閩江流域沙溪內(nèi)河碼頭方案設(shè)計與合理性分析

■沈 靈

（福建省港航勘察設(shè)計院有限公司，福州 350002）

沙溪河兩岸沿岸城市在“兩山一水”的自然環(huán)境制約下，建設(shè)用地結(jié)構(gòu)極為松散，城市沿江呈窄長型， 城區(qū)現(xiàn)有的碼頭因受城市陸域形成的限制，本身發(fā)展用地較為緊張。 且由于鐵路、公路的快速發(fā)展及內(nèi)河閘壩礙航、沙溪口斷航等諸多因素的影響，沙溪航運發(fā)展緩慢，港口發(fā)展滯后，建設(shè)停滯不前， 岸線資源利用一直沒有得到合理規(guī)劃和保護，原規(guī)劃岸線及用地也因城市規(guī)劃、工業(yè)、住宅占用，沿岸兩側(cè)部分港口已廢棄，航運逐年衰退。

對于山多地少的內(nèi)河地區(qū)，如何充分利用僅有的用地，平面的布置是關(guān)鍵。 據(jù)資料數(shù)據(jù)顯示及結(jié)合現(xiàn)場實際考察情況，沙溪兩岸存在現(xiàn)有場地與常水位高差近10 m 的情況，現(xiàn)針對這種特殊情況，需提出一種能充分利用現(xiàn)有場地又節(jié)省投資的平面布置。

1 常用碼頭結(jié)構(gòu)型式分析

內(nèi)河庫區(qū)常用的碼頭結(jié)構(gòu)型式包括： 架空直立式、分級直立式、框架墩式、斜坡式、橋吊結(jié)構(gòu)型式等。

1.1 架空直立式碼頭

架空直立式碼頭是長江中上游三線庫區(qū)上常用的結(jié)構(gòu)型式，如重慶寸灘港三期，適應(yīng)于三峽庫區(qū)變動回水區(qū)的大樁徑、大跨度架空直立式碼頭結(jié)構(gòu)型式[1]。 這種結(jié)構(gòu)型式，靠岸船舶直接?？吭谥绷侗诨蛑绷⒌目看蚣埽ǘ眨┥?。 碼頭平臺上設(shè)置裝卸機械，節(jié)省運輸環(huán)節(jié)，裝卸效率高，滿足分層系纜需求，一般適用于大水位差情況。通過能力遠超于傳統(tǒng)的斜坡式碼頭， 但后方水平運輸能力與碼頭前沿裝卸能力的匹配要求較高，總體造價也相對較高[2]。

1.2 分級直立式碼頭

分級直立式碼頭主要采用分級下河道或分級直立式碼頭平臺型式。 常常可以保證碼頭在枯水～洪水期碼頭的系泊。 分級可根據(jù)水文及地質(zhì)條件、裝卸工藝確定采用分兩級或多級的情況。 西江干流庫區(qū)根據(jù)其水文特點和地形特征，常用分級直立式結(jié)構(gòu)型式，該結(jié)構(gòu)型式簡單，裝卸效率較高[3]。 沙溪河所在各個庫區(qū)水位差均不超過5 m， 采用分級直立式，需占用后方大量陸域用地資源。

1.3 框架墩式碼頭

框架墩式碼頭由工作墩和系靠船墩組成，一般工作墩上設(shè)置裝卸設(shè)備，可以滿足不同水位時船舶的靠泊，能適應(yīng)大水位差作業(yè)。 框架墩式碼頭結(jié)構(gòu)簡潔，總體造價低。 但裝卸作業(yè)時一般需要移船，且其系船方式較為不便，大大降低了裝卸的效率[4]，適用于庫區(qū)支流中小件雜碼頭。

1.4 斜坡式碼頭

斜坡式碼頭一般利用躉船為系靠船設(shè)施，通過斜坡道與碼頭平臺連接，躉船會隨著水位的漲落沿斜坡道移動。 斜坡碼頭具有結(jié)構(gòu)簡單、施工工期短，造價低等特點，是內(nèi)河大水位差碼頭最常用的結(jié)構(gòu)型式；但斜坡碼頭存在通過能力小、裝卸成本高、裝卸效率低等局限性。

