范平易，曹宏生，江世海，錢偉

（1.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210024；2.南京瑞迪建設(shè)科技有限公司，江蘇 南京 210024）

隨著我國水路運輸?shù)陌l(fā)展和航道條件的改善，船舶大型化趨勢明顯。超過原設(shè)計船型在限定條件下靠離泊和生產(chǎn)作業(yè)可以在一定程度上緩解現(xiàn)有港口基礎(chǔ)設(shè)施能力不足與港口生產(chǎn)需要的矛盾，但對碼頭設(shè)施、船舶和港口生產(chǎn)業(yè)帶來了安全隱患[1～2]。為了充分發(fā)揮現(xiàn)有碼頭潛力，緩解港口能力結(jié)構(gòu)不合理的矛盾，保障碼頭作業(yè)及船舶靠泊安全，對碼頭靠泊能力進行論證評估是十分必要的。

本文以鎮(zhèn)江港某散貨碼頭為例，針對論證船型，從碼頭設(shè)施對船舶航行條件的適應(yīng)性和碼頭設(shè)施安全性兩方面進行碼頭靠泊能力論證評估。

1 工程概況

1.1 碼頭概況

碼頭平面采用引橋連片式布置，主要由碼頭平臺及引橋組成。下游原3.5 萬噸級（水工結(jié)構(gòu)按照靠泊5 萬噸級船舶設(shè)計）通用泊位碼頭平臺總長210m，寬28m，通過2 座引橋與后方陸域連接，上游引橋長104.5m、寬17m，下游引橋長115.9m、寬12m。加固改造時利用上游散雜貨泊位一個77m 結(jié)構(gòu)段，按滿載靠泊5 萬噸級散貨船進行加固改造。加固改造后，5 萬噸級泊位長度為287m，并通過了竣工驗收。

碼頭下游側(cè)210m 段范圍內(nèi)，碼頭平臺寬28m，分成3 個結(jié)構(gòu)段（76m+76m+58m）。上游兩個結(jié)構(gòu)段采用高樁梁板結(jié)構(gòu)型式，結(jié)構(gòu)段內(nèi)橫向排架間距為8m，每榀排架設(shè)4 根直樁和2 對叉樁，其中前排5 根樁基采用Φ1000mm 嵌巖鋼管樁，后排3 根樁基采用Φ1000mm 打入鋼管樁，上部結(jié)構(gòu)由橫梁、縱向梁系、迭合面板和靠船構(gòu)件組成。下游一個結(jié)構(gòu)段采用全直樁高樁墩臺結(jié)構(gòu)型式，樁排間距為7.2m，每排設(shè)7 根直樁，其中前沿2 根樁基采用Φ1000mm 嵌巖鋼管樁，后沿5根樁基采用Φ1000mm 鉆孔灌注樁，上部結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆墩臺。碼頭面上設(shè)有1000kN 系船柱11 個，每榀排架前沿設(shè)置DA-A600H 標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護舷。

碼頭上游側(cè)加固改造段77m 范圍內(nèi)，原碼頭平臺寬21m（局部寬23m），采用高樁梁板結(jié)構(gòu)型式，排架間距為8m，樁基采用Φ900mm 灌注型嵌巖樁和Φ800mmPHC 樁，每榀排架設(shè)4 根直樁和1 對叉樁，上部結(jié)構(gòu)由橫梁、縱向梁系、迭合面板和靠船構(gòu)件組成。加固改造在該結(jié)構(gòu)段前沿新增6 處靠船構(gòu)件和1 處艏纜系船柱基礎(chǔ)。新增靠船構(gòu)件處排架之間新增2 根直樁和2 根8:1 斜樁，新增艏纜系船柱基礎(chǔ)處排架之間新增2根8:1 斜樁，新增樁基均采用Φ1000mm 灌注型嵌巖樁，通過墩臺與原碼頭橫梁連接成整體。碼頭新增1500kN艏纜系船柱1 個、1000kN 系船柱2 個及DA-A600H 低反力型橡膠護舷6 處，并將下游軌道向該結(jié)構(gòu)段延伸了約20m。

1.2 碼頭檢測評估情況

根據(jù)碼頭檢測評估報告，碼頭結(jié)構(gòu)檢測情況如下：

（1）根據(jù)碼頭調(diào)查檢測和承載能力復(fù)核結(jié)果，碼頭樁基、軌道梁和橫梁的安全性符合國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，具有足夠的承載能力，碼頭結(jié)構(gòu)安全性評估等級為A。

