长江流域（南京以下）高桩码头靠泊能力论证内容的确定

    武明　谭超

    

    

    

    【摘 要】 从航行条件适应度论证、码头附属设施安全性项目核算和码头主体结构安全性项目核算等方面分析超原设计船型高桩码头靠泊能力的论证内容，结合工程实例，介绍高桩码头靠泊能力论证的应用，并提出7万吨级散货船靠离本码头需满足相关限定条件。

    【关键词】 靠泊能力；航行适应度；附属设施；主体结构

    近年来，随着海上运输船舶大型化的发展趋势，超原设计船型在限定条件下靠离泊和生产作业可以在一定程度上缓解当前港口基础设施能力不足与港口生产需要的矛盾，但也给码头设施、船舶和港口生产带来了安全隐患。因此，在保障船舶靠离泊和生产作业安全的前提下，论证在一定限制条件下泊位靠泊能力的适应度十分必要。

    本文将从码头现状、航道条件适应度论证、码头附属设施、码头结构安全性论证等方面，结合工程实例，提出在限定条件下对超原设计船型高桩梁板式码头靠泊能力论证的内容和思路，为港口建设和生产经营的持续发展提供参考依据。

    1 论证内容

    码头靠泊能力论证工作应充分结合码头结构检测结论，全面且详细地分析码头现状、自然条件、通航环境等因素，具体论证内容如下：

    （1）码头检测报告须包括以下内容：①码头位移和变形；②码头桩基；③码头上部结构的强度和耐久性；④附属设施，包括橡胶护舷、系船柱及其固定件；⑤岸坡稳定及接岸结构的完好性。

    （2）详细说明在限定条件下靠泊码头的船舶船型，说明码头原设计船型、现有实际靠泊船型、超原设计等级的靠泊船型。

    （3）论证超原设计船型船舶航行靠泊的适应度，航行条件包括锚地、进出港航道、导助航设施、码头水域及船舶交通组织等因素。

    （4）对码头结构及附属设施安全性验算项目进行核算。根据《码头附属设施技术规范》和有关规定及检测结果，结合实际状况，对泊位长度、码头结构、码头附属设施（系船柱和橡胶护舷）等的安全性验算项目进行核算。

    （5）提出码头靠泊能力等级、船型以及靠离泊时必要的限定条件。

    （6）制订进出港航行靠泊方案。根据港口设施条件、船舶技术状况、气象、潮汐潮流，以及航道、回旋水域、停泊水域、拖船等情况，制订科学、严谨的船舶安全航行和靠离泊方案。

    从船舶安全靠离泊的角度出发，分析船舶靠离泊过程中存在的近、远期的安全隐患，并提出相应的解决办法，最大限度地降低超原设计船型码头在靠泊大型船舶过程中存在的安全隐患。

    2 高桩梁板式码头靠泊能力论证方法及其应用

    2.1 工程概况

    某码头工程地址位于长江下游澄通河段福姜水道左汊北岸中段，从上游至下游依次布置为1万吨级件杂泊位、3万吨级件杂泊位及3万吨级多用途泊位，码头水工结构均按靠泊5万吨级船舶设计建造。原泊位的设计靠泊能力为5万吨级，现欲提升靠泊能力至7万吨级。代表船型尺度见表1。

    码头采用高桩梁板式结构，其中，码头平台长度为587 m，宽度为36 m，平台通过4座引桥与陆域相连。本工程后方陆域纵深606.5 m，占用岸线752 m。该码头于2009年3月建成投产，2011年通过江苏省交通运输厅竣工验收。码头自运行以来，未发生各类碰撞等影响码头结构安全的事故。为此，当地港口行政主管部门出具了无质量安全事故证明。

    根据该工程地质勘察报告，在勘区勘探深度范围内从上至下分布土层依次为：①人工填土；②淤泥质粉质黏土、粉质黏土、粉土、粉砂；③粉细砂、淤泥质粉质黏土、粉土；④粉质黏土、淤泥质粉质黏土、粉土；⑤粉细砂。码头港工建筑物包括码头平台、引桥和变电所平台，其中：码头平台采用高桩梁板式结构，排架间距8 m，每榀排架设9根直径为 mm的预应力离心高强砼管桩；码头上部结构由横梁、靠船构件、前边梁、预应力砼门机轨道梁、纵梁、后边梁、水平撑及叠合面板组成；码头平台面前方设 kN系船柱，考虑有较小船舶靠泊，在 kN系船柱间增设550 kN系船柱；码头平台排架前沿隔跨竖向分别布置两鼓一板SUC1000H标准反力型橡胶护舷和DA-A400H，长度为 mm橡胶护舷，每跨前边梁横向设置1个DA-A300H，长度为 mm橡胶护舷。码头结构见图1。码头顶高程为6.20 m，前沿设计河底高程为 13.70 m。本文高程均以当地理论最低潮面起算。

