某港區(qū)泊位碼頭結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)

李文

（江西省港航設(shè)計(jì)院有限公司，江西 南昌 330008）

1 工程概況

某港區(qū)為20世紀(jì)80年代改革開放時(shí)期所建設(shè)的江海聯(lián)運(yùn)港區(qū)，港區(qū)2#～5#萬噸級(jí)泊位主要設(shè)置于大港河?xùn)|側(cè)，自建成運(yùn)營(yíng)以來經(jīng)過數(shù)次技術(shù)改造，當(dāng)前靠泊能力已經(jīng)提升至3 萬噸級(jí)，但仍無法滿足當(dāng)前日益發(fā)展的航運(yùn)靠泊需求。現(xiàn)有2#～5#萬噸級(jí)泊位為連片式碼頭設(shè)計(jì)，碼頭寬28m，碼頭平臺(tái)長(zhǎng)735m，劃分為前后兩個(gè)樁臺(tái)，前后樁臺(tái)排架設(shè)計(jì)間距分別為12m 和10m。碼頭采用高樁梁板式設(shè)計(jì)形式，并以φ1200mm 鋼管樁為基樁；上下層系纜設(shè)施分別為550kN 和150kN 系船柱，靠船設(shè)置則為φ1000mm 圓筒形橡膠護(hù)舷。

考慮到當(dāng)前航運(yùn)規(guī)模的不斷增大，為使該港區(qū)泊位碼頭能適應(yīng)流域河段中轉(zhuǎn)吞吐量快速增長(zhǎng)及到港大型海輪靠泊需求，必須對(duì)其2#～5#萬噸級(jí)泊位碼頭實(shí)施加固改造，使其適應(yīng)5～7 萬噸級(jí)船舶靠泊需要。

2 總平面布置

2.1 船型及泊位布置

該港區(qū)2#～5#萬噸級(jí)泊位設(shè)計(jì)船型具體見表1。

表1 港區(qū)泊位設(shè)計(jì)船型

泊位長(zhǎng)度主要根據(jù)《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS165-2013）所提供的公式確定：

式中：L—泊位設(shè)計(jì)長(zhǎng)度（m）；n—泊位數(shù)（個(gè)）；L—代表性船型設(shè)計(jì)長(zhǎng)度（m）；d—富裕長(zhǎng)度（m）。將該港區(qū)2#～5#萬噸級(jí)泊位相關(guān)參數(shù)代入式（1）便可得出該碼頭平臺(tái)泊位總長(zhǎng)度為735m，這一長(zhǎng)度能滿足1 艘3 萬噸級(jí)散貨船和2 艘7 萬噸級(jí)散貨船停靠需要。

2.2 系靠泊點(diǎn)布置

船舶系靠泊點(diǎn)布置必須綜合考慮港口自然條件、船型、船舶尺寸、碼頭布置等情況。該港口泊位碼頭船舶系靠泊點(diǎn)布置時(shí)必須充分利用岸線資源，考慮5～7 萬噸級(jí)船舶靠泊需求的基礎(chǔ)上靈活配置，盡量控制改造范圍，優(yōu)化系靠泊點(diǎn)數(shù)量。本次改造設(shè)計(jì)按照1 艘5～7 萬噸級(jí)船舶系纜數(shù)量至少6 個(gè)，并按照擬停靠船舶長(zhǎng)度的30%～45%確定靠泊點(diǎn)思路進(jìn)行可行性研究與論證。根據(jù)論證結(jié)果，應(yīng)增設(shè)17 個(gè)新的系靠泊點(diǎn)。

2.3 泊位前沿線

碼頭泊位前沿線布置應(yīng)考慮防洪、航道管理、港口規(guī)劃、河段河勢(shì)、水深、水流、通航安全、港區(qū)營(yíng)運(yùn)模式等條件，該港口泊位碼頭加固改造設(shè)計(jì)建設(shè)單位在充分論證的基礎(chǔ)上提出了大型海輪靠泊碼頭操作方案，指出，大型海輪靠泊碼頭時(shí)應(yīng)借助2 艘總功率5145kW 的輔助拖輪，靠泊角度不超出3°，并按照0.12～0.18m/s的法向速度緩慢平行靠泊于新建靠泊點(diǎn)，靠泊過程中泊位前沿線保持不變。

3 水工建筑物設(shè)計(jì)

結(jié)合該港區(qū)泊位碼頭總平面設(shè)計(jì)，泊位碼頭結(jié)構(gòu)加固改造設(shè)計(jì)前必須研究護(hù)舷、系船柱等已建碼頭設(shè)施受力情況及新增設(shè)施與原結(jié)構(gòu)關(guān)系。

3.1 設(shè)計(jì)荷載

以水工建筑物結(jié)構(gòu)自重為恒載。前方樁臺(tái)碼頭均載及后方樁臺(tái)平臺(tái)均載分別取15kN/m和35kN/m。重量為25t 的門機(jī)基距和規(guī)距均為10.5m，每條門機(jī)腿設(shè)置8 個(gè)轉(zhuǎn)輪，輪距0.765m，各轉(zhuǎn)輪輪壓最大為250kN。根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》（JTS 144-1-2017）及該港區(qū)泊位碼頭設(shè)計(jì)船型（表1），進(jìn)行船舶系纜力、撞擊力和擠靠力等船舶荷載的計(jì)算。碼頭新建系靠泊點(diǎn)附屬設(shè)施主要使用1500kN 系船柱以及2×SUC1250H 型標(biāo)準(zhǔn)反力鼓型護(hù)舷。