（2）根據(jù)碼頭調(diào)查檢測及復(fù)核計算結(jié)果，碼頭結(jié)構(gòu)使用性評估等級為A。

（3）碼頭主要構(gòu)件檢測結(jié)果表明，混凝土碳化深度遠小于鋼筋保護層厚度，鋼筋未進入活化狀態(tài)，混凝土構(gòu)件中鋼筋尚未發(fā)生銹蝕，混凝土樁樁身結(jié)構(gòu)完整，鋼管樁腐蝕較輕。碼頭結(jié)構(gòu)及主要構(gòu)件調(diào)查結(jié)果表明，碼頭結(jié)構(gòu)及主要構(gòu)件基本完好，碼頭主要構(gòu)件外觀劣化度等級為A。綜合調(diào)查檢測結(jié)果，碼頭耐久性評估等級為A。

1.3 論證船型

表1 靠泊船型尺度表（單位：m）

2 航行條件適應(yīng)度論證

2.1 進出港航道

碼頭論證船型為7 萬噸級散貨船，屬超大型船舶，從海上經(jīng)長江口深水航道及延伸段進入長江江蘇段深水航道后，途經(jīng)瀏河口—蕩茜閘—龍爪巖—鵝鼻嘴—本碼頭等航段。長江南京以下12.5 米深水航道二期工程于2019年5月20日順利通過竣工驗收，進入正式運行階段。7 萬噸級散貨船需要適當(dāng)減載后到達本碼頭，根據(jù)航道條件論證，7 萬噸級散貨船允許最大吃水為11.5m。

2.2 航道寬度

根據(jù)規(guī)范[3]，單線航道通航寬度為W=A+2c，雙線航道通航寬度為W=2A+b+2c。

2.3 導(dǎo)助航設(shè)施

長江深水航道沿途導(dǎo)助航設(shè)施完善，能夠滿足本碼頭論證船型7 萬噸級散貨船的航行要求。

3 碼頭設(shè)施安全性論證

3.1 泊位長度

根據(jù)規(guī)范[3]，碼頭泊位長度Lb=L+2d，其中，L 為船長，取228m，d 為富裕長度，取25m，Lb=278m。本碼頭現(xiàn)狀泊位長度為287m，能夠滿足?？? 艘7 萬噸級散貨船的要求。

3.2 碼頭前沿水深

碼頭前沿設(shè)計水深D 根據(jù)規(guī)范[3]按下式計算：

其中，T 為設(shè)計船型滿載吃水（m），取論證船型7 萬噸級散貨船允許最大吃水。Z1為龍骨下最小富裕水深，取0.6m；Z2為波浪富裕深度，取0m；Z3為船舶配載不均勻增加的船尾吃水值，取0.15m；Z4為備淤富裕深度，取0.4m。

碼頭前沿設(shè)計底高程=設(shè)計低水位-碼頭前沿設(shè)計水深。本碼頭前沿設(shè)計底高程為-12.6m，設(shè)計低水位為-0.17m。根據(jù)相關(guān)要求，碼頭前沿停泊水域不應(yīng)在原設(shè)計泥面標(biāo)高基礎(chǔ)上進一步浚深，經(jīng)計算，碼頭前沿設(shè)計水深D 為12.43m，各富裕水深（Z1～Z4）總和為1.15m，碼頭前沿水深要求減載靠泊船型7 萬噸級散貨船允許最大吃水T 為11.28m。

3.3 碼頭前沿停泊水域及回旋水域

碼頭前沿停泊水域?qū)挾劝? 倍船寬計算。論證船型型寬為32.3m，碼頭前沿停泊水域?qū)挾葹?4.6m。碼頭前沿停泊水域未占用航行水域，滿足規(guī)范[3]要求。

船舶回旋水域布置在碼頭前方，回旋水域沿水流方向的長度D1取2.5 倍船長，垂直水流方向的寬度D2取1.5 倍船長。對于7 萬噸級散貨船（船長228m），D1為570m、D2為342m。

本碼頭港內(nèi)水域條件良好，前方深水航道有效寬度為500m，碼頭前沿線距離深水航道邊線約為116m。因此，碼頭前方水域條件能夠滿足論證船型靠、離泊作業(yè)時回旋水域要求。

3.4 碼頭結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施分析

3.4.1 設(shè)計荷載

（1）碼頭下游側(cè)210m 段范圍內(nèi)。堆貨荷載：前沿15m 范圍20kN/m2；剩余范圍40kN/m2。裝卸機械荷載：25t-33m 和6t-33m 門機。流動機械荷載：40t 牽引平板掛車、20t 汽車荷載。