    根据检测报告：码头的位移和沉降均较小；所抽检的桩身低应变检测结果为桩身完好，均为1类桩；构件砼强度满足设计要求、抗碳化性能良好；码头混凝土构件钢筋保护层厚度满足规范要求。综合评定该码头结构耐久性等级为B级，码头结构使用性等级和安全性等级均为A级。检测结果表明，码头水工建筑物整体基本完好，不影响安全性和整体使用功能，仅部分钢筋砼构件（如码头面层及护轮坎）出现破损、露筋的现象，通过修补加固即可。

    2.2 靠泊能力论证

    2.2.1 航行条件适应度论证

    （1）进出港航道

    本工程位于长江下游福姜沙北水道，海船由长江口外进入港区主要经过长江口航道、宝山水道、浏河水道、白茆沙水道、通洲沙东水道、浏海沙水道、福姜沙南水道、福姜沙北水道抵达本港区。长江口深水航道治理三期工程已于2011年5月通过国家验收，建成的长江口深水航道能满足第三、四代集装箱船和5万吨级船舶（实载吃水≤11.5 m）全潮双向通航的要求，同时兼顾满足第五、六代大型远洋集装箱船和10万吨级满载散货船及20万吨级减载散货船乘潮通过长江口的要求。近期除福姜沙水道外（福姜沙南水道、福姜沙北水道近期的维护水深分别为10.5 m和8 m），其余水道的维护水深均为12.5 m。同时，随着长江（南京以下）12.5 m深水航道二期工程的实施，远期上述水道的维护水深均将达到12.5 m。各水道的航道宽度均不小于200 m。

    （2）航道有效宽度

    本工程的论证船型为7万吨级散货船，其单线航道通航宽度为

    W=A + 2 c（1）

    A=n0 （L sin + B）（2）

    式中：W为航道通航宽度，m；A为航迹带宽度，m；c为船舶与航道底边线间的富余宽度，m，当航速>6 kn时，散货船c=B；n0 为船舶漂移倍数，取1.69； 为风、流压偏角，（€埃 。？€埃籐为设计船长，m；B为设计船宽，m。

    根据计算，航道有效宽度为150 m，因此，本工程所在河段的进出港航道航宽可以满足码头7万吨级船舶的单向通航要求。

    （3）航道水深

    根据《海港总体设计规范》有关条文，航道通航水深确定为

    D0=T + Z0 + Z1 + Z2 + Z3（3）

    式中：D0为航道通航水深，m；T为设计船型满载吃水，m；Z0为船舶航行时船体下沉值，按航速8 kn考虑，取0.50 m；Z1为龙骨下最小富余水深，底质为淤泥土，取0.4 m；Z2为波浪富余深度，风浪夹角取45€埃ǜ卟问鼿4%取0.8 m，则Z2=0.36 m；Z3为船舶装载纵倾富余深度，按散货船考虑，取0.15 m。

    按上述取值计算，本工程7万吨级散货船航行富余水深为1.41 m。7万吨级散货船满载吃水为14.2 m，根据航道水深现状及未来规划，7万吨级船舶须通过减载才能进出港。在现阶段和未来长江（南京以下）12.5 m深水航道开通后，7万吨级散货船通过进出港航道控制吃水计算见表2。

    （4）通航净空分析

    长江口到本港区现有已建的苏通长江公路大桥和在建的沪通铁路长江大桥两座跨江桥梁，其中：苏通长江公路大桥主通航孔按5万吨级集装箱船、5万吨级内河船队单孔双向通航标准进行设计，通航净空宽度不小于891 m，有效宽度内相应通航净空高度不小于62 m，最高设计通航水位4.30 m；沪通铁路长江大桥主跨 m，通航净高62 m。

    本工程河段为内河水域，波浪较小，桥梁通航富余高度值取为2.00 m；在设计最高通航水位时，设计船型空载水线以上至船舶最高固定点高度限值为60 m。

    根据《通航海轮桥梁通航标准》，7万吨级散货船水面线上（空载水线）至船舶最高固定点的最大高度为41.70～47.19 m，因此，本工程7万吨级散货船可安全通过苏通长江公路大桥和沪通铁路长江大桥。

    （5）港池水域

    ①回旋水域尺度。根据《海港总体设计规范》，回旋水域沿水流方向长度为船舶总长的2.5～3.0倍，垂直于水流方向宽度为船舶总长的1.5～2.0倍。原码头回旋水域尺度按2万吨级集装箱船考虑，其回旋水域沿水流方向长度为458 m，垂直水流方向宽度为275 m。本工程的回旋水域沿水流方向长度为570 m，垂直水流方向宽度为342 m。码头前方水域开阔，能够满足船舶掉头的需要。

    ②回旋水域设计河底高程。近期和远期回旋水域的河底高程分别为 10.8 m和 12.5 m。7万吨级散货船在进出港时，船舶吃水须分别减载至9.12 m和10.78 m方可安全靠泊。

