穆毅斌，孟祥宇

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津300222）

1 工程概況

中國(guó)石油天然氣股份有限公司和委內(nèi)瑞拉國(guó)家石油公司共同簽訂了“石化2×107t/a 重質(zhì)原油加工工程”的重要合資項(xiàng)目。項(xiàng)目基地定在東部沿海石碑山的燈塔以東的海域位置，在該地同時(shí)也建設(shè)有與煉廠配套的原油碼頭工程，通過(guò)海上大跨度鋼引橋?qū)⒔有兜脑洼斔椭陵懹虻脑椭修D(zhuǎn)庫(kù)，然后再經(jīng)過(guò)陸上管道，最后通過(guò)煉廠對(duì)其進(jìn)行接收處理【1】。

采用離岸式總平面布置的方式對(duì)該3×105t 級(jí)原油碼頭進(jìn)行相關(guān)布置，碼頭的前沿位置距離海岸之間長(zhǎng)度約有1.8km，采用長(zhǎng)度約為2.3km、寬度約為8.5m 的折拐形鋼引橋?qū)㈥懹蚝痛a頭連接起來(lái)。鋼引橋沿線海床水深范圍為：-21.5～-10.0m（近岸第一墩水深-10.0m，原油碼頭水深-21.5m）。因海床地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間均存在著差異和不相同，相應(yīng)的所采用的鋼引橋沿線橋墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)也各不同，對(duì)于與陸域相連且靠近覆蓋層很薄的鋼引橋段的12個(gè)橋墩基礎(chǔ)，當(dāng)所選的結(jié)構(gòu)為新型重力墩式結(jié)構(gòu)時(shí)，相應(yīng)的巖石埋深較深地段應(yīng)該選用常規(guī)鋼管樁結(jié)構(gòu)。標(biāo)準(zhǔn)段凈跨為108m 的鋼引橋，中心距為123m 的橋墩。

2 開(kāi)敞式碼頭平面布置的主要形式

2.1 常規(guī)的開(kāi)敞式泊位

與常規(guī)泊位相比，當(dāng)前使用的開(kāi)敞式泊位主要改進(jìn)是采用橡膠護(hù)舷以及用尼龍制的纜繩作為輔助，有利于更好地承受縱向力和有效地適應(yīng)當(dāng)?shù)氐暮^(qū)及波向。對(duì)于整體的泊位來(lái)講，?？看皶r(shí)碼頭兩側(cè)是相對(duì)經(jīng)濟(jì)和性價(jià)比較高的選擇區(qū)域。

2.2 “蝶”形的開(kāi)敞式泊位

在具體的結(jié)構(gòu)布局中，纜繩的長(zhǎng)度不夠使得其在抵御反向力方面比較弱。對(duì)此，開(kāi)敞式泊位的形狀可以采用“蝶”形，其對(duì)于系統(tǒng)角度的調(diào)整可以更加有效，與此同時(shí)，對(duì)于纜繩受力的情況也能夠得到改善。通過(guò)這種布局情況，在波浪周期較長(zhǎng)以及主波方向不明確等復(fù)雜水流條件的地方，船舶運(yùn)動(dòng)時(shí)能夠更加有效地提高適應(yīng)能力。從結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，?？吭谝粋?cè)的時(shí)候，對(duì)于船舶本身更加合理。其具體的形狀結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 “蝶”形的開(kāi)敞式泊位

2.3 浮筒系泊的開(kāi)敞式泊位

為了更好地在波浪的撞擊下對(duì)能量進(jìn)行吸收或釋放，當(dāng)波浪往復(fù)周期較長(zhǎng)且相對(duì)較高時(shí)，需要將護(hù)舷和尼龍纜繩的長(zhǎng)度延長(zhǎng)。但在橫浪較大的情況下，這種被動(dòng)的抗外力措施并不能有效地控制和抵抗系泊船舶的撞擊。因此，系泊浮筒的設(shè)置是相當(dāng)重要的，其使得運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的碰撞得到有效的避讓，便于形成兼有浮筒系泊的開(kāi)敞式泊位。其具體的形狀結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 浮筒系泊的開(kāi)敞式泊位

