重力墩式碼頭布置分析與研究

◎ 周愛燕 中交廣州水運工程設計研究院有限公司

1.工程特點

1.1 工程概況

茂名港博賀新港區昌利石化倉儲基地碼頭工程位于茂名港博賀新港區東區，東防波堤內側液體散貨作業區，編號為E9泊位。工程擬建一個5萬噸級石化碼頭泊位，泊位總長度為279m。碼頭計劃吞吐量為295萬噸/年，泊位設計通過能力為394萬噸/年。博賀新港區目前已建成東、西防波堤并形成環抱式港池。

1.2 工程特點

①設計船型跨度大。根據《海港總體設計規范》（TJS 165-2013），工程設計代表船型分為油船和化學品船，其中涉及結構設計的船型為油船，最大為5萬噸級，最小為2000噸級，而液體化工品船則以2000～5000噸級為主，總而言之，設計船型噸位跨度較大，碼頭的布置需要考慮兼顧靠泊問題。

②裝卸貨種繁多。碼頭擬裝卸的貨種包括油品和化工品9大類，共48種。分別為油類、醇類、苯類、烷類、烯類、烴類、醚類、酮類、酸類，其中油類品種最多，量也最大，吞吐量達到245萬噸/年，占比達到83%。

③離岸較遠。本工程位于東防波堤內側，碼頭前沿線距離東防波堤軸線203m，距離后方公共管廊棧橋約60m，不與陸域相接。

④工程區域巖面埋藏淺，根據勘探資料顯示，碼頭范圍內強風化和中風化花崗片麻巖巖面均較淺，承載力較高，可以選作重力式碼頭持力層。

2.總平面布置方案

2.1 水域主尺度

①泊位總長度。根據《海港總體設計規范》（JTS 165-2013）計算，碼頭泊位長度按停泊1艘5萬噸級油船取值為279m，可同時停靠1艘5千噸級油船和1艘2千噸級化學品船。

②靠船段長度。墩式碼頭靠船墩中心間距為設計船型船長30%～45%，本碼頭考慮到兼靠小型船舶，顧采用工作平臺兼靠船功能的布置形式，同時靠泊1艘5千噸級油船和一艘2千噸級化學品船時靠船段長度最大，經反算兩側可外伸0.275～0.35L（約24～43m），碼頭計算總長度減去兩邊外伸，平臺最小長度為193m，工作平臺長取193m，滿足靠船段長度要求。

③碼頭采用重力式結構時，碼頭前沿頂高程按上水標準計算，受力標準復核，按受力標準控制的頂高程計算結果如表1。

表1 碼頭前沿頂高程計算表

結合碼頭結構形式，經綜合考慮，碼頭工作平臺前沿頂高程取7.5m，系纜墩高程取6.0m。

2.2 平面布置

①碼頭布置。E9 泊位碼頭前沿線布置于天然水深約-11.0 m的位置，距離后方博賀新港區公用管廊棧橋60 m，碼頭軸線方位為15°41′30″～195°41′30″。設計按5萬噸級泊位考慮，最小可兼顧同時靠泊1艘5千噸級油船和1艘2千噸級化學品船，碼頭泊位計算長度為279m，采用重力式墩式布置，中間布置1個大的工作平臺，兩邊各布置1個系纜墩，工作平臺與系纜墩之間通過人行鋼橋連接。

由于平臺需兼顧大小不同船舶，經過計算靠泊長度所需的平臺長度為193m，結合工藝設備需要，寬度定為20m，最終確定工作平臺平面尺度為193mx20m，系纜墩尺度為13m×13m。工作平臺前沿頂高程為7.5m。系纜墩頂高程6.0m。碼頭后方為水域公共管廊，布置一座長40m、寬12m的棧橋與公用管廊連接。

為了滿足不同船型的靠泊作業要求，工作平臺面布置3個裝卸點，1#裝卸點和3#裝卸點布置在平臺兩邊，滿足小船裝卸作業；2#裝卸點布置在中間，滿足大型船舶裝卸作業。1#裝卸點配置3臺手動裝卸臂、2#裝卸點配置1臺軟管吊及2條軟管和2臺電液控裝卸臂、3#裝卸點配置1臺軟管吊和4條軟管。船舶裝卸船時通過裝卸臂或者軟管，再從裝卸伐區通過碼頭后沿的管廊，接著通往公共管廊，最后送往本碼頭后方的庫區。

