尤溪閩湖海事工作船碼頭工程水工建筑物主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

林重陽

(福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，福州 350002)

1 工程概況

本工程地處三明市尤溪縣閩湖內(nèi)， 港址位于尤溪縣街面鄉(xiāng)街面水庫庫區(qū)范圍內(nèi)，距省道S206 線約90 m。 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模為1 個(gè)小型海事工作船碼頭泊位。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)船型

本工程設(shè)計(jì)代表船型主尺度表見表1。

2.2 荷載

(1)恒載：結(jié)構(gòu)物自重；

(2)均布荷載(人群荷載)：3 kN/m2(斜坡上)；

(3)船舶荷載包括撞擊力、擠靠力、系纜力等；

(4)流速：設(shè)計(jì)流速取1.5 m/s；

(5)波浪：SW 向50 年一遇H1%=1.47 m；

(6)地震：場地抗震設(shè)防烈度為6 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05 g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

2.3 自然條件

(1)風(fēng)況

三明地區(qū)受重山阻擋，風(fēng)速較小，年平均風(fēng)速1.8 m/s，全年各月以無風(fēng)靜止占優(yōu)勢，每年發(fā)生大于(等于)8 級(jí)大風(fēng)日數(shù)8.4 d，以7-8 月發(fā)生居多。

(2)水位

庫區(qū)的正常蓄水位為290.0 m(85 高程基準(zhǔn)，下同)，死水位250 m。

由于水庫為新建水庫，暫無歷年統(tǒng)計(jì)資料，水位持續(xù)時(shí)間據(jù)目前觀察：11-7 月水位較低， 最低處接近265 m水位線；8-10 月，水位較高，最高處接近280 m。

根據(jù)業(yè)主提供資料，本工程選取設(shè)計(jì)水位：設(shè)計(jì)高水位290 m，設(shè)計(jì)低水位260 m。

(3)設(shè)計(jì)波要素

擬建碼頭前方有山體掩護(hù)、附近水域狹窄，小風(fēng)區(qū)波浪較小，庫區(qū)內(nèi)現(xiàn)無實(shí)測波浪資料。 波浪按《港口與航道水文規(guī)范》小風(fēng)區(qū)推算，結(jié)果顯示如表2 所示：

(4)流速

本工程位于庫區(qū)內(nèi)部，流速緩慢，設(shè)計(jì)流速取1.5 m/s。

(5)地質(zhì)條件

本工程擬建場地位于尤溪縣街面鄉(xiāng)街面水庫區(qū)域內(nèi)。地貌上屬于丘陵坡地地貌單元。 場地原為山體，其原始地面坡度較緩，約15°～25°。 各土層主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表1 設(shè)計(jì)代表船型主尺度

表2 小風(fēng)區(qū)推算結(jié)果

表3 巖土層主要設(shè)計(jì)參數(shù)建議

(6)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010)附錄A，場地抗震設(shè)防烈度為6 度， 設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.05g，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

3 碼頭平面布置及結(jié)構(gòu)方案

3.1 結(jié)構(gòu)選型

本工程地處庫區(qū)，所處工程位置掩護(hù)條件好，風(fēng)浪較小， 但位置較為偏遠(yuǎn)。 工程建設(shè)位置地形地貌為斜面山體，考慮結(jié)合地形在山體表面建設(shè)斜坡道。對(duì)于前沿的水工建筑物，根據(jù)水文、地質(zhì)等自然條件，一般采用樁基多層墩臺(tái)式方案[1]。

樁基多層墩臺(tái)式方案具有較好的耐久性和整體穩(wěn)定性。一般一個(gè)泊位需建設(shè)兩個(gè)或以上的墩臺(tái)用以靠泊。墩臺(tái)與后方場地可通過混凝土棧橋或是鋼引橋進(jìn)行連接。考慮到本工程水位差較大(設(shè)計(jì)高低水位相差30 m)，一般每層墩臺(tái)層高約3～5 m，則墩臺(tái)共需約6～10 層，層數(shù)偏多，施工工序較為繁雜。此外，還具有建設(shè)工期較長、低水位部分構(gòu)件難以現(xiàn)澆、造價(jià)偏高等特點(diǎn)?？紤]本工程工期不宜太長且業(yè)主預(yù)算有限，因此，不推薦采用該方案。

此外，還可以采用躉船結(jié)構(gòu)方案。該方案具有良好的通用性和較好的經(jīng)濟(jì)性。且本工程地處庫區(qū)，風(fēng)、浪、流情況均較為理想，在平面布置上，一般前沿布置一艘鋼制躉船，再通過鋼橋與后方連接[1]。 且本方案造價(jià)較樁基墩臺(tái)方案低，施工也較簡單。 但工程區(qū)域水位差較大，按照傳統(tǒng)浮碼頭設(shè)計(jì)，鋼引橋設(shè)計(jì)坡度難以滿足規(guī)范要求(規(guī)范要求：不通行汽車的貨運(yùn)碼頭不宜陡于1∶3.5)[2]。

考慮躉船隨著水位變動(dòng)并可允許調(diào)整前后位置，通過縮短與后方的距離，從而解決大水位差情況下，鋼引橋設(shè)計(jì)坡度不滿足規(guī)范的問題， 因此需對(duì)傳統(tǒng)的浮碼頭平面布置進(jìn)行優(yōu)化改造。

