雙層系纜墩在福州港羅源灣港區的應用

董德強陽磊（.福建省陸海建設管理有限公司，福州350007；.中交水運規劃設計院深圳有限公司，深圳58054）

雙層系纜墩在福州港羅源灣港區的應用

董德強1陽磊2
（1.福建省陸海建設管理有限公司，福州350007；2.中交水運規劃設計院深圳有限公司，深圳518054）

福州港位于我國東南部，臺灣海峽西岸，具有發展海運的優良條件，羅源灣港區作為福州港重要的組成部分，近年來港口建設得到了長足的發展。由于不同企業對碼頭使用功能要求的不同，羅源灣南北兩岸也出現了多種不同結構型式的碼頭，其中某化工企業專用碼頭的雙層系纜墩結構設計方案，就為滿足多種船型在不同潮位下的順利靠泊，發揮了重要作用。

羅源灣港區雙層系纜墩系纜垂直角質量控制

1 工程概況

福州港羅源灣港區某化工專用碼頭工程位于羅源灣南岸，建設2個5000噸級的固體化工泊位及2個5000噸級的液體化工泊位，泊位總長692m，固體、液體泊位之間由150m聯系橋連接。碼頭面頂標高為10.3m，港池底標高為-7.1m。其中兩個固體化工碼頭為高樁梁板式結構，為滿足多種船型靠泊而采用雙層系纜墩布置，系纜墩底標高分別為10.55m和6.95m，是目前福州港羅源灣港區少有的采用雙層系纜的碼頭。

根據建設單位生產需求，固體化工碼頭設計靠泊船型為2000～5000噸級的固體化學品船，根據《海港總體設計規范》（JTS 165-2013），設計船型尺度見表1。

1.1 設計水位

港址處設計水位如下（當地理論最低潮面基準）：

極端高水位8.49m

極端低水位-0.52m

設計高水位6.89m

設計低水位0.51m

1.2 船舶靠泊、作業條件

1.2.1 船舶允許法向靠泊速度

2000噸級船舶：法向靠船速度≤0.2m/s；

3000噸級船舶：法向靠船速度≤0.2m/s；

5000噸級船舶：法向靠船速度≤0.17m/s。

1.2.2 作業期限制條件

（1）2000噸級船舶

當設計風速V＞13.8m/s（六級風）或波高H4%≥0.6m（順浪），H4%≥0.6m（橫浪）時碼頭停止作業。

當設計風速V＞22m/s（九級風）或波高H4%＞0.8m時，船舶必須離開碼頭移至錨地避風。

（2）3000噸級船舶

當設計風速V＞13.8m/s（六級風）或波高H4%≥0.6m（順浪），H4%≥0.6m（橫浪）時碼頭停止作業。

當設計風速V＞22m/s（九級風）或波高H4%＞1.0m時，船舶必須離開碼頭移至錨地避風。

（3）5000噸級船舶

當設計風速V＞13.8m/s（六級風）或波高H4%≥1.0m（順浪），H4%≥0.8m（橫浪）時碼頭停止作業。

當設計風速V＞22m/s（九級風）或波高H4%＞1.0m時，船舶必須離開碼頭移至地避風。

表1 設計船型尺度表

2 雙層系纜墩的系纜垂直角計算

根據《開敞式碼頭設計與施工技術規程》（JTJ 295-2000）要求，當潮差變化大，無法滿足不同潮位下系纜垂直角要求時，應在不同高度設置系纜平臺。為簡化計算，本文僅對不同船型在滿載、設計低水位等不利情況下的艏艉纜垂直角進行計算，判斷是否滿足規范要求的垂直角應小于30°。

2.1 5000噸船舶艏艉纜垂直角計算

5000噸船舶在滿載、設計低水位情況下的艏艉纜垂直角計算步驟如下：

2.1.1 系纜墩底標高為10.55m時

已知5000噸級固體化學品船型深9.0m，型寬18.8m，滿載吃水7.0m，橡膠護舷厚度0.4m，設計低水位0.51m，艏艉纜相對船寬居中，系纜墩底標高為10.55m。

可得：艏艉纜距碼頭面護輪坎水平距離a=0.4+18.8/ 2=9.8m

艏艉纜距碼頭面護輪坎垂直高度b=10.55-[0.51+（9.0-7.0）]=8.04m

垂直角α=180-90-arctan（a/b）=180-90-arctan（9.8/ 8.04）=39.4°＞30°，不滿足規范要求。

2.1.2 系纜墩底標高為6.95m時

已知5000噸級固體化學品船型深9.0m，型寬18.8m，滿載吃水7.0m，橡膠護舷厚度0.4m，設計低水位0.51m，艏艉纜相對船寬居中，系纜墩底標高為6.95m。

