马钢港务原料总厂码头结构加固改造工程设计

    武明　徐俊杰

    【摘 要】 在分析马钢港务原料总厂原码头结构体系的基础上，结合水位、水流、地质等自然条件，对设计船型、泊位长度、码头宽度、系靠泊点布置及码头前沿水深等总平面布置进行剖析，选择通过在排架跨中增设系靠船墩以独立承受船舶荷载的方案设计水工建筑物。该码头改造方案利用原有码头资源，既保证码头平稳生产，又节省工程投资。

    【关键词】 系靠船墩；码头泊位；设计水深；局部改造

    1 工程概况

    马钢港务有限公司原料总厂码头位于长江下游马鞍山河段小黄洲右汊，马鞍山外贸码头下游。码头原建设规模为3个吨级散货船进口泊位，设计年通过能力为297万t。设计靠泊船型为吨级分节驳，船型尺度为长81 m，宽20 m，型深5 m，吃水4 m。原工程于1990年11月开工建设，1992年9月竣工验收并投产。

    原码头水工建筑物主要包括前方平台、后方皮带机栈桥、引桥及变电所平台等，其中，前方平台长287.7 m，宽18 m。前方平台采用桁架式高桩梁板结构，排架间距为7 m，共42榀，排架基础采用600 €？600预应力砼空心方桩，每榀排架共5根，包括1对叉桩和3根直桩。码头平台上部由横梁、桩帽、轨道梁、系船梁、联系撑、面板及靠船构件等结构组成。平台前方设有300 kN系船柱，排架前沿设有D500H型橡胶护舷。

    该码头目前靠泊能力偏低，不能满足航运市场船型发展的需求，岸线利用率较低、运营成本高等矛盾相对突出。为保证港口安全，适应企业发展需要和到港船舶大型化发展的趋势，马钢集团拟对该码头进行加固改造，以满足停靠2万吨级散货船的需求。

    2 自然条件

    2.1 水位、水流

    本工程设计水位（以吴淞零点为基准）如下：设计高水位（重现期50年的洪水位值） 11.34 m；设计低水位（当地航行基准面） 2.15 m。

    设计最大流速为2 m/s。

    2.2 地 质

    根据《安徽马鞍山钢铁公司原料进口码头工程地质勘察报告》（施工图设计阶段勘察），码头区域地层从上到下依次分布为块石、人工填土、淤泥质亚黏土及淤泥质黏土、亚黏土及黏土、粉细砂、中粗砂、砾砂、圆砾、卵石、强风化长石石英砂岩和长石石英砂岩。粉细砂遍布勘区，所处标高多为 4.0～ 41.0 m，呈灰―深灰色，层间局部夹黏性土或中砂；上部呈松散状态，贯入击数N为3～10；中下部呈中密―密实状态，贯入击数N为15～60，平均干燥休止角Qc=35.5€埃骄滦葜菇荙m=31.3€埃貌闵鹾瘢敛懔ρ灾视燃眩勺魑至Σ恪？