2.4 多方位的開(kāi)敞式泊位

船舶本身就有對(duì)波浪的抵御能力，要想充分發(fā)揮這種能力，需要以季節(jié)性的波浪變化為基礎(chǔ)，對(duì)于停靠船舶的碼頭位置進(jìn)行合理的調(diào)整，以便對(duì)碼頭的作業(yè)天數(shù)進(jìn)行增加。在設(shè)計(jì)開(kāi)敞式碼頭時(shí)，主要根據(jù)主波向直接作用于碼頭結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)波浪要素，對(duì)其設(shè)計(jì)的高水位以上的波面高度進(jìn)行必要的計(jì)算。碼頭上部結(jié)構(gòu)的承載能力決定了其設(shè)計(jì)高度，一般情況下，開(kāi)敞式碼頭面高程設(shè)計(jì)相對(duì)高一些，墩柱式是其主要結(jié)構(gòu)。通常情況下，開(kāi)敞式碼頭設(shè)計(jì)在離海岸較遠(yuǎn)的地方，所以，針對(duì)后方的港區(qū)高程、調(diào)節(jié)和連接碼頭面高程時(shí)可以通過(guò)棧橋來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 開(kāi)敞式碼頭軸線方位的選擇

3.1 開(kāi)敞式碼頭軸線方位的含義

進(jìn)行碼頭軸線的方位選擇時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向、水流數(shù)據(jù)以及波浪方向，碼頭的軸線水流應(yīng)該始終和風(fēng)浪的方向保持相同。如果不相同，則應(yīng)該以船舶自身的特征及系泊停靠作為參考標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該過(guò)程中的關(guān)鍵因素、次要因素、關(guān)鍵控制、次要控制進(jìn)行判斷。

3.2 開(kāi)敞式碼頭方位選擇的要素

在開(kāi)敞式碼頭?？看暗倪^(guò)程中，要充分考慮到船舶?？康淖饔昧σ约胺稚⒉ɡ怂鞯纫蛩?。在碼頭的選擇過(guò)程中，波浪水流以及當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向分析是非常必要的。設(shè)計(jì)布局碼頭時(shí)，順風(fēng)、順流、順浪都應(yīng)當(dāng)滿足。需注意的是，對(duì)于這些因素的影響都要提前預(yù)想到，并做好防范工作。

對(duì)于碼頭軸線選擇，需要著重考慮碼頭的整體布局、航道以及棧橋等因素，達(dá)到效益最大化。

3.3 開(kāi)敞式碼頭方位選擇中分析波浪方法的應(yīng)用

具體有以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

1）根據(jù)深水測(cè)波，以不同的周期及方向推測(cè)碼頭建立處的大體數(shù)據(jù)，并根據(jù)所得數(shù)據(jù)繪制波玫瑰圖。

2）以波玫瑰圖為標(biāo)準(zhǔn)，精確地分類波高值以及泊穩(wěn)標(biāo)準(zhǔn)。波高值的分類具體有：（1）有害波高，這個(gè)值意味著如果不采用特殊的措施，就沒(méi)有辦法保證船舶的正常運(yùn)行；（2）無(wú)害波高，這種波高值指的是在船舶運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中不會(huì)受到任何影響；（3）有影響波高，這種波高值是指在船舶運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中具有控制作用的波高。

3）要想更加方便地計(jì)算和分析，就必須加強(qiáng)船舶受力的方向?qū)ΨQ性，對(duì)波高值影響的不同方向進(jìn)行合并，通?？梢栽O(shè)為8個(gè)方位，以便于分析以及統(tǒng)計(jì)周期。

綜上可得，水流條件是選擇碼頭方向時(shí)必須要考慮的因素。

4 引橋橋墩結(jié)構(gòu)方案比選

對(duì)于波浪較大以及水深很深的工程海域，其海上條件比較惡劣，在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要考慮工程的可行性，必須滿足工程建設(shè)的所需條件，所需設(shè)備以及設(shè)計(jì)方案也尤為重要。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件為僅有很薄的覆蓋層或裸露巖石的地區(qū)，要進(jìn)行重力墩式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且炸礁和平整處理是必不可少的。依據(jù)海域周遭的環(huán)境以及其他因素，透空式高樁墩式結(jié)構(gòu)更為適合。為滿足穩(wěn)樁的要求，一定要考慮地基的設(shè)置。根據(jù)海域情況的整體條件來(lái)看，可以選擇的結(jié)構(gòu)形式一共有4 種，具體做如下分析。