1.5 橋吊結(jié)構(gòu)型式碼頭

橋吊結(jié)構(gòu)型式碼頭一般由樁基和鋼箱梁或預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁構(gòu)成，貨物通過橋吊結(jié)構(gòu)，采用橋式起重機完成裝卸。 橋吊碼頭結(jié)構(gòu)數(shù)量少，對通航、行洪等影響較小且造價較低， 但其施工難度較高，裝卸作業(yè)有時需要移船[5]。

針對沙溪河沿岸用地資源緊缺的特點，傳統(tǒng)的內(nèi)河碼頭結(jié)構(gòu)型式，并不太適合。 在充分了解港區(qū)水文、氣象、地質(zhì)等資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合港區(qū)的總體規(guī)劃以及裝卸工藝等，提出一個更適用于沙溪內(nèi)河的合理的小型碼頭結(jié)構(gòu)方案。

2 工程案例

工程案例為閩江干貨-II（500 噸級）通用泊位3個（結(jié)構(gòu)按1000 噸級預(yù)留）。 擬建位置位于沙溪口水電站庫區(qū)內(nèi)。

2.1 水文資料

工程所在位置10 年一遇的洪水位為88.74 m；20 年一遇的洪水為88.83 m；50 年一遇的洪水位88.97 m；100 年一遇洪水位89.39 m。本工程設(shè)計高水位主要由庫區(qū)正常蓄水位或設(shè)計洪水位確定，經(jīng)庫區(qū)正常蓄水位、 設(shè)計洪水位和實際運行水位確定，設(shè)計高水位取88.6 m，與航道在該位置設(shè)計最高通航水位取值一致。

根據(jù) 《河港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS166-2020），樞紐上下游河段碼頭設(shè)計低水位宜取碼頭所在河段當?shù)睾降赖脑O(shè)計最低通航水位。 擬建工程位于沙溪口電站上游11 km 處，屬于沙溪口庫區(qū)。 本工程設(shè)計低水位取85.0 m，與所在航道設(shè)計最低通航水位取值一致。

2.2 地質(zhì)條件

擬建場地原始地貌為河流Ⅰ級階地地貌。 東側(cè)緊鄰沙溪河， 擬建場地為斜坡平整用作建設(shè)用地，現(xiàn)場地面標高為86.46～97.72 m，差約11.26 m（以孔口高程計）， 場地原地面標高為80.22～98.35 m，場地周邊及地下無暗溝。

場地內(nèi)分布的地層上部為人工素填土、細砂①、細砂②、卵石、粉質(zhì)黏土，粉砂巖殘積黏性土，基底為白堊系沙縣組粉砂巖、砂巖、砂礫巖及風化層。

2.3 河道泥沙狀況

電站庫容小、調(diào)節(jié)能力較差，均為日調(diào)節(jié)型，洪季基本為徑流式電站，僅枯季起調(diào)節(jié)作用。 汛期來水不能在庫區(qū)停留，泥沙基本上為過境泥沙，而上游來沙最多的懸移質(zhì)基本不參與造床，因此泥沙淤積的問題并不嚴重。

2.4 難點評價

由于沙溪庫區(qū)蓄水位與現(xiàn)有場地高程高差較大，沙溪無水上大型船只，基床強夯和塊體安放考慮由陸上作業(yè)，對陸上施工設(shè)備要求比較高，所以對擬建場地的碼頭平面布置及選型是本工程的難點。

3 設(shè)計方案

3.1 總平面布置

碼頭采用滿堂式連片布置（圖1)。 碼頭前沿線順岸布置，泊位長202 m，作業(yè)平臺寬22.5 m，碼頭面高程為89.5 m，后方陸域高程與現(xiàn)有場地高程取值一致取94.5 m。 碼頭平臺與陸域高差5 m，分為兩級，前沿通過固定吊完成不同高程之間的貨物裝卸。 水平運輸車輛無需到達碼頭作業(yè)前沿平臺。 兩級高程之間設(shè)置一條寬4.5 m，坡度為6%的設(shè)備檢修通道。 陸域布置綜合堆場、管理房、停車場等。