    3 总平面布置

    3.1 设计船型

    本工程码头结构加固改造设计船型见表1。

    表1 改造设计船型

    3.2 泊位长度

    根据交通运输部发布的《海港总平面设计规范》，本码头长度287.7 m，可满足2万吨级散货船靠泊，典型船型组合泊位长度为

    Lb=d1+L1+d1+L2+d2（1）

    式中：Lb为泊位长度，m；L1，L2为设计代表船型船长，m；d1，d2为泊位富余长度，m。

    经计算，现有码头可以同时靠泊1艘2万吨级散货船及1艘1 000吨级江海直达货船，或同时靠泊1艘1万吨级散货船及1艘5 000吨级江海直达货船。

    3.3 码头宽度

    本次设计改造对原码头平面布置、装卸工艺及水、电、现有码头宽度（18 m）均保持不变。

    3.4 系靠泊点布置

    船舶的系靠泊点布置取决于港口所在地的自然条件、码头布置方式及拟靠泊船舶的尺度大小等因素。

    根据原码头泊位长度及排架间距，考虑布置1个2万吨级泊位和1个吨级泊位或1个1万吨级泊位和1个吨级泊位，系靠泊点的间距设置为21 m和28 m。

    3.5 码头前沿水深

    码头前沿设计河底高程为设计低水位（2.15 m）与码头前沿设计水深D之间的差值。

    经计算，当2万吨级散货船满载靠泊时，泊位前沿设计水深需为11.2 m，码头前沿设计河底高程应为 9.05 m。由于原码头岸坡进行抛石支护，且受码头结构限制，不能开挖竣深，因此，为确保安全，对本次改造的前沿港池不予疏竣，设计河底高程维持 3.80 m不变，改造船型需视水深情况选择中洪水位时进行靠泊，靠泊作业水位见表2。

    表2 船舶靠泊作业水位m

    以上船型可在不低于靠泊作业水位的情况下满载靠泊本码头。

    4 水工建筑物

    4.1 改造思路

    水工建筑物设计主要研究已建码头主体设施的受力特点和新增设施与原结构的关系问题。根据总平面布置，结合码头已建设施的要求，改造思路分为2种：一种是新增设施与原结构有效结合，共同承受新的船舶荷载；另一种是新增设施与原结构分开，由新增设施独立承受船舶荷载。本工程原码头自1992年竣工并投产以来，迄今已使用20多年，加之当时设计的构件结构均较为单薄、经济，因此，本工程改造的思路采用第二种，即在2个排架中间新增系靠船墩，新增系靠墩与原结构分开，独立承受船舶荷载。原结构的荷载与原设计保持不变，改造设计主要验算新增系靠船墩的受力情况。

    4.2 设计荷载

    新增系靠船墩的设计荷载主要包括恒载（即系靠船墩结构自重）和船舶荷载。根据设计船型，按照《港口工程荷载规范》，计算船舶系缆力、撞击力及挤靠力等船舶荷载。

    经计算，新增系靠船墩的附属设施选用SUC 1000H低反力型鼓形护舷和650 kN系船柱。

    4.3 水工结构设计

    新增系靠船墩布置于码头平台下方、排架跨中，平面尺度为7€？.2 m，中心间距21 m或28 m。墩台基础采用6根直径1 200 mm钢管桩，且均为直桩。在墩台施工前，应拆除原码头平台相应位置的上部结构后沉桩并浇筑墩台。系靠船墩中间为靠船肋柱，肋柱高5 m，柱顶沿伸至码头面，肋柱前沿及靠船构件上设置SUC 1000H低反力型橡胶护舷，肋柱及系靠船墩顶面分层设置650 kN系船柱。在墩台施工完成后，恢复拆除的上部结构。改造后码头结构断面见图1。

    4.3.1 设计要点

    新增系靠船墩采用全直桩方案，有利于施工，同时也避免了与原结构桩基的碰桩问题。由于原码头设置2层系缆平台，新增结构也对此进行了保留。新增系靠船墩的前沿线与原结构保持一致，由于新设的SUC 1000H鼓形护舷高度比原有的D500H型橡胶护舷高出约80 cm，在船舶靠泊时不易碰触原结构。本工程改造拆除范围较小，原结构几乎不受影响。

    4.3.2 计算结果

    系靠船墩结构计算采用通用有限元计算软件ROBOT按空间结构进行计算，计算结果见表3。

    通过计算，桩基内力满足桩基承载力设计值的要求。

    5 结 语

    老码头结构加固改造是当前及未来一段时间内的重要课题。在设计时须考虑的因素较多，既要考虑拟靠泊船舶的系靠泊要求，还要考虑原结构的承受范围。本次设计改造范围小，充分利用了岸线资源，同时也保证了码头的平稳生产。

    本次设计在分析原码头结构体系的基础上，选择通过在排架跨中增设系靠船墩以独立承受船舶荷载的改造方案。原码头结构承受荷载不变，拆除范围也较小，原码头的各项基本功能得到保留。这是对老旧码头结构改造的一种思路，可供同类工程参考。

