某港區綜合碼頭設計探討

李文

（江西省港航設計院有限公司，江西 南昌 330008）

1 碼頭概況

某港口依托淮河流域水資源優勢，近年來已經發展成為淮河水系重要的水陸中轉集散地以及淮河流域沿線煤炭、建筑材料運輸的區域性港口。港口貨運泊位16 個，且年設計通行能力超百萬噸，但是港口功能較為單一，泊位利用率不高，無法為地方經濟發展提供所必須的貨運條件。自2010年以來港口貨物吞吐量持續下降，主要原因在于港區現有碼頭過于陳舊簡陋，只能為千噸級以下船舶提供泊位，隨著腹地經濟的持續發展及流域航運條件的改善，船舶標準化進程持續推進，亟需對該港口小碼頭泊位進行改擴建，從而提升港口服務腹地經濟的能力。

2 碼頭建設條件

該港口碼頭所處流域屬于暖溫帶半濕潤季風氣候區與亞熱帶濕潤季風氣候區交接地區，年氣溫均值在10～18℃，受梅雨峰期及臺風等的影響，暴雨多發生在每年6～9月，年降水量均值920mm。年風速均值為2.8m/s，且主要為東北風。碼頭擬建河段灘地地上建筑物較多，且在洪水期內，港池位于洪水位以下，不會對河道主槽水流流態及灘地水流流態造成影響。碼頭擬建區域為沖洪積河谷平原地貌，沉積層較厚，主要地層為第四紀晚更新世松散堆積層，根據物理力學性能及巖性特征可進一步劃分為耕土（Q）、粉質粘土（Q）、粉土（Q）、細砂（Q）等亞層。該港口碼頭設計前還必須對流域沿線進入船型進行預測分析，該碼頭建成后到港的船型不只局限于該流域系列船型，還包括300t、500t、1000t、2000t 干散貨船以及30～40TEU 集裝箱船，總長度分別為36～40m、44～45m、53～60m、63～68m、37～44m，船型寬度分別為7m、8.8m、11m、13.8m 及10m，吃水1.7～2.2m、2.0～2.3m、2.7～3.0m、3～3.2m 及2.3～2.8m，其中1000t 干散貨船及30～40TEU 集裝箱船為主要設計船型，而其余為兼顧船型。碼頭的建設必須考慮多種船型系靠停泊作業要求。

3 碼頭設計

3.1 總平面布置

該港口碼頭設置在淮河流域分洪道南側灘地，灘地開挖過程中形成前沿水域，且碼頭前沿線平行于防洪大堤，在設計長度1410m 的碼頭平臺布置20 個1000t 泊位。碼頭前部的停泊水域設計寬度22m，與停泊水域相鄰設置寬度為120m 的回旋水域；按照淮河主航道設計標準進行進港航道設計，即航道底設計寬度60m。通過所設置的6 座15m 寬的引橋連接碼頭平臺和后方道路，并使引橋末端平交于防洪大堤。

3.2 結構方案設計

該碼頭工程所在⑥黏土層硬塑～堅硬，標貫擊數均值取48.6 擊，且分布連續，地質條件良好，能充當樁基持力層。結合地質水文條件及設計要求，為確保不同水位條件下所有船型均能靠泊作業，在方案設計階段主要進行高樁碼頭與躉船浮碼頭等形式的比較。

3．2．1 結構方案一

碼頭平臺為框架式樁基梁板結構設計，平臺長1410m，寬28m，頂面高程29.3m。排架共190 榀，按8m 間距設置，且各榀排架下均設置7 根Φ1000mm鉆孔灌注樁，并在灌注樁頂部現澆聯系橫梁，上澆1000mm×1000mm立柱。碼頭平臺上部主要包括橫縱梁、前后邊梁、軌道梁、船舶?？苛⒅?、面板及磨耗層，并將縱向系靠船梁增設于船舶?？苛⒅g。該碼頭平臺系纜平臺分三層設置，最上面一層系纜平臺主要利用的是碼頭面，其余層系纜平臺則由連續的系靠船梁所構成；第二、三層系纜構件高程為24.4m 和21.4m。350kN 系船柱設置在碼頭平臺前方系梁結構上，排架前還豎向設置有型號為SA400H*2m 的橡膠護舷。共設置15m 寬的引橋6 座，排架間距為16m，并將4 根Φ1000mm 鉆孔灌注樁設置在每榀排架結構下方，排架上為現澆帽梁、預應力空心板等結構。

PHC 管樁多為傳統高樁框架采用，且施工周期短，考慮到本工程擬建碼頭所在流域灘地地面較高，即使非汛期也都位于常水位以上，PHC 樁水上沉樁設備進場存在較大限制，為此采用施工周期較長、對土層變化適應性強、質量控制好、結構安全穩定的鉆孔灌注樁。

3．2．2 結構方案二

該方案與方案一基本相同，主要區別在于碼頭排架間距為7.5m，各榀排架下均設置8根Φ800mmPHC管樁，其中2 根為叉樁，6 根為直樁。

3．2．3 結構方案三

以長×寬×型深為45m×12m×2.2m 的錨鏈定位鋼制躉船為碼頭，開攏錨和躉船形成45°夾角，而引領水錨則平行于躉船縱向軸線，躉船拋錨也不對直立式碼頭靠船造成影響。通過尺寸51m×3m 的鋼引橋將躉船固定于引橋下游端。

以上三個方案的優劣勢比較詳見表1。

表1 碼頭結構方案比較

通過比較，以上三個方案均能滿足碼頭使用方面的需求，而從結構穩定安全性及整體性、建造成本、裝卸效率、現代化等角度綜合考慮，推薦采用方案一結構設計形式。

3.3 碼頭結構內力計算

通過STAAD 空間三維結構分析軟件進行碼頭及引橋結構內力計算，計算結果見表2。根據結果，方案一碼頭樁基、立柱、橫梁及排架等結構穩定性及可靠性、樁基承載力等均符合規范要求；碼頭主體設計及樁型、樁長、排架間距等均合理，也實現了碼頭使用功能、經濟性及現代化港口建設理念等的統一。

表2 碼頭及引橋結構內力計算結果

4 結論

本港口碼頭結構設計結果表明，所在流域水位落差大、船型復雜，故碼頭結構設計必須綜合考慮多層系纜，若采用常規性的高樁梁板結構通常只能滿足兩層系纜，只能采用框架結構以滿足多層系纜要求。該內河碼頭建設在防洪大堤內側，灘地寬度大，考慮到水深條件及沉樁設備等進場的便利，采用鉆孔灌注樁。本港口碼頭結構設計經驗可為類似內河碼頭設計提供借鑒參考。