唐山港曹妃甸港區二港池東岸線南端碼頭面高程研究

魏美芳，邳青嶺（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

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唐山港曹妃甸港區二港池東岸線南端碼頭面高程研究

魏美芳，邳青嶺
（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

摘要：本工程碼頭位于曹妃甸港二港池東岸線近防波堤口門處，對于偏西向入射波浪，防波堤對碼頭前沿波浪幾乎沒有起到折減的作用。為此擬通過波浪整體物理模型試驗研究，對碼頭前沿波高分布及碼頭上水情況進行分析，為合理確定碼頭面高程、驗證碼頭泊穩條件以及碼頭結構型式的選取提供科學依據。

關鍵詞：曹妃甸；碼頭面高程；碼頭上水

1 工程概況

唐山港曹妃甸港區位于唐山市唐海縣轄境，距天津港約38 n mile，距京唐港區約33 n mile。曹妃甸港區將發展成為以臨港工業服務和大宗散貨運輸為主的國際化、大型化綜合性港區，形成唐山港在新世紀發展的重要支柱和曹妃甸新區發展的戰略資源［1］。根據《唐山港總體規劃（修訂）》和港區的開發現狀，本工程擬在二港池的東岸線南端建設5個5萬～10萬t級的散貨泊位。

由于本工程碼頭靠近二港池口門，防波堤掩護效果較差，勢必造成碼頭越浪問題相對嚴重，對陸上設施及堆場造成影響。為此本工程碼頭雖位于防波堤內，但不能按照有掩護碼頭進行碼頭面高程的計算，需要通過波浪的整體物理模型試驗，來確定合理的碼頭面高程。

2 自然條件

2.1 水位

根據曹妃甸港 2000～2001年的潮位資料，本港區設計高水位2.91 m，極端高水位4.46 m（高程系統以當地理論最低潮面起算，下同）。

2.2 風

根據曹妃甸浮標測站觀測資料統計，曹妃甸港區常風向為S向，出現頻率為9.16 %；次常風向為SSW向，出現頻率為8.28 %；強風向為NW向。

2.3 波浪

該海區常浪向為S向，出現頻率為10.87 %；次常浪向為SW向，出現頻率為7.48 %。強浪向ENE向，次強浪向NE向。

3 平面布置方案及碼頭面高程設計

3.1 碼頭平面布置方案

根據《唐山港總體規劃（修訂）》［1］，本工程位于二港池東岸線南端，共建設5個泊位，包括1個5萬t級泊位、2個7萬t級泊位及2個10萬t級泊位，其中北側岸線預留1個15萬t級泊位（該段泊位的碼頭結構為15萬t級，其余泊位的碼頭結構按照10萬t級進行設計）。詳細布置見圖3。

碼頭方位角為 0°—180°，碼頭泊位長度為1 497 m，碼頭前沿設計底高程為-15.5 m和-19.0 m （15萬t碼頭）。

圖3 港區碼頭布置

3.2 港區防波堤現狀

目前，二港池防波堤工程已完成，它包括東、西兩座防波堤；東西兩側堤根分別與東側碼頭后方陸域護岸和冀東油田護岸相接。垂直航道方向的防波堤口門寬度530 m，口門中心位置正對港池中心位置，東西兩側防波堤堤身軸線分別為 94.3°～274.3°、151.110～331.110，西防波堤長度693.3 m，東防波堤長486.4 m，防波堤總長度1179.7 m。兩堤間最大口門寬度約 560 m，最大寬度口門朝向198.59°（S與SSW 之間）［2］。

3.3 碼頭面高程設計

由于二港池已建成的東、西防波堤的掩護作用，入射波在進入港池后波高衰減，對港內碼頭泊位形成了較好掩護的作用。其碼頭面高程可按照有掩護碼頭進行計算；按照相關規范［3］進行計算后，碼頭面高程可取為4.5 m［4］。

但是由于本工程碼頭位于東岸線近口門處，對于偏西向入射波浪來說，口門段港池水域較為狹窄，入射波浪來不及擴散就直接入射到東側碼頭前沿，防波堤對碼頭前沿波浪幾乎沒有起到折減的作用［5］。因此，本工程碼頭面高程的計算不能簡單按照有掩護進行計算。

因此，本工程擬通過波浪整體物理模型試驗研究，對碼頭上水情況進行分析，為合理確定碼頭面高程、驗證碼頭泊穩條件提供科學依據。

4 物理模型試驗研究

4.1 試驗概況

由于擬建碼頭距離口門位置較近，本試驗主要研究在S、SSW和SW向浪，各水位重現期2年、10年、50年波浪作用下，碼頭面上水情況以及進行港內泊穩條件的分析。

4.2 工況1

參考曹妃甸港一港池類似工程的實際情況，試驗初期碼頭面高程初定為4.8 m。由于碼頭面板設有0.2 m護輪坎，試驗過程中在模型上為了便于測量上水，直接將碼頭面高程設置成5.0 m。碼頭的結構型式采用卸荷式地連墻板樁結構。