    【摘 要】 在分析马钢港务原料总厂原码头结构体系的基础上，结合水位、水流、地质等自然条件，对设计船型、泊位长度、码头宽度、系靠泊点布置及码头前沿水深等总平面布置进行剖析，选择通过在排架跨中增设系靠船墩以独立承受船舶荷载的方案设计水工建筑物。该码头改造方案利用原有码头资源，既保证码头平稳生产，又节省工程投资。

    【关键词】 系靠船墩；码头泊位；设计水深；局部改造

    1 工程概况

    马钢港务有限公司原料总厂码头位于长江下游马鞍山河段小黄洲右汊，马鞍山外贸码头下游。码头原建设规模为3个吨级散货船进口泊位，设计年通过能力为297万t。设计靠泊船型为吨级分节驳，船型尺度为长81 m，宽20 m，型深5 m，吃水4 m。原工程于1990年11月开工建设，1992年9月竣工验收并投产。

    原码头水工建筑物主要包括前方平台、后方皮带机栈桥、引桥及变电所平台等，其中，前方平台长287.7 m，宽18 m。前方平台采用桁架式高桩梁板结构，排架间距为7 m，共42榀，排架基础采用600 €？600预应力砼空心方桩，每榀排架共5根，包括1对叉桩和3根直桩。码头平台上部由横梁、桩帽、轨道梁、系船梁、联系撑、面板及靠船构件等结构组成。平台前方设有300 kN系船柱，排架前沿设有D500H型橡胶护舷。

    该码头目前靠泊能力偏低，不能满足航运市场船型发展的需求，岸线利用率较低、运营成本高等矛盾相对突出。为保证港口安全，适应企业发展需要和到港船舶大型化发展的趋势，马钢集团拟对该码头进行加固改造，以满足停靠2万吨级散货船的需求。

    2 自然条件

    2.1 水位、水流

    本工程设计水位（以吴淞零点为基准）如下：设计高水位（重现期50年的洪水位值） 11.34 m；设计低水位（当地航行基准面） 2.15 m。

    设计最大流速为2 m/s。

    2.2 地 质

    根据《安徽马鞍山钢铁公司原料进口码头工程地质勘察报告》（施工图设计阶段勘察），码头区域地层从上到下依次分布为块石、人工填土、淤泥质亚黏土及淤泥质黏土、亚黏土及黏土、粉细砂、中粗砂、砾砂、圆砾、卵石、强风化长石石英砂岩和长石石英砂岩。粉细砂遍布勘区，所处标高多为 4.0～ 41.0 m，呈灰―深灰色，层间局部夹黏性土或中砂；上部呈松散状态，贯入击数N为3～10；中下部呈中密―密实状态，贯入击数N为15～60，平均干燥休止角Qc=35.5€埃骄滦葜菇荙m=31.3€埃貌闵鹾瘢敛懔ρ灾视燃眩勺魑至Σ恪？

