高樁擋浪板式碼頭內(nèi)側(cè)泊穩(wěn)條件研究

應(yīng)博歐 夏靜

摘 要：結(jié)合工程分析，以舟山市某海港客運碼頭的設(shè)計方案為案例，通過船舶系泊物理模型試驗，對高樁擋浪板式碼頭內(nèi)側(cè)泊穩(wěn)條件在不同工況組合情況下進(jìn)行數(shù)據(jù)測試分析，最終得到的試驗分析結(jié)果作為工程設(shè)計的參考依據(jù)，方便類似環(huán)境條件下海港客運碼頭的安全運營。

關(guān)鍵詞：高樁擋浪板；碼頭內(nèi)側(cè)；泊穩(wěn)條件

一、工程概況

1、平面布置

本工程位于舟山市東港街道東北側(cè)岸線段菜花山位置，新建1座500總噸級客運碼頭（5個泊位）。碼頭整體呈F型布置，前沿平臺為固定碼頭平臺，布置于-7.0m等深線附近，方便客船靠泊；后側(cè)平臺采用浮碼頭結(jié)構(gòu)，布置于-5.0m等深線附近，方便快艇靠泊。

2、水工結(jié)構(gòu)

固定碼頭平臺結(jié)構(gòu)型式采用高樁梁板式，碼頭平臺長310m、寬20m，碼頭下部樁基采用？1000PHC樁，每個排架下設(shè)6根樁（3對叉樁）。樁上為現(xiàn)澆樁帽，樁帽上為現(xiàn)澆橫梁，橫梁上擱置預(yù)制縱梁，縱梁上擱置面板，其中預(yù)制板厚400mm、現(xiàn)澆層厚200m。固定碼頭平臺前后沿排架與排架間均設(shè)擋浪板，擋浪板底標(biāo)高為-2.45m，標(biāo)高在-0.6m以下?lián)趵税鍨轭A(yù)制結(jié)構(gòu)，標(biāo)高在-0.6m以上擋浪板為現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，厚度為700mm。

浮碼頭結(jié)構(gòu)由50×12m躉船、25×4m鋼過橋、橋臺墩、5×5m撐墩、抗臺吊架等組成。其中橋臺墩、撐墩均采用高樁墩式結(jié)構(gòu)，樁上為現(xiàn)澆墩臺，橋臺墩樁基采用6根Φ800PHC樁，撐墩樁基采用4根Φ1000PHC樁。抗臺吊架樁基采用Φ800PHC樁。躉船采用鋼筋砼浮躉船，需向廠家定制。

二、高樁擋浪板式結(jié)構(gòu)案例研究

高樁擋浪板式結(jié)構(gòu)采用一定深度的水下?lián)趵私Y(jié)構(gòu)，利用擋浪結(jié)構(gòu)將波能傳播進(jìn)行阻擋，達(dá)到減少港內(nèi)波浪的目的。

1、相關(guān)工程案例資料

某港位于渤海灣的黃河三角洲的西南岸，碼頭結(jié)構(gòu)采用了樁基擋板式防波堤型式，碼頭有效長度300m。擬建工程區(qū)域波浪經(jīng)過外海構(gòu)筑物后采用透射疊加方式進(jìn)入港口，通過樁基擋板式防波堤結(jié)構(gòu)進(jìn)行擋浪。

2、相關(guān)工程案例分析

該案例通過室內(nèi)水池的模型試驗對擋浪板結(jié)構(gòu)作用下泊穩(wěn)情況進(jìn)行分析，并繪制出波高和擋板相對入水深度的關(guān)系曲線，通過關(guān)系曲線可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擋浪板底部高程到一定位置，港內(nèi)波浪高度隨擋浪板入水深度的增加，變化的幅度在減少。因此，高樁擋浪板式結(jié)構(gòu)可以調(diào)整擋浪板入水深度提高擋浪效果。

3、舟山海域高樁擋浪板碼頭結(jié)構(gòu)

舟山群島是我國第一個以群島建制的地級市，島際客運主要通過水路運輸，由于受到外海波浪作用影響，島際客運碼頭只能采用固定碼頭結(jié)構(gòu)型式。高樁擋浪板式碼頭的建設(shè)可以對波浪進(jìn)行阻擋，消浪后浮碼頭可布置在固定碼頭內(nèi)側(cè)，方便人員上下。

目前，舟山區(qū)域采用的高樁擋浪板式碼頭結(jié)構(gòu)的擋浪板底部高程采用極端低水位高程，根據(jù)建成碼頭的實際使用情況，該高程下的擋浪板結(jié)構(gòu)可以有效改善內(nèi)側(cè)泊穩(wěn)條件。

三、擬建項目內(nèi)側(cè)泊穩(wěn)條件研究

1、試驗?zāi)康?/p>

根據(jù)擬建項目情況，為客運碼頭安全運營及客船安全作業(yè)要求，委托河海大學(xué)對該項目進(jìn)行船舶系泊物理模型試驗，通過船舶安全運動物理模型試驗研究，測定客船在風(fēng)、波浪等動力因素的不同組合工況下的船舶運動量、系纜力、船舶靠泊產(chǎn)生的擠靠力及擠靠能量，進(jìn)而了解高樁擋浪板式碼頭內(nèi)側(cè)的泊穩(wěn)條件。