根據試驗結果，對比3個波向碼頭前比波高，3個波向影響最大為SW，影響位置最大表現在10 萬t級碼頭，極端高水位最大比波高為1.73。關于碼頭面上水結果，在設計高水位重現期 10年、50年，S向波浪作用，僅在10萬t級碼頭與15萬t級碼頭連接位置有上水，最大為0.78 m；但在SSW、SW向波浪作用，10萬t級碼頭整個岸線幾乎均上水，最大分別為1.84 m和1.68 m［6］。

4.3 工況2

根據上述的試驗結果，碼頭上水情況比較嚴重，為了減輕該情況，在不改變碼頭結構型式的基礎上，將碼頭面高程抬高至5.8 m（試驗模型中為6.0 m）。

表1、表2給出了在SSW向波浪作用下，設計高水位時不同碼頭面高程的上水情況。試驗結果表明，當碼頭面高程抬高至6.0 m時，SSW、SW向浪碼頭上水有所減小，最大分別為 1.20 m 和1.08 m［6］。

表1 碼頭面高程5.0 m上水試驗結果

表2 碼頭面高程6.0 m上水試驗結果

4.4 碼頭面高程加至6.0 m，透空消浪結構型式

由試驗結果可知，增加碼頭面高程可減輕碼頭上水情況，但對碼頭前的比波高沒有改善。為了進一步改善碼頭上水和泊穩條件，本次試驗對碼頭結構采用了消浪效果較好的高樁及開孔沉箱結構型式。同時將碼頭面高程抬高至6.0 m（試驗模型中為6.3 m，包含0.3 m高的護輪坎）。

試驗結果表明，由于口門已建東、西防波堤的走向，對比 3個試驗波向，SW 向波浪作用對 10 萬t級碼頭的波況、上水、泊穩影響最大。

其中對于高樁碼頭：僅SW向波浪作用時，10 萬t級碼頭有上水，最大為0.96 m。對于胸墻開孔沉箱碼頭：SW向波浪影響也是最大的，且影響范圍在10 t級碼頭位置，且僅在設計高水位重現期50年時會出現碼頭上水的情況，最大上水厚度為0.21 m［7］。由試驗結果可見，采用消浪效果較好的結構型式可以有效減輕碼頭的上水情況。

圖4 測點布置

表2給出了本次物理模型試驗所涉及到的3種碼頭結構型式，在設計高水位的SW向波浪作用下（重現期50年），碼頭前比波高、碼頭上水以及泊穩情況的對比。

表2 SW向波浪作用下碼頭上水及泊穩情況對比

由試驗結果可知，對于采用不同的結構型式，其碼頭前比波高最大值分布有所不同，但卸荷式地連墻板樁結構最大，高樁結構沿程比波高最小；上

水情況來看：由于其結構的特點，胸墻開孔加直立式沉箱型式最小；損失作業天數則高樁結構最小，卸荷式地連墻板樁結構最大。因此總體來看，高樁結構和胸墻開孔加直立式沉箱結構均優于卸荷式地連墻板樁結構。

5 結 論

通過波浪整體物理模型試驗，將曹妃甸二港池東側口門處岸線的碼頭面高程取為6.0 m是比較合理的。

關于碼頭結構型式的選取，高樁碼頭結構和胸墻開孔直立式沉箱結構均可行，在設計過程中將綜合考慮其它因素進行比選。

而對于本工程10萬t級泊位處的碼頭上水情況，可考慮在碼頭面上設置排水溝等適當的排水措施加以解決。

參考文獻：

［1］ 唐山港總體規劃（修訂）［R］.北京：交通運輸部規劃研究院，2012.

［2］ 唐山港曹妃甸港區二港池航道及防波堤工程［R］.北京：中交水運規劃設計院有限公司，2008.

［3］ JTS 165-2013 海港總體設計規范［S］.

［4］ 唐山港曹妃甸港區聯想控股通用件雜貨泊位工程初步設計［R］.天津：中交第一航務工程勘察設計院有限公司，2011.

［5］ 曹妃甸港區二號港池防波堤工程波浪物理模型試驗報告［R］.南京水利科學研究院，2008.

［6］ 河北港口集團曹妃甸第六個 5000 萬噸煤炭碼頭工程波浪整體理模型試驗［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究院，2014.

［7］ 河北港口集團曹妃甸第六個 5000 萬噸煤炭碼頭工程波浪整體理模型補充試驗研究［R］.天津：交通運輸部天津水運工程科學研究院，2014.

Research on Wharf Surface Elevation of Southernmost Quay along East Shoreline of No.2 Harbor Basin of Tangshan Port Caofeidian Harbor

Wei Meifang，Pi Qingling
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract：The southernmost quay along east shoreline of No.2 harbor basin of Caofeidian harbor is close to the breakwater entrance.As for the breakwater， it is no way to damp the incident wave by west in front of the wharf structure.In the case， a wave physical model test is carried out to analyze the wave height distribution and the overtopping situation of the wharf apron.The analysis results serve as a scientific basis for determining of elevation of wharf surface， verifying the mooring stability conditions and selecting suitable wharf structure.

Key words：Caofeidian harbor； elevation of wharf surface； water overtopping wharf

中圖分類號：U651+.4

文獻標識碼：A

文章編號：1004-9592（2016）02-0040-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160210

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：魏美芳（1984-），女，注冊土木工程師（港口與航道工程）、注冊咨詢工程師，主要從事港口與航道工程的設計工作。