圖1 碼頭結(jié)構(gòu)總平面布置圖

3.2 水工建筑物

碼頭結(jié)構(gòu)采用重力式方塊結(jié)構(gòu)，對自然岸線進行開挖削坡，基床為拋石基床，其上安放3 層預(yù)制實心方塊，實心方塊重量控制在44 t 以內(nèi)，固定吊基礎(chǔ)位置處增設(shè)一排實心方塊。 實心方塊上現(xiàn)澆C30 砼胸墻，墻后回填塊石。 胸墻上設(shè)壓頂，碼頭面層結(jié)構(gòu)由下至上為碎石墊層、5%水泥穩(wěn)定層、 現(xiàn)澆砼面層。 碼頭設(shè)置6 個踏步、護輪檻、系船柱、橡膠護舷等，結(jié)構(gòu)斷面圖見圖2。

圖2 碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖

3.3 裝卸工藝

內(nèi)河通用泊位碼頭前沿作業(yè)常用設(shè)備主要有輪胎式起重機（輪胎吊）、門座式起重機（門機）和固定式起重機（固定吊）。

輪胎吊為流動式起重機械， 其設(shè)備投資少，作業(yè)靈活，同時具備轉(zhuǎn)場作業(yè)優(yōu)勢，多用于堆場件雜貨吊裝，也可用于小型泊位的散雜貨裝卸。 門機作業(yè)效率高，可利用軌道縱向移動，作業(yè)范圍廣，貨種適應(yīng)性強，通過更換不同的吊具，適用于作業(yè)散雜貨和集裝箱裝卸，但是設(shè)備投資大，需鋪設(shè)軌道，增加了水工投資。 固定吊是將門機的門架和大車行走機構(gòu)去掉后直接安裝在碼頭平臺上，因此固定吊除了不能像門機一樣移動，也具有貨種適應(yīng)性強的特點，在小型內(nèi)河碼頭中應(yīng)用廣泛。

本案例工程在工藝上1# 泊位選擇采用16 t-25 m 固定吊，2#、3# 泊位各配置1 臺45 t-25 m 固定吊（配備集裝箱自動吊具，吊具下起重量35 t），詳見圖2。

4 碼頭防洪論證

碼頭防洪論證結(jié)論：（1）根據(jù)建設(shè)項目所在河段的河道特點、工程布置情況，工程實施后，河道在汛期河流造床時，水流條件與天然情況相比，變化很小，河床可能發(fā)生局部、暫時、微弱的變形，但河道本身在較短的時間內(nèi)能夠自動調(diào)整到?jīng)_淤平衡狀態(tài)；河道主流線大體走勢保持不變，河勢基本維持穩(wěn)定。 （2）工程建成后，河道兩岸水位將不會出現(xiàn)壅高，對河道行洪影響很小，不會降低河道的行洪能力與防洪標準。 （3）項目的建設(shè)對碼頭附近局部河床有所調(diào)整，對現(xiàn)有河勢影響較小，但整體而言不會改變現(xiàn)有的穩(wěn)定河勢。

5 項目合理性分析

5.1 總平面布置合理性分析

沙溪河道狹窄，推薦采用連片式布置，碼頭前沿基本沿現(xiàn)有天然岸坡，不占用河道，若采用離岸式布置， 考慮到常水位和現(xiàn)有陸域存在的較大高差，需棧橋和碼頭平臺銜接，碼頭將占用部分河道。工藝選擇上，采用固定吊直取貨物方式，水平運輸車輛無需到達碼頭作業(yè)前沿平臺， 節(jié)省了裝卸時間，提高了裝卸運輸?shù)男省?既解決碼頭面與陸域之間高差問題，節(jié)省了水平運輸?shù)哪芎模岣吡税踩?，實現(xiàn)了碼頭平臺高效率作業(yè)，又充分利用后方現(xiàn)有場地全部作為陸域配套使用。

5.2 水工結(jié)構(gòu)對比分析

對常用的重力式結(jié)構(gòu)與高樁結(jié)構(gòu)就該項目做優(yōu)缺點分析對比，詳見表1。

表1 兩種常規(guī)水工結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點對比

6 結(jié)論

本研究在分析