集裝箱堆場排水系統設計方案研究

王 釗，賀春暉

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

集裝箱堆場排水系統設計方案研究

王 釗，賀春暉

（中交第一航務工程勘察設計院有限公司，天津 300222）

做好集裝箱堆場排水系統設計，保證暴雨時地面排水通暢，降低堆場地面積水概率，對于保障集裝箱堆存期間的貨物安全，避免經濟糾紛有重要意義。本文結合京唐港 26#和 27#集裝箱泊位工程的平面布置及工藝形式，分析比選了以往類似項目設計的雨水系統方案，最終選擇了合理性和經濟性較好的排水溝集水方案。

集裝箱；雨水系統；合理性；經濟性

引 言

目前，在港口工程排水系統設計中，影響集裝箱堆場排水系統設計和運行的主要因素有如下幾個方面：

1）集裝箱堆場的平面布置。根據堆場與岸線方位劃分有平行岸線和垂直岸線兩種形式。

2）集裝箱堆場的裝卸設備。根據行進方式可分為輪胎式集裝箱龍門起重機和軌道式集裝箱龍門起重機兩種。

3）集裝箱堆場的鋪面。堆箱區多采用高強連鎖塊（無箱角梁），也有采用箱角梁加碎石或箱角梁加連鎖塊的。裝卸機械活動區域根據機械形式的不同也有多種形式，若采用輪胎式場橋，則需設置鋼筋混凝土跑道梁；若采用軌道式場橋，則多設置整體道床，也有采用道渣軌枕形式的。

綜合上述幾個因素，結合實際集裝箱堆場的情況可以制定工程排水系統設計方案。目前集裝箱堆場排水系統設計主要有兩種形式，即采用帶箅雨水檢查井，通過暗管匯流集中排放入海的形式和采用排水溝收集排水的形式。以實際工程為例，本文收集了天津港北港池集裝箱碼頭一期工程、青島前灣招商局國際集裝箱碼頭工程、青島前灣迪拜環球國際集裝箱碼頭工程和錦州港第二港池集裝箱碼頭二期工程的設計影響因素和排水系統形式，見表1。

表1 典型工程排水系統設計總結

從表1中可以看出，帶箅雨水井收集，暗管匯排入海的方式適用于大部分碼頭結構，尤其是在無箱腳基礎的重箱堆場區，道路和裝卸設備行走區，此方式采用率較高；而排水溝收集的方式一般只用于有箱腳基礎的堆箱區的排水設計，而在一般的道路和裝卸設備行走區，排水溝的方式采用率不高，因為排水溝可能會影響設備運行及集裝箱運輸。

在實際工程排水系統的設計工作中，如何正確的選擇排水系統方案是對設計人員工作經驗和設計理念的重要考驗。本文以唐山港京唐港區26#～27#專業化集裝箱泊位工程為例，對碼頭排水系統設計方案的制定和選擇進行研究分析。

1 案例分析

1.1 示例工程概況

唐山港京唐港區 26#～27#專業化集裝箱泊位工程，集裝箱堆場被垂直碼頭方向的3條縱向通道分成2個堆存區，每個堆存區均劃分為11條堆箱區。堆場自東向西垂直于碼頭的通道名稱依次為經一路～經三路，重箱堆場與岸邊裝卸橋之間的通道名稱為緯一路，重箱堆場與空箱堆場之間的通道名稱為緯二路。堆場區布置6條重箱堆場，其后3條為預留重箱堆場，剩余2條為空箱堆場，如圖1所示。

圖1 集裝箱堆場平面示意

該工程堆場采用軌道式集裝箱龍門起重機作業，跨內8列集裝箱集中布置，2個車道集中布置在一側。見圖2。

圖2 工藝布置剖面示意

工程主干道及堆場內通道鋪面范圍，采用瀝青混凝土鋪面結構；堆箱區采用混凝土聯鎖塊鋪面結構

1.2 排水設計方案設計及經濟計算

根據前文所述內容，本工程道路部分采用帶箅雨水檢查井收集，然后通過排水支管最終排海的方案。堆場部分結合工程特點給出兩種排水系統方案：

1）根據本工程的平面、工藝、道堆的設計條件以及根據平面專業高程布置方案，設計兩種給排水系統方案并對其進行分析對比：

方案一：采用帶篦雨水檢查井收集，通過排水支管排入雨水干管，最終排海。由于每條堆箱區中心線為最高點，兩側軌道為最低點，因此每條堆箱區于軌道梁兩側各設置一排雨水檢查井；