②水域布置。本工程相鄰E8和E10（5萬噸級）均為液體化學品泊位，船舶最小間距50m，滿足規范對相鄰危險品碼頭的凈間距要求。

本工程回旋水域布置于碼頭正前方，回旋水域設計底標高為-13.3m，回旋圓直徑取5萬噸級船長2倍，為458m。停泊水域寬度65m，設計底標高-14.1m。

3.結構布置

（1）碼頭離岸式布置，結合地質資料顯示巖面較淺，綜合考慮，碼頭采用重力墩式，結構方案采用沉箱，工作平臺由10 個大沉箱組成，單個沉箱尺寸（長×寬×高）為15.0×18m×16.9 m，重約2470t，2個系纜墩為2個相對較小的沉箱，單個沉箱尺寸（長×寬×高）為12×12×19.4m，沉箱單件重約1845t，拋石基床厚度約為2.0m，邊坡按1：2，持力層為強風化花崗片麻巖層。胸墻高5.5m，前沿胸墻寬3.0m，后沿寬1.8m，上部分別布置級配碎石墊層，水泥穩定碎石和C35混凝土大板面層。工作平臺為了滿足過水率要求，上部結構有兩跨布置跨版，跨度為10.5m，厚度0.8m，為了防止船舶撞擊，面板前沿設置凹進0.5m。工作平臺與系纜墩之間架設兩座鋼引橋，引橋長30m，寬2.5m。胸墻上需要考慮裝卸臂、登船梯、軟管吊和消防炮等大型設備的基礎預埋，碼頭上布置一條連通的排水溝和三個集水池，碼頭上的雨污水經過集水池的收集和預處理，達標后方可進入污水管，排至后方進行統一處理。

工作平臺與港區公共管廊之間通過一座接岸引橋連接，引橋長度為40m，寬12m，頂高程9.0～7.5m。為了避免引橋基礎與管廊基礎之間的碰撞，引橋采用灌注樁基礎，樁徑為Φ1200mm，樁長約30m，共5跨，采用梁板結構，橫梁為倒T型，下橫梁寬2.4m，高1.3m，上橫梁寬1.2m，高1.5m，管廊支墩處縱梁寬1.0m，高1.5m，混凝土C40。

（2）不同噸位的船舶靠岸時由風和水流產生的系纜力，計算結果見表2。此外，不同船舶干弦高度差別較大，靠泊碼頭時所需的系纜高程也有較大不同，為了方便不同噸級船舶系纜，設置兩層系纜結構。450kN系船柱匹配千噸級及以下船舶系纜，布置在高程4.0m處；750KN快速脫纜鉤（一柱雙鉤）布置在高程7.5m處，共布置6個，其中系纜墩各布置一個，工作平臺共布置4個，二者之間通過人行步梯連接。

表2 系纜力計算結果

（3）護舷的水平間距，應保證護舷達到設計壓縮變形量，船舶靠離不會撞到相鄰護舷間的碼頭結構，最大護舷水平間距，千噸級船舶的船首曲率半徑比萬噸級船舶要小的多，經計算小船所需的護舷間距約為25m，5萬噸級油船所需的護舷間距為30m，設計時將護舷間距縮短至25m，碼頭通過合理安排護舷布置，起到防止船舶撞擊主體結構的作用。

（4）船舶產生的撞擊力有兩種，一種是船舶靠岸時在水流作用產生的撞擊力，另一種是系泊船舶在波浪作用下產生的撞擊力。海港碼頭需分別對兩種狀況進行計算，然后按最大值進行橡膠護舷的選取。兩種計算結果分別見表3和表4。

表3 船舶靠岸撞擊能量計算結果

表4 船舶系泊時橫浪作用下產生的撞擊能量計算結果

根據上述計算結果，船舶停泊時橫浪產生的撞擊能量較大，選用SC1450H標準反力型橡膠護舷（兩鼓一板），護舷設計吸能量1192kJ，對應設計最大反力1872kN，滿足要求。護舷安裝底高程為1.5m，頂高程為5.7m。

4.結語

對于靠泊不同船型的大型油品和化學品的碼頭，通過合理布置碼頭，采用一個大的工作平臺和兩個系纜墩，結合重力墩式結構形式，可以滿足裝卸作業要求的同時，還可以提高碼頭的經濟性和實用性。