    3 总平面布置

    3.1 设计船型

    本工程码头结构加固改造设计船型见表1。

    表1 改造设计船型

    3.2 泊位长度

    根据交通运输部发布的《海港总平面设计规范》，本码头长度287.7 m，可满足2万吨级散货船靠泊，典型船型组合泊位长度为

    Lb=d1+L1+d1+L2+d2（1）

    式中：Lb为泊位长度，m；L1，L2为设计代表船型船长，m；d1，d2为泊位富余长度，m。

    经计算，现有码头可以同时靠泊1艘2万吨级散货船及1艘1 000吨级江海直达货船，或同时靠泊1艘1万吨级散货船及1艘5 000吨级江海直达货船。

    3.3 码头宽度

    本次设计改造对原码头平面布置、装卸工艺及水、电、现有码头宽度（18 m）均保持不变。

    3.4 系靠泊点布置

    船舶的系靠泊点布置取决于港口所在地的自然条件、码头布置方式及拟靠泊船舶的尺度大小等因素。

    根据原码头泊位长度及排架间距，考虑布置1个2万吨级泊位和1个吨级泊位或1个1万吨级泊位和1个吨级泊位，系靠泊点的间距设置为21 m和28 m。

    3.5 码头前沿水深

    码头前沿设计河底高程为设计低水位（2.15 m）与码头前沿设计水深D之间的差值。

    经计算，当2万吨级散货船满载靠泊时，泊位前沿设计水深需为11.2 m，码头前沿设计河底高程应为 9.05 m。由于原码头岸坡进行抛石支护，且受码头结构限制，不能开挖竣深，因此，为确保安全，对本次改造的前沿港池不予疏竣，设计河底高程维持 3.80 m不变，改造船型需视水深情况选择中洪水位时进行靠泊，靠泊作业水位见表2。

    表2 船舶靠泊作业水位m

    以上船型可在不低于靠泊作业水位的情况下满载靠泊本码头。

    4 水工建筑物

    4.1 改造思路

    水工建筑物设计主要研究已建码头主体设施的受力特点和新增设施与原结构的关系问题。根据总平面布置，结合码头已建设施的要求，改造思路分为2种：一种是新增设施与原结构有效结合，共同承受新的船舶荷载；另一种是新增设施与原结构分开，由新增设施独立承受船舶荷载。本工程原码头自1992年竣工并投产以来，迄今已使用20多年，加之当时设计的构件结构均较为单薄、经济，因此，本工程改造的思路采用第二种，即在2个排架中间新增系靠船墩，新增系靠墩与原结构分开，独立承受船舶荷载。原结构的荷载与原设计保持不变，改造设计主要验算新增系靠船墩的受力情况。

    4.2 设计荷载

    新增系靠船墩的设计荷载主要包括恒载（即系靠船墩结构自重）和船舶荷载。根据设计船型，按照《港口工程荷载规范》，计算船舶系缆力、撞击力及挤靠力等船舶荷载。

    经计算，新增系靠船墩的附属设施选用SUC 1000H低反力型鼓形护舷和650 kN系船柱。

    4.3 水工结构设计

    新增系靠船墩布置于码头平台下方、排架跨中，平面尺度为7€？.2 m，中心间距21 m或28 m。墩台基础采用6根直径1 200 mm钢管桩，且均为直桩。在墩台施工前，应拆除原码头平台相应位置的上部结构后沉桩并浇筑墩台。系靠船墩中间为靠船肋柱，肋柱高5 m，柱顶沿伸至码头面，肋柱前沿及靠船构件上设置SUC 1000H低反力型橡胶护舷，肋柱及系靠船墩顶面分层设置650 kN系船柱。在墩台施工完成后，恢复拆除的上部结构。改造后码头结构断面见图1。

    4.3.1 设计要点

    新增系靠船墩采用全直桩方案，有利于施工，同时也避免了与原结构桩基的碰桩问题。由于原码头设置2层系缆平台，新增结构也对此进行了保留。新增系靠船墩的前沿线与原结构保持一致，由于新设的SUC 1000H鼓形护舷高度比原有的D500H型橡胶护舷高出约80 cm，在船舶靠泊时不易碰触原结构。本工程改造拆除范围较小，原结构几乎不受影响。

    4.3.2 计算结果

    系靠船墩结构计算采用通用有限元计算软件ROBOT按空间结构进行计算，计算结果见表3。

    通过计算，桩基内力满足桩基承载力设计值的要求。

    5 结 语

    老码头结构加固改造是当前及未来一段时间内的重要课题。在设计时须考虑的因素较多，既要考虑拟靠泊船舶的系靠泊要求，还要考虑原结构的承受范围。本次设计改造范围小，充分利用了岸线资源，同时也保证了码头的平稳生产。

    本次设计在分析原码头结构体系的基础上，选择通过在排架跨中增设系靠船墩以独立承受船舶荷载的改造方案。原码头结构承受荷载不变，拆除范围也较小，原码头的各项基本功能得到保留。这是对老旧码头结构改造的一种思路，可供同类工程参考。