3.2 平面方案

采用浮碼頭型式的方案。鋼躉船尺度為(20×8×1.3)m，吃水0.6 m。躉船通過活動(dòng)浮橋、撐桿、活動(dòng)搭板與后方陸域連接。活動(dòng)鋼浮橋尺寸為(7.0×4.8×1.0)m，吃水0.3 m。浮橋兩端分別與躉船和接岸搭板相連， 并用尼龍纜繩與躉船及岸坡地牛做相對(duì)固定。躉船系留采用錨鏈系統(tǒng)，躉船首尾分別配有定位錨鏈，錨鏈直徑為φ32 mm，錨塊采用25t 水泥錨塊，挖坑埋置于泥面下，不影響港池使用。躉船及活動(dòng)浮橋上均配有斜掛鏈固定于斜坡地牛上， 斜掛鏈采用直徑φ30 mm 尼龍繩。 當(dāng)庫區(qū)水位變化時(shí)須有專人及時(shí)收放八字錨鏈和斜掛鏈并調(diào)整撐桿支撐位置， 待水位變化完畢后， 再拉緊八字鏈以及將斜掛鏈系至相應(yīng)地牛上(圖1～4)。

圖1 低水位時(shí)平面圖

圖2 低水位時(shí)斷面圖

圖3 高水位時(shí)平面圖

圖4 高水位時(shí)斷面圖

碼頭通過斜坡踏步與后方道路連接， 斜坡道寬度7 m。 踏步位于斜坡中間，踏步寬度5.0 m。 斜坡道兩側(cè)每隔約4.2 m 斜面距離均設(shè)置有系船地牛拉環(huán)， 系船地牛拉環(huán)用于固定躉船及活動(dòng)浮橋的斜掛鏈[3]。

在調(diào)整躉船、 活動(dòng)浮橋等位置時(shí)需要抬起搭板及撐桿。 由于沒有合適的電動(dòng)機(jī)械，因此考慮采用吊架+手拉葫蘆的方法將撐桿及搭板升起。 在進(jìn)行撐桿及搭板的設(shè)計(jì)時(shí)，在保證滿足強(qiáng)度的同時(shí)，盡量減輕其重量，以方便進(jìn)行人力操作(圖5)。

圖5 接岸部分?jǐn)嗝鎴D

3.3 結(jié)構(gòu)方案

碼頭主要包括以下設(shè)施：

(1)躉船：躉船為鋼結(jié)構(gòu)，躉船的尺度為(20×8×1.3)m，吃水0.6 m，躉船采用定位鏈錨泊固定，另設(shè)斜掛鏈將躉船與浮橋做相對(duì)固定， 主錨鏈選用2 級(jí)φ32 mm 有檔錨鏈；斜掛鏈和垂直鏈等副鏈選用φ30 尼龍繩，錨塊選用25 t 水泥錨塊，挖坑埋置于泥面下，不影響港池的使用。躉船前布置有橡膠護(hù)舷及系船柱等配套設(shè)施。

(2)活動(dòng)鋼浮橋：鋼浮橋尺度為(7.0×4.8×1.0)m，吃水0.3 m。 兩端分別與躉船甲板和接岸搭板連接，并用尼龍纜繩及岸坡地牛做相對(duì)固定。

(3)撐桿：撐桿在活動(dòng)鋼浮橋與斜坡道之間起到頂撐的作用。撐桿為箱型結(jié)構(gòu)，長1.66 m，寬0.18 m，高0.166 m，重約74 kg。 共有2 根。 撐桿搭放的臺(tái)階不得高于當(dāng)時(shí)水位淹沒臺(tái)階以上三級(jí)，也不得放置在淹沒臺(tái)階處。

(4)支桿：支桿位于2 根撐桿之間，長度略短于撐桿，長1.64 m，共有2 根，主要起支撐并加強(qiáng)接岸搭板的作用。

(5)接岸搭板：接岸搭板連接著活動(dòng)鋼浮橋和斜坡道，搭板分左右2 塊，長1.57 m，寬2.27 m，其上設(shè)有防滑條。由于本工程水工建筑物位于庫區(qū)， 屆時(shí)水位將不定期發(fā)生變化，因此躉船和活動(dòng)鋼浮橋的位置也會(huì)發(fā)生變化。這將需要調(diào)整撐桿和活動(dòng)搭板的位置。由于活動(dòng)搭板較重，因此在撐桿上設(shè)有帶孔翼板， 翼板穿透活動(dòng)搭板露出搭板表面，再通過設(shè)在活動(dòng)鋼浮橋上的吊架和1.5 t 葫蘆將其吊起，以實(shí)現(xiàn)搭板坡度的變化。

(6)斜坡通道：斜坡通道長63 m，寬7 m，采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)方案。 斜坡通道中間踏步寬5 m。

4 使用及注意事項(xiàng)

由于工程水位變化較大， 碼頭管理者應(yīng)多留意庫區(qū)的水位變動(dòng)。 在水位變動(dòng)時(shí)，應(yīng)及時(shí)收放錨鏈、改系斜掛鏈和垂直鏈并調(diào)整撐桿的支撐位置。 撐桿搭放的臺(tái)階不得高于當(dāng)時(shí)水位淹沒臺(tái)階以上三級(jí)， 也不得放置在淹沒的臺(tái)階處(圖6)。

圖6 不同水位下?lián)螚U放置的示意圖

5 結(jié)語

本文通過對(duì)閩湖海事工作船地形地貌、 水文水位情況的分析研究，采用了一種改進(jìn)型的浮碼頭結(jié)構(gòu)型式，以滿足使用需求。 目前，本項(xiàng)目即將進(jìn)入施工階段。 未來隨著本項(xiàng)目的建設(shè)，將為完善海事局監(jiān)管體系，實(shí)現(xiàn)海事監(jiān)管部門迅速到位及海事處正常執(zhí)行湖上監(jiān)督巡邏任務(wù)，開展湖區(qū)巡查工作和執(zhí)行特殊應(yīng)急任務(wù)， 提供堅(jiān)實(shí)的支持和保障。