4.1 永久人造地基的高樁墩式結(jié)構(gòu)方案

方案設(shè)計(jì)思路：用碎石對(duì)其進(jìn)行填拋，在設(shè)置橋墩區(qū)域時(shí)建立人造地基，提供穩(wěn)樁條件，保證基樁的穩(wěn)定，從而可以上移基樁鑲嵌的位置，固定基樁鑲嵌的彎矩也能減少，進(jìn)而能夠延長(zhǎng)使用壽命。

人造永久地基是這個(gè)方案最大的優(yōu)勢(shì)，不僅可以上移基樁嵌固點(diǎn)，同時(shí)降低了鋼管樁芯柱嵌巖樁的彎矩，使此方案更具合理性。需注意的是，該方案具有工作量非常大和造價(jià)較高的弊端。

4.2 臨時(shí)穩(wěn)樁結(jié)構(gòu)的高樁墩式結(jié)構(gòu)方案

選用臨時(shí)的袋裝砂結(jié)構(gòu)的穩(wěn)樁結(jié)構(gòu)，在首次進(jìn)行成樁工作以后，對(duì)鋼管樁內(nèi)進(jìn)行鉆孔，同時(shí)進(jìn)行海上接樁工作。隨后進(jìn)行二次打樁，在巖層中植入鋼管樁，最后將混凝土建筑于鋼管樁內(nèi)，同時(shí)，橋墩臺(tái)結(jié)構(gòu)滿足長(zhǎng)度的要求。按照上述步驟形成的方案就是鋼管混凝土復(fù)合樁。

該方案的突出特點(diǎn)為將鋼管樁植入基巖中，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度得到提高，抗震適應(yīng)性也得到了增強(qiáng)。其缺點(diǎn)表現(xiàn)為需海上接樁及二次沉樁，加之因?yàn)殇摴軜兜膬?nèi)徑大于樁底部鉆孔的孔徑，如果植入的是微風(fēng)化或新鮮的巖體時(shí)，會(huì)影響二次沉樁，其沉樁難度增大，增加了海上平臺(tái)搭卸次數(shù)，同時(shí)加大了水上工作量。

4.3 穩(wěn)定塊體的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)方案

本方案是將基樁結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)后使其可以在預(yù)制廠整體加工的鋼管導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，同時(shí)，該鋼管導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)強(qiáng)帶有穩(wěn)定塊體。該方案并未采用碎石或拋填袋裝砂的穩(wěn)樁結(jié)構(gòu)，而是采用浮吊將其安裝在處理平整的基床上，隨后對(duì)平臺(tái)進(jìn)行搭建，進(jìn)而結(jié)束導(dǎo)管架各立柱下的嵌巖樁施工。對(duì)穩(wěn)定塊體和導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離，最終得到帶有穩(wěn)定塊體的導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)。

4.4 新型重力式橋墩結(jié)構(gòu)方案

綜合海域情況和地質(zhì)條件對(duì)其進(jìn)行分析，將重力墩式結(jié)構(gòu)結(jié)合高樁墩式結(jié)構(gòu)，形成新型異形潛式厚底沉箱重力墩式結(jié)構(gòu)。能夠充分發(fā)揮這2 種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，是該結(jié)構(gòu)最突出的優(yōu)點(diǎn)，帶多層橫撐的立柱位于墩體結(jié)構(gòu)上部，受浪面積相對(duì)較小，對(duì)波浪有較好的適應(yīng)性，且具有較好的透浪性，海上安裝比較方便。此外，重力墩式也是其主要的墩體結(jié)構(gòu)，異形潛式厚底沉箱位于其底部，能夠在施工過(guò)程中和后期的使用過(guò)程中為引橋橋墩提供較為穩(wěn)定的性能，滿足結(jié)構(gòu)本體強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)和要求。

新型帶導(dǎo)管架的異形潛式厚底沉箱重力墩式結(jié)構(gòu)具有較大的質(zhì)量，故在對(duì)其進(jìn)行安裝時(shí)應(yīng)考慮應(yīng)用大型的船機(jī)設(shè)備。該方案海上工作量較少，施工的時(shí)長(zhǎng)有保證，且造價(jià)最低、施工風(fēng)險(xiǎn)小。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要分析總結(jié)了開(kāi)敞式碼頭的主要結(jié)構(gòu)形式以及不同結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)，討論了船墩和系纜墩的布局形式和注意問(wèn)題，并總結(jié)了開(kāi)敞式碼頭的經(jīng)濟(jì)效益所囊括的主要內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的確立提出了一些建議。