    【摘 要】 在分析马钢港务原料总厂原码头结构体系的基础上，结合水位、水流、地质等自然条件，对设计船型、泊位长度、码头宽度、系靠泊点布置及码头前沿水深等总平面布置进行剖析，选择通过在排架跨中增设系靠船墩以独立承受船舶荷载的方案设计水工建筑物。该码头改造方案利用原有码头资源，既保证码头平稳生产，又节省工程投资。

    【关键词】 系靠船墩；码头泊位；设计水深；局部改造

    1 工程概况

    马钢港务有限公司原料总厂码头位于长江下游马鞍山河段小黄洲右汊，马鞍山外贸码头下游。码头原建设规模为3个吨级散货船进口泊位，设计年通过能力为297万t。设计靠泊船型为吨级分节驳，船型尺度为长81 m，宽20 m，型深5 m，吃水4 m。原工程于1990年11月开工建设，1992年9月竣工验收并投产。

    原码头水工建筑物主要包括前方平台、后方皮带机栈桥、引桥及变电所平台等，其中，前方平台长287.7 m，宽18 m。前方平台采用桁架式高桩梁板结构，排架间距为7 m，共42榀，排架基础采用600 €？600预应力砼空心方桩，每榀排架共5根，包括1对叉桩和3根直桩。码头平台上部由横梁、桩帽、轨道梁、系船梁、联系撑、面板及靠船构件等结构组成。平台前方设有300 kN系船柱，排架前沿设有D500H型橡胶护舷。

    该码头目前靠泊能力偏低，不能满足航运市场船型发展的需求，岸线利用率较低、运营成本高等矛盾相对突出。为保证港口安全，适应企业发展需要和到港船舶大型化发展的趋势，马钢集团拟对该码头进行加固改造，以满足停靠2万吨级散货船的需求。

    2 自然条件

    2.1 水位、水流

    本工程设计水位（以吴淞零点为基准）如下：设计高水位（重现期50年的洪水位值） 11.34 m；设计低水位（当地航行基准面） 2.15 m。

    设计最大流速为2 m/s。

    2.2 地 质

    根据《安徽马鞍山钢铁公司原料进口码头工程地质勘察报告》（施工图设计阶段勘察），码头区域地层从上到下依次分布为块石、人工填土、淤泥质亚黏土及淤泥质黏土、亚黏土及黏土、粉细砂、中粗砂、砾砂、圆砾、卵石、强风化长石石英砂岩和长石石英砂岩。粉细砂遍布勘区，所处标高多为 4.0～ 41.0 m，呈灰―深灰色，层间局部夹黏性土或中砂；上部呈松散状态，贯入击数N为3～10；中下部呈中密―密实状态，贯入击数N为15～60，平均干燥休止角Qc=35.5€埃骄滦葜菇荙m=31.3€埃貌闵鹾瘢敛懔ρ灾视燃眩勺魑至Σ恪？