可得：艏艉纜距碼頭面護輪坎水平距離a=0.4+18.8/ 2=9.8m

艏艉纜距碼頭面護輪坎垂直高度b=6.95-[0.51+（9.0-7.0）]=4.44m

垂直角α=180-90-arctan（a/b）=180-90-arctan（9.8/ 4.44）=24.4°＜30°，滿足規范要求。

2.2 2000噸級、3000噸級船舶艏艉纜垂直角計算

同理分別算出2000噸級、3000噸級船舶在滿載、設計低水位情況下的艏艉纜垂直角如表2：

2.3 計算結論

通過計算可知，2000噸、3000噸、5000噸船舶在滿載、設計低水位情況下，如使用底標高為10.55m的系纜墩時艏艉纜垂直角將大于30°，不符合規范要求，在無法降低碼頭面標高的情況下，必須在不同標高處設置系纜平臺，而本工程在6.95m標高處設置的系纜墩可滿足不同設計船型在滿載、設計低水位情況下安全靠泊。

表2 船舶艏艉纜垂直角

3 具體施工方法

由于底標高為10.55m的系纜墩設置在碼頭面層上，施工工藝較為成熟，在此不贅述，本文主要針對底標高為6.95m的系纜墩施工方法進行簡要介紹。立面示意圖見圖1。

圖1 泊位典型立面示意圖

3.1 施工工藝流程

本工程系船梁施工工藝流程如下：預制系船梁→現澆樁帽、牛腿→吊裝系船梁→系船梁外伸鋼筋與樁帽外伸鋼筋焊接→焊接處現澆混凝土節點。

3.1.1 預制系船梁

為減少水上鋼筋、模板施工工作量，系船梁采用預制工藝，尺寸為6200mm×2200mm×600mm（長×寬×高），采用C45高性能混凝土，主筋采用Φ25螺紋鋼并在構件長度方向兩端外伸280mm。建議采用鋼模以提高構件外觀質量，并可通過鋼模上的精確開孔更加有效的提高外伸鋼筋位置的準確性。

3.1.2 現澆樁帽、牛腿

預制系船梁的擱置牛腿與樁帽共同現澆，牛腿尺寸2200mm×（200～500）mm×500mm（長×寬×高），牛腿擱置面正上方的樁帽側面上預埋Φ25螺紋鋼，外伸長度280mm。為確保系船梁安裝順利，以及樁帽側面外伸鋼筋與系船梁外伸鋼筋的順利焊接，樁帽側面外伸鋼筋在與系船梁外伸鋼筋相對應的基礎上向岸側偏移25mm。

3.1.3 吊裝系船梁

本項目設計要求預制系船梁混凝土抗壓強度達到設計等級的80%以上方可起吊、運輸、安裝，混凝土抗壓強度是否達到要求可通過留置并檢測同條件養護試塊判定。

安裝過程中系船梁與樁帽的外伸鋼筋達到24根，互相干擾影響較大，技術人員應在安裝前做好測量放線定位工作，過程中指導安裝人員耐心安裝，確保安裝位置偏差符合規范要求，尤其應確保兩端擱置長度達到200mm。

3.1.4 系船梁外伸鋼筋與樁帽外伸鋼筋焊接

系船梁外伸鋼筋與樁帽外伸鋼筋均為24根Φ25鋼筋，分3層布置，每層8根，采用單面焊，焊接長度為10倍鋼筋直徑，即250mm。

3.1.5 焊接處現澆混凝土

系船梁安裝并焊接完成后，系船梁與樁帽間形成一個2200mm×300mm×600mm（長×寬×深）的槽，采用C45高性能混凝土現澆。因空間狹小清理困難，應采用鼓風機或高壓水槍對焊渣等雜物進行清理干凈后，再對槽兩端側模進行封堵。

3.2 質量控制重點和難點

3.2.1 系船梁、樁帽上的外伸鋼筋預埋位置的準確性

外伸鋼筋預埋位置的準確性直接關系到構件能否順利安裝，也直接關系到外伸鋼筋能否順利焊接，因此應采取鋼模板開孔定位外伸鋼筋、對現澆樁帽上的外伸鋼筋位置嚴格復測等措施，確保外伸鋼筋位置的準確性。

3.2.2 外伸鋼筋的焊接質量

外伸鋼筋的焊接質量直接影響到系船梁的受力情況，因此焊接質量應予以重點控制，但由于焊接作業空間小、鋼筋數量多、對應的鋼筋難免存在位置偏差等原因，焊接質量控制難度較大，故應以控制鋼筋預埋位置、構件安裝位置的準確性為基礎，加強焊接過程中的質量控制，確保每條焊縫都飽滿，焊接長度達到250mm以上。

4 結語

福州港羅源灣港區屬于天然良港，目前港區南北兩岸已建成的碼頭多為高樁碼頭和重力式碼頭，使用用途上有散雜貨碼頭、集裝箱碼頭、電廠配套重件碼頭及煤碼頭等，但有個共同點就是都是單層系纜，該化工專用碼頭為羅源灣港區內少有的采用雙層系纜結構的碼頭。通過系纜垂直角的驗算和系船梁的施工質量控制，在理論和實際上均為該碼頭多種船型的安全系泊提供了可靠的保證，同時也為其他類似碼頭的設計和施工提供了有益參考。

[1]JTS 165-2013，海港總體設計規范[S].

[2]JTJ 295-2000，開敞式碼頭設計與施工技術規程[S].