程為145 m，在躉船上設置6 m高的特制平臺支撐鋼引橋以便和裝船機配套。根據計算，靠近碼頭前沿的第一座浮躉頂高程為155.71 m，其它浮躉頂高程分別為160.73 m、165.74 m和170.76 m，直至頂部175 m。設計高水位時和設計低水位時1#泊位散水泥出口工藝斷面如圖2、圖3所示。

圖2 設計低水位時1#泊位散水泥出口工藝斷面

圖3 設計高水位時1#泊位散水泥出口工藝斷面

3.3 浮躉的基礎處理

當碼頭前沿水位較高時，浮躉可以根據水位的變化進行升降，但水位較低時，就需要保證引橋上皮帶機的坡度在設計范圍內變化，同時要保證浮躉不能降得過低，因此，需在每個浮躉位置底部設有支撐臺，支撐臺的高程根據工藝要求確定。支撐臺為混凝土條形基礎，共四條，在鋼浮躉的底部有八個預埋鋼板底座，水位較低時，浮躉通過鋼底座與混凝土條形基礎相接，以保證浮躉不會在低水位時陷入泥中，同時保證浮躉底高程的位置和整個引橋的坡度合理。采用混凝土條形基礎，還可以避免泥面處條形基礎上有太厚的浮泥，當經過不同的水位變化，支撐臺上有浮泥時，可以采用高壓水清除頂部淤泥。支撐臺按設計高程開挖后，為防止水流沖刷，周圍采用20 cm碎石墊層和30 cm漿砌塊石護面。需要說明的是靠近躉船的第一座浮躉，由于該處地面位置較低，為了保證浮躉的高程，需要做比較大的基礎，而且還需要對基礎進行處理，造價較高，最后我們采用了在浮躉上做鋼結構支架的做法，這樣對基礎不需做特殊處理，而是用浮躉頂部的鋼結構支架來保證浮式鋼引橋的高程，從而保證了整個引橋的坡度。

3.4 浮躉的定位

為了確保浮躉的水平位移都在可控的范圍，只隨著水位的變化進行升降，采用定位樁和抱樁的技術來限制浮躉的水平位移，在浮躉的上下游兩側各布置一根定位樁，定位樁、浮躉斷面及平面布置詳見圖4、圖5。定位樁采用鋼管混凝土樁，經計算樁的直徑為2 m和1.6 m，定位樁嵌入中分化巖層不小于3倍樁徑，并在樁外設置一層鋼套筒，鋼套筒厚度為3 cm和2.5 cm。鋼管樁與浮躉之間設有滾動支座，布置在鋼浮躉上。

圖4 定位樁、浮躉斷面

圖5 定位樁、浮躉平面布置

3.5 環保措施

為了保證水泥和熟料等物料在運輸過程中的環保要求，在整個皮帶機運輸系統的頂部和側面，采用薄鋼板將皮帶機和貨物包裹在一個相對封閉的空間中，避免了散裝水泥在運輸過程中的污染和流失，同時也起到了美化港口的作用。

4 結 論

本工程的設計將多項有成熟使用經驗的但用在不同項目和不同領域的設計理念巧妙地結合在一起，形成了一個全新的設計，雖然整個系統均為浮式，但使用過程中整體穩定性很好，設備的運行狀況也非常好，取消了多跨升降架、卷揚機牽引系統等，減少了生產作業的操作環節，將原來多臺串聯的鋼引橋的皮帶輸送機設置成1臺整體皮帶機，減少了皮帶機之間的轉接點；同時通過技術手段，只是簡單的利用水位的變化就可以調整浮躉的高程滿足裝卸作業的坡度要求，采用定位樁的技術使支撐鋼引橋的浮躉不發生大的水平移動。采用該設計方案不僅節約工程投資、節約能源消耗，而且提高了裝卸效率，增強了泊位通過能力，同時兼顧了通航安全、行洪等多方面的要求。

本工程的建設為當地水泥生產基地提供了保障，也為今后類似碼頭的設計提供了可借鑒的寶貴經驗。

Innovation Design of One Specialized Cement Terminal

Liu Deyang1, Zhang Zhishan2, Zhu Ziping2
(1.Chongqing Communications Planning Survey & Design Institute, Chongqing 401121, China; 2.CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300022, China)

Abstract：Based on bulk cargo process system of conventional pontoon, a design proposal of belt conveyor with floating steel approach bridge has been put forward by referring to local oceanographic and geological conditions. As a creative option, pontoon is used to replace crane, and steel approach bridge is fixed directly on the pontoon. The pontoon and steel approach bridge rise and fall through water buoyancy, and a whole floating structure is formed, which connects pontoons, multi-span steel approach bridge and belt conveyor in series.

Key words:pontoon; belt conveyor with floating steel approach bridge; grouser; steel plate packing

作者簡介：柳德洋（1982-），男，工程師，主要從事港口結構設計工作。

收稿日期：2015-07-29

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160105

中圖分類號：U656.1+17

文獻標識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）01-0024-04