方案二：采用排水溝收集雨水，通過排水溝轉換井排入雨水干管，最終排海。由于每條堆箱區一側軌道為最高點，另一側軌道為最底點，因此每條堆箱區于最底點的軌道梁一側設置一排排水溝。

2）根據當地暴雨強度公式計算確定排水溝或雨水檢查井、雨水管的管徑、埋深、標高、坡度等。

本工程暴雨強度公式采用唐山地區的暴雨強度公式：

式中：P為設計重現期/a；t為降雨歷時/min，t=t1+t2，t1為地面集水時間/min，t2為管渠內流行時間/min。

管道及排水溝的設計流量公式采用下列計算：

式中：Ψ為徑流系數；F為匯水面積/ha。

3）為了更好的對兩種方案進行對比分析，選取兩方案中相同匯水面積的區域進行統計，根據統計結果進行造價成本比較。兩個方案均按照重載考慮。匯水區域示意見圖 3、圖 4，各方案構筑物工程量見表2、表3。

圖3 方案一選取區域示意

圖4 方案二選取區域示意

表2 方案一區域內的構筑物工程量

表3 方案二區域內的構筑物工程量

1.3 方案比較

為了更好的進行方案選擇，從收水能力、工程造價、施工工藝和管理維護等三個方面對兩個方案進行比較：

1）從收水能力方面考慮，兩個方案均滿足了設計要求，排水能力相當；

2）從工程造價方面考慮，方案一比方案二投資少4.6 %（5.6萬元）；

3）從施工工藝方面考慮，方案一由于有雨水檢查井及雨水管兩種構筑物，對施工的要求以及施工難度要大于方案二的排水溝系統；

4）從管理維護方面考慮，方案一采用的暗管方式，一旦發生故障，在故障排查和維修方面比較困難，因此，方案一的管理維護難度較大，經濟成本較高；方案二采用排水溝排水，排水溝更易于清理，且排水溝與雨水干管采用排水溝轉換井連接，排水溝內設有20 cm沉泥區域，減少了淤泥進入雨水干管沉積的概率，延長了管理過程中對排水系統的維護周期，因此方案二更便于管理維護，能夠節省大量的管理成本。

綜上所述，兩種方案均能滿足設計要求；方案二投資成本略高于方案一；在施工難度和后期的管理維護上，方案二更省時省力也更經濟。因此，在堆場的排水系統設計方案的選擇上，綜合各項因素，方案二要優于方案一。

2 成果分析

2.1 方案優化選擇

在復雜的排水系統設計工作中，根據工藝荷載和排水管管材的不同，各排水系統的造價也有很大差別：

當排水系統設置最低點為堆箱區中軸線時，由于此處不過車，輕型排水溝的工程造價與鋼帶增強聚乙烯螺旋管和雨水檢查井的排水系統大致相當，而采用鋼筋混凝土排水管和雨水檢查井的排水系統造價最低。但是從后期管理角度考慮，又是排水溝和采用鋼帶增強聚乙烯螺旋管和雨水檢查井的排水系統有較大優勢。

當排水系統設置最低點為軌道梁兩側時，由于此處為通道需要過車，重型排水溝的工程造價要遠遠高于采用排水管和雨水檢查井的排水系統。

因此，在設計過程中就需要設計人員根據設計條件及設計要求根據具體情況選擇最適合的設計方案。如本文實例，最終綜合了造價、施工、使用等多方面考慮之后并沒有選擇單一的排水形式進行整體排水系統的設計，而是采取了排水溝和雨水檢查井相結合的排水方式，并達到了很好的效果。

2.2 回訪情況

通過對已實施的集裝箱碼頭工程進行回訪，各集裝箱泊位工程的排水系統大體運行良好，雨水檢查井或排水溝均能有效地排除堆場雨水。但仍存在少數排水不暢區域，經進一步調查發現，排水不暢的主要原因有兩個：

1）地面沉降問題

由于部分堆場施工工期短、質量控制不夠嚴格，經過長時間的堆卸作業之后，堆箱區會發生較大的沉降，但軌道粱處經過特殊處理且無重物堆載，故一般不會發生沉降。因此，堆區在使用一段時間后形成堆箱區低洼，軌道梁區域高啟，往往與初始設計的地面高程相反，因此造成地面排水不暢。