    ③停泊水域宽度。根据《海港总体设计规范》，停泊水域宽度为设计船型型宽的2倍。原码头设计停泊水域尺度按2万吨级集装箱船考虑，其停泊水域宽度为56 m；本工程的停泊水域宽度为64.6 m。停泊水域尺度无法满足靠泊需求，停泊水域需进行拓宽。

    ④前沿停泊水域设计河底高程。根据《海港总体设计规范》，码头前沿设计水深为

    D=T + Z1 + Z2 + Z4 + Z5（4）

    式中： D为码头前沿设计水深，m；Z4为船舶因配载不均而增加的艉吃水，m；Z5为备淤富余深度，m。

    那么，码头停泊水域目前的设计河底高程为 11.6 m，7万吨级散货船在进出港时，须将船舶吃水减载至10.88 m方可靠泊作业。

    综合航道、码头前沿停泊水域和回旋水域水深要求可知，7万吨级散货船在低水位进出港时船舶吃水近期需减载至6.4 m，远期需减载至10.8 m。

    （6）码头长度

    现有码头泊位长度为587 m，2艘7万吨级散货船所需泊位长度为531 m，现有码头泊位长度可满足2艘7万吨级散货船同时安全靠离及系缆的需要。

    （7）锚地

    本工程附近为12号海船锚地，锚地尺度为长3 300 m，宽650 m，水深约13 m。该锚地可以满足7万吨级散货船减载候潮、引航、检疫的需要。

    （8）导助航设施

    码头现有导助航设施配置合理、完善，能够满足本工程船舶的航行以及进出港靠离泊的使用要求。

    2.2.2 码头附属设施安全性项目核算

    （1）码头系缆设备

    按设计风速为20.8 m/s（8级风）、流速为2.0 （原设计流速为1.7 m/s，考虑码头前沿河床有一定的冲刷，水流速度适当提高）计算，当风力大于8级时，船舶应离开码头去锚地避风。

    根据《港口工程荷载规范》，系缆力为

    式中：N为系缆力标准值，kN；∑Fx，∑Fy分别为可能同时出现的风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和，kN； K为系船柱受力分布不均匀系数，取1.3； n为计算船舶实际同时受力的系船柱数目； 为系船缆的水平投影与码头前沿线所成夹角，取30€埃？ 为系船缆与水平面之间的夹角，取15€啊？

    核验船舶（7万吨级散货船）系缆力计算结果见表3。

    原码头 kN系船柱可以满足7万吨级散货船的系缆要求。

    （2）码头橡胶护舷

    根据《港口工程荷载规范》，船舶靠岸时的有效撞击能量为

    E0= MV 2（6）

    式中：E0为船舶靠岸时的有效撞击能量，kJ； 为有效动能系数，取0.75；M为船舶质量，t①；V为船舶靠岸法向速度，m/s。

    核验船舶（7万吨级散货船）靠泊最大有效撞击能量计算结果见表4。

    码头平台排架前沿隔跨竖向分别布置的不同标准的橡胶护舷在变形达到52.5%时，吸能量为390 kJ，因此，码头现有的两鼓一板SUC1000H标准反力型橡胶护舷能够满足7万吨级散货船在减载至排水量不大于5万吨级集装箱船满载排水量情况下的靠泊要求。

    2.2.3 码头结构安全核算

    根据码头的使用荷载，复核验算码头结构安全性项目，主要验算内容包括码头平台位移、码头平台及引桥的桩力和桩身弯矩、横梁内力，以及岸坡稳定等，计算结果见表5。

    由表5可知，码头结构的稳定及强度指标均满足7万吨级散货船靠泊作业的规范要求。

    3 超原设计船型船舶靠泊的限定条件

    7万吨级散货船靠离泊本工程码头需满足相关的限定条件（见表6）。

    当超过5万吨级设计船舶等级，靠泊7万吨级散货船时，应按表6中有关靠泊作业限制条件加以控制。尤其需要注意控制船舶荷载，须经减载至近期吃水不大于6.4 m、远期吃水不大于10.8 m方能安全靠泊。

    4 结 语

    本文简述了提升高桩梁板式码头靠泊能力的论证内容，结合工程实例，着重从航行条件适应度、码头附属设施、主体结构安全性等方面论述靠泊能力论证的应用，并提出了超原设计船型船舶靠泊的限定条件：

    （1）综合分析航道、码头前沿停泊水域、船舶回旋水域、泊位长度、航道、锚地、导助航设施等制约条件，拟靠泊的控制船型为减载情况下的7万吨级散货船。

    （2）在一定限定条件下，码头系船柱和橡胶护舷能满足7万吨级散货船系靠泊要求。

    （3）按7万吨级散货船作业分析核算，原码头岸坡、桩力及上部主要构件的结构强度和承载力均满足港口工程现行有关规范的要求。