    3 总平面布置

    3.1 设计船型

    本工程码头结构加固改造设计船型见表1。

    表1 改造设计船型

    3.2 泊位长度

    根据交通运输部发布的《海港总平面设计规范》，本码头长度287.7 m，可满足2万吨级散货船靠泊，典型船型组合泊位长度为

    Lb=d1+L1+d1+L2+d2（1）

    式中：Lb为泊位长度，m；L1，L2为设计代表船型船长，m；d1，d2为泊位富余长度，m。

    经计算，现有码头可以同时靠泊1艘2万吨级散货船及1艘1 000吨级江海直达货船，或同时靠泊1艘1万吨级散货船及1艘5 000吨级江海直达货船。

    3.3 码头宽度

    本次设计改造对原码头平面布置、装卸工艺及水、电、现有码头宽度（18 m）均保持不变。

    3.4 系靠泊点布置

    船舶的系靠泊点布置取决于港口所在地的自然条件、码头布置方式及拟靠泊船舶的尺度大小等因素。

    根据原码头泊位长度及排架间距，考虑布置1个2万吨级泊位和1个吨级泊位或1个1万吨级泊位和1个吨级泊位，系靠泊点的间距设置为21 m和28 m。

    3.5 码头前沿水深

    码头前沿设计河底高程为设计低水位（2.15 m）与码头前沿设计水深D之间的差值。

    经计算，当2万吨级散货船满载靠泊时，泊位前沿设计水深需为11.2 m，码头前沿设计河底高程应为 9.05 m。由于原码头岸坡进行抛石支护，且受码头结构限制，不能开挖竣深，因此，为确保安全，对本次改造的前沿港池不予疏竣，设计河底高程维持 3.80 m不变，改造船型需视水深情况选择中洪水位时进行靠泊，靠泊作业水位见表2。

    表2 船舶靠泊作业水位m

    以上船型可在不低于靠泊作业水位的情况下满载靠泊本码头。

    4 水工建筑物

    4.1 改造思路

    水工建筑物设计主要研究已建码头主体设施的受力特点和新增设施与原结构的关系问题。根据总平面布置，结合码头已建设施的要求，改造思路分为2种：一种是新增设施与原结构有效结合，共同承受新的船舶荷载；另一种是新增设施与原结构分开，由新增设施独立承受船舶荷载。本工程原码头自1992年竣工并投产以来，迄今已使用20多年，加之当时设计的构件结构均较为单薄、经济，因此，本工程改造的思路采用第二种，即在2个排架中间新增系靠船墩，新增系靠墩与原结构分开，独立承受船舶荷载。原结构的荷载与原设计保持不变，改造设计主要验算新增系靠船墩的受力情况。

    4.2 设计荷载

    新增系靠船墩的设计荷载主要包括恒载（即系靠船墩结构自重）和船舶荷载。根据设计船型，按照《港口工程荷载规范》，计算船舶系缆力、撞击力及挤靠力等船舶荷载。

    经计算，新增系靠船墩的附属设施选用SUC 1000H低反力型鼓形护舷和650 kN系船柱。

    4.3 水工结构设计

    新增系靠船墩布置于码头平台下方、排架跨中，平面尺度为7€？.2 m，中心间距21 m或28 m。墩台基础采用6根直径1 200 mm钢管桩，且均为直桩。在墩台施工前，应拆除原码头平台相应位置的上部结构后沉桩并浇筑墩台。系靠船墩中间为靠船肋柱，肋柱高5 m，柱顶沿伸至码头面，肋柱前沿及靠船构件上设置SUC 1000H低反力型橡胶护舷，肋柱及系靠船墩顶面分层设置650 kN系船柱。在墩台施工完成后，恢复拆除的上部结构。改造后码头结构断面见图1。

    4.3.1 设计要点

    新增系靠船墩采用全直桩方案，有利于施工，同时也避免了与原结构桩基的碰桩问题。由于原码头设置2层系缆平台，新增结构也对此进行了保留。新增系靠船墩的前沿线与原结构保持一致，由于新设的SUC 1000H鼓形护舷高度比原有的D500H型橡胶护舷高出约80 cm，在船舶靠泊时不易碰触原结构。本工程改造拆除范围较小，原结构几乎不受影响。

    4.3.2 计算结果

    系靠船墩结构计算采用通用有限元计算软件ROBOT按空间结构进行计算，计算结果见表3。

    通过计算，桩基内力满足桩基承载力设计值的要求。

    5 结 语

    老码头结构加固改造是当前及未来一段时间内的重要课题。在设计时须考虑的因素较多，既要考虑拟靠泊船舶的系靠泊要求，还要考虑原结构的承受范围。本次设计改造范围小，充分利用了岸线资源，同时也保证了码头的平稳生产。

    本次设计在分析原码头结构体系的基础上，选择通过在排架跨中增设系靠船墩以独立承受船舶荷载的改造方案。原码头结构承受荷载不变，拆除范围也较小，原码头的各项基本功能得到保留。这是对老旧码头结构改造的一种思路，可供同类工程参考。