3.2 原碼頭結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算

結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算項(xiàng)目主要有碼頭樁頂彎矩、樁力、橫梁內(nèi)力等，以原碼頭結(jié)構(gòu)自質(zhì)量、新船舶荷載及新裝卸設(shè)備荷載等為原碼頭結(jié)構(gòu)復(fù)核驗(yàn)算荷載組合。

復(fù)核驗(yàn)算結(jié)果表明，港區(qū)2#～5#萬噸級(jí)泊位碼頭原結(jié)構(gòu)樁力計(jì)算結(jié)果均比地質(zhì)報(bào)告所得樁基承載力允許值大，表明原結(jié)構(gòu)碼頭樁基抗壓承載力并不滿足泊位碼頭安全運(yùn)行要求。原有樁基采用的是φ1200mm 鋼管樁，但承載能力和抗彎能力均較大，而叉樁僅為一對(duì)，設(shè)計(jì)船型為5～7 萬噸級(jí)，所對(duì)應(yīng)的水平向系纜力、船舶撞擊力等均較大。在原結(jié)構(gòu)下，水平向系纜力、船舶撞擊力均由一對(duì)斜樁承受，樁基內(nèi)力必定無法滿足承載力要求，為此必須進(jìn)行原碼頭結(jié)構(gòu)改造。

3.3 水工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系靠泊點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以采用兩個(gè)方案，方案一為局部改造方案，并利用原結(jié)構(gòu)體系；方案二為新建方案，并由新建結(jié)構(gòu)獨(dú)立承擔(dān)船舶荷載。

（1）方案一：局部改造方案。即結(jié)合總平面系纜布設(shè)及靠泊點(diǎn)布置，在各布置點(diǎn)位處進(jìn)行原結(jié)構(gòu)局部改造，在原排架江端增設(shè)樁基。具體而言，在需要改造的原排架上增設(shè)4 根φ900mm 鋼管樁/榀，而后在其上澆筑節(jié)點(diǎn)，使之與原排架充分結(jié)合成新排架結(jié)構(gòu)。將1500kN 系船柱設(shè)置在新排架結(jié)構(gòu)上方，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)型板鼓橡膠護(hù)舷增設(shè)在前沿，以供船舶系靠。為施工便利，應(yīng)將其左右跨前沿結(jié)構(gòu)拆除。

圖1 方案一局部樁位（單位：mm）

（2）方案二：新建方案。結(jié)合系纜、靠泊點(diǎn)等的平面布置，將獨(dú)立鋼簇樁Ⅰ組設(shè)置于各布點(diǎn)位置。每組鋼簇樁應(yīng)包括3 根φ1700mm 鋼管樁，鋼簇樁內(nèi)灌注混凝土。鋼簇樁之上增設(shè)鋼平臺(tái)及1500kN 系船柱，其前設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)型鼓板橡膠護(hù)舷。該方案直樁于水上施打，為簡(jiǎn)化施工過程，原結(jié)構(gòu)拆除量不大，僅拆除鋼簇樁所在位置跨前沿結(jié)構(gòu)。

兩個(gè)方案的比較詳見表2，通過技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)及經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合比選，該港區(qū)泊位碼頭結(jié)構(gòu)選用方案一，即在原結(jié)構(gòu)體系的基礎(chǔ)上局部改造。

表2 港區(qū)泊位碼頭結(jié)構(gòu)方案比較

依照建設(shè)單位安排，該港區(qū)2#～5#萬噸級(jí)泊位碼頭結(jié)構(gòu)加固改造工作分階段實(shí)施，于2019年先進(jìn)行4#、5#碼頭加固改造，試運(yùn)行2年以來碼頭運(yùn)行情況十分良好。于2021年8月采用同樣設(shè)計(jì)方案進(jìn)行2#～3#泊位碼頭結(jié)構(gòu)加固改造，2021年底改造完成后通過交通運(yùn)輸部水運(yùn)司驗(yàn)收并正式投入運(yùn)營(yíng)。

4 結(jié)論

綜上所述，舊碼頭改造問題是長(zhǎng)江等河段老碼頭運(yùn)營(yíng)過程中所普遍面臨的技術(shù)難題，本研究通過擬停靠船舶系靠泊要求，充分利用岸線資源的基礎(chǔ)上對(duì)改造范圍進(jìn)行優(yōu)化，將舊碼頭改造施工對(duì)碼頭平穩(wěn)生產(chǎn)的不利影響降至最低。河段舊碼頭結(jié)構(gòu)改造過程中，綜合考慮影響碼頭沿線布置的各種可能因素，應(yīng)盡可能維持泊位前沿線原狀。本設(shè)計(jì)所采用的通過增設(shè)樁基并充分利用原結(jié)構(gòu)體系增設(shè)系靠泊點(diǎn)的改造方案，能充分發(fā)揮原基樁結(jié)構(gòu)承載力，減少新增樁基工作量和材料用量，節(jié)省工程量的同時(shí)，能較好滿足擬靠船舶系靠泊要求。本設(shè)計(jì)也為舊碼頭結(jié)構(gòu)改造提供了一種全新思路。