（2）碼頭上游側(cè)加固改造段77m 范圍內(nèi)。堆貨荷載：20kN/m2。裝卸機械荷載：350t/h 橋式抓斗卸船機和16t-33m 門機。流動機械荷載：20t 汽車荷載。

3.4.2 系船柱復(fù)核

船舶系纜力標(biāo)準(zhǔn)值按論證船型分別考慮減載和壓載情況下，在風(fēng)荷載和水流力共同作用下進行計算[4]。經(jīng)計算，7 萬噸級散貨船系纜力標(biāo)準(zhǔn)值N=878kN。碼頭前沿共設(shè)有1000kN 系船柱13 個和1500kN 艏纜系船柱1 個，現(xiàn)有系船柱能夠滿足論證船型在限定離泊風(fēng)速為20.7m/s、受力系船柱數(shù)目為6 個的條件下系纜要求。

3.4.3 護舷復(fù)核

船舶撞擊力按論證船型以原設(shè)計船型5 萬噸級散貨船滿載的排水量（最大排水量為78500t）作為允許最大載重的排水量，以及法向靠船速度（不大于0.10m/s）計算船舶撞擊能量，結(jié)合選用的護舷性能和布置計算。

經(jīng)計算，減載靠泊船型7 萬噸級散貨船靠泊時的有效撞擊能量為314kJ?，F(xiàn)狀碼頭前沿設(shè)置DA-A600H 標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護舷和DA-A600H 低反力型橡膠護舷，能夠滿足論證船型在允許最大排水量78500t 和法向靠泊速度不大于0.10m/s 條件下的吸能要求。

3.4.4 碼頭結(jié)構(gòu)內(nèi)力及承載力復(fù)核

根據(jù)規(guī)范[5]，對實際可能在碼頭結(jié)構(gòu)上同時出現(xiàn)的作用，按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，并結(jié)合相應(yīng)的設(shè)計狀況進行組合計算。

經(jīng)計算，碼頭下游側(cè)210m 段范圍內(nèi)上游兩個結(jié)構(gòu)段最大樁力設(shè)計值4079kN，小于單樁垂直承載力4739kN；橫梁最大正彎矩6041kN·m，小于根據(jù)實配鋼筋和混凝土強度計算的橫梁抵抗正彎矩能力10314kN·m；橫梁最大負彎矩3859kN·m，小于根據(jù)實配鋼筋和混凝土強度計算的橫梁抵抗負彎矩能力7538 kN·m；橫梁最大剪力3622 kN，小于根據(jù)實配鋼筋和混凝土強度計算的橫梁抗剪能力4607 kN。其他結(jié)構(gòu)段相應(yīng)計算結(jié)果均滿足規(guī)范及使用要求。

因此，按7 萬噸散貨船減載吃水11.28m，且碼頭前沿設(shè)計河底高程取-12.6m（原設(shè)計5 萬噸級散貨船滿載），在不改變碼頭裝卸工藝及使用荷載的前提下，通過對碼頭樁基及上部結(jié)構(gòu)復(fù)核，碼頭結(jié)構(gòu)滿足論證船舶減載的使用要求。

此外，根據(jù)港口設(shè)施條件狀況及船舶技術(shù)狀況、氣象及航道、停泊水域、拖輪等情況，制定科學(xué)嚴(yán)謹?shù)拇鞍踩叫泻涂侩x泊方案。

4 結(jié)論

本文以鎮(zhèn)江港某高樁碼頭為例，針對論證船型，從碼頭設(shè)施對船舶航行條件的適應(yīng)性和碼頭設(shè)施安全性兩方面進行碼頭靠泊能力論證評估。

在一定的限定條件下，對減載靠泊船型7 萬噸級散貨船，從進出港航道、導(dǎo)助航設(shè)施、碼頭前沿停泊水域尺度、回旋水域等方面進行論證，根據(jù)規(guī)范和有關(guān)規(guī)定對泊位長度、碼頭結(jié)構(gòu)、碼頭附屬設(shè)施（系船柱、護舷）等方面進行核算，在不改變碼頭設(shè)施、裝卸工藝，碼頭前沿停泊水域不在原設(shè)計泥面標(biāo)高基礎(chǔ)上進一步浚深的前提下，復(fù)核結(jié)果符合《<沿海碼頭靠泊能力管理規(guī)定>的實施意見》以及規(guī)范要求，能夠滿足7 萬噸級散貨船減載靠泊的各項要求。