2）管理問題

經過一段時間使用之后，排水溝或雨水檢查井的蓋板均有可能被細小顆粒物堵塞，減少收水面積，無法達到設計的流量要求。排水溝或雨水管道內也會因為雜物淤積而減少過水斷面，因此降低了排水系統的過流能力，形成排水不暢的情況。

3 研究結論

1）設計方案實際效果

通過設計回訪，發現各集裝箱泊位工程的排水系統大體運行良好，雨水檢查井或排水溝均能有效地排除堆場雨水，僅存在少數排水不暢區域。

2）高程設計的建議

排水系統通暢與否，與高程設計及工藝布局設計緊密相關。為避免地面沉降后軌道梁成為“擋水坎”，建議集裝箱堆場的堆箱區將軌道粱設計為平面高程最高點。同時，當堆箱區內設有凸起的箱角基礎時，堆場中間應設計為高程最低點；堆箱區為平坦地面是，堆場與軌道梁之間的通行道路一側（或雙側）設計為最低點。如此，可以杜絕后期地面沉降產生的“反排水”現象。

3）堆箱區內設置凸起的箱角基礎的排水方案

在堆場區中間最低點處設置輕型排水溝，在堆場與軌道梁之間通道設置排水暗管。此方案排水路徑最短，可最優化的解決排水問題，同時此排水方案的造價是適中的，為最優排水方案。

4）堆箱區為平坦地面（無凸起的箱角基礎）的最優排水方案

堆場與軌道梁之間的通行道路一側（或雙側）最低點處設置排水暗管加雨水口或收水檢查井。但應注意，此種情況適應于堆場橫向跨度不應太大，且堆場雙側通道（車行道或檢修通道）都應設置排水管。此排水方案的造價是最低的，但克服地面沉降的性能稍差。

5）管材的建議

當堆場排水設置為暗管時，定期的清理很有必要。為了縮短清理的周期、減少清通的工作量，設計人員也需在設計過程中采取措施：如采用摩擦系數低的排水管道（如鋼帶增強聚乙烯螺旋管）取代鋼筋混凝土排水管，減少淤積可能。

4 結 語

本文通過對已有實例工程的投資比較，分析出在各種工況下不同排水形式的工程造價，并給出幾種可行的排水系統設計方案，通過對方案的對比和分析，最終確定的最優方案。

在工程后期回訪工作中，找出了影響排水系統的關鍵因素，明確了在集裝箱泊位工程中容易出現的問題，并找出了解決方法，給出合理化建議，總結了針對常見的集裝箱泊位平面及工藝布置方案，所適宜的排水方案。

經過研究分析，提出了各類集裝箱堆場排水的最優設計方案。如本文實例，堆箱區內設置凸起的箱角基礎的情況，最優排水方案為常用的排水溝方案，該方案比帶箅雨水檢查井收集的方案可以節省投資50.3 %。

通過本文的研究，能為今后的集裝箱堆場設計中提供寶貴的經驗，方便設計人員快速、高效的選擇出最適宜、最經濟合理的雨水系統方案，從而大大的縮短設計周期，降低勞動強度，同時可以確保設計方案是最優的。

選擇經濟效益最優的排水方案，對我國集裝箱碼頭工程的建設可節約工程投資、減少堆場積水，減少集裝箱貨損，具有較好的社會效益及經濟效益。符合當今社會綠色、環保、節能、減排的設計理念。

［1］季則舟，胡世津.海運船舶現狀和發展趨勢及對我國港口建設的影響［J］.港工技術，2007，（6）：18-23.

［2］龍書玲.中國集裝箱運輸現狀研究及前景分析［J］.產業經濟，1001-828x（2012）05-0223-01.

［3］交通部第一航務工程勘察設計院.海港工程設計手冊［M］.人民交通出版社.

Research on Design Proposal of Container Stockyard Drainage System

Wang Zhao，He Chunhui
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

A good design proposal for container stockyard drainage system guarantees unobstructed ground drainage during storm and reduces the probability of accumulated water on the stockyard ground，which has an important significance for the avoidance of economic disputes and the security of goods while containers are stored in stockyard.By referring to the plane layout and technological pattern of 26#～27#container berths project of Jingtang Port，the rainwater systems applied in other similar projects are analyzed and compared each other.Finally the drainage ditch is chosen due to its rationality and economical efficiency.

container； rainwater system； rationality； economical efficiency

U653.99

A

1004-9592（2016）05-0018-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160505

2016-02-14

王釗（1986-），女，工程師，主要從事給水排水專業設計工作。