2、試驗方法

（1）試驗設(shè)備

波浪試驗在河海波浪港池中進(jìn)行。港池長40m、寬30m、高1.2m。港池的一端設(shè)置消浪緩坡，另一端配有不規(guī)則波造波機，由計算機控制，產(chǎn)生試驗所要求的波浪要素。

（2）量測儀器

試驗中波高采用電阻式波高儀測量，由計算機控制采集和分析測量結(jié)果。船舶運動量采用南京水利科學(xué)研究院研制的六自由度運動測量儀測量，同時量測船舶的橫蕩、縱蕩、升沉、橫搖、縱搖和回旋六個自由度的運動量，通過計算機采集處理。

系纜力和船舶擠靠能量分別采用天津港灣研究所研制的系纜力傳感器和北科院的總力傳感器測量，并通過相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所有數(shù)據(jù)利用計算機進(jìn)行處理和統(tǒng)計。測力傳感器為應(yīng)變式，用懸臂梁作彈性體，變形傳感器為電容式傳感器。

（3）模型設(shè)計

試驗遵循《港口工程技術(shù)規(guī)范》、《波浪模型試驗規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范規(guī)定，采用正態(tài)模型，按重力相似設(shè)計，對橡膠護舷和纜繩等非剛性構(gòu)件還考慮了彈性變形相似。

3、試驗結(jié)論

（1）根據(jù)物模試驗分析，對系泊系統(tǒng)中各特征量，動力因素的影響次序自大至小依次為：波浪、風(fēng)，其中波高與周期是影響因素中最為顯著，而風(fēng)的影響相對較小。船舶運動量、系纜力、擠靠能量和擠靠力，隨波高的增大而增大，船舶的運動量和系纜力隨著周期的增大而增大。

（2）試驗中采用橫移1/3大值0.5m，橫搖1/3大值10o，升沉1/3大值0.5m作為控制標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)試驗結(jié)果給出三條客輪相應(yīng)的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，見下表。

從上表看出，在NE向波浪作用時，固定碼頭泊位前停泊條件相對較差，碼頭結(jié)構(gòu)為帶前后擋浪板的高樁碼頭型式，這種結(jié)構(gòu)對后方的浮碼頭掩護較好，但本身反射很大，對固定碼頭泊位的泊穩(wěn)條件不利。雖然客運船舶可隨時中斷上下客作業(yè)，但考慮客運船舶營運的安全性要求較高，故建議根據(jù)實際情況在碼頭及船舶上增加安全營運措施。

（3）根據(jù)普陀氣象站2014年及2015年的風(fēng)速資料，一年之中六級及以上風(fēng)發(fā)生的天數(shù)統(tǒng)計如下。

由上表可知，在不分方向的情況下，一年之中發(fā)生六級以上風(fēng)的天數(shù)有144天，發(fā)生七級以上風(fēng)的天數(shù)有64天，發(fā)生八級風(fēng)以上風(fēng)的天數(shù)有17天，發(fā)生九級以上風(fēng)的天數(shù)有7天。

（4）快艇停靠于固定碼頭泊位，E向波浪作用時，高水位能滿足九級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求，低水位能滿足八級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求；NE向波浪作用時，高、低水位只能滿足七級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求。

快艇停靠于浮碼頭泊位，由于固定碼頭的消浪作用，E向波浪作用時，高、低水位均能滿足九級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求；NE向波浪作用時，高水位能滿足九級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求，低水位只能滿足七級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求；NNE向波浪作用時，高水位能滿足九級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求，低水位能滿足八級風(fēng)及相應(yīng)波浪作用下的泊穩(wěn)要求。

（5）快艇在1：1 布纜方式條件下，E向波浪作用時，艏、艉纜在九級風(fēng)及相應(yīng)波高組合工況下依然滿足設(shè)計要求；NE向波浪作用時，在固定碼頭泊位，艏、艉纜在六級風(fēng)及相應(yīng)波高組合工況下滿足設(shè)計要求；在浮碼頭泊位，艏、艉纜在八級風(fēng)及相應(yīng)波高組合工況下滿足設(shè)計要求；及NNE向波浪作用時，在浮碼頭泊位，纜繩在九級風(fēng)及相應(yīng)波高組合作用下不能滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，建議艏、艉纜各增加一根纜繩，即采用2：2的系纜方式或相應(yīng)增加橫纜。

結(jié)語：

結(jié)合某港區(qū)高樁擋浪板式防波堤結(jié)構(gòu)案例及舟山海域高樁擋浪板碼頭結(jié)構(gòu)使用情況，極端低水位高程下的擋浪板結(jié)構(gòu)可以有效改善內(nèi)側(cè)泊穩(wěn)條件。在外海相對開敞區(qū)域，受風(fēng)浪影響較大，固定碼頭泊位前停泊條件相對較差，而采用高樁擋浪板碼頭結(jié)構(gòu)的固定碼頭對后方浮碼頭掩護相對較好，內(nèi)側(cè)泊穩(wěn)條件可以滿足船舶停靠要求。同時，考慮到客運船舶營運的安全性要求較高，因此需根據(jù)實際情況在客運碼頭及船舶上增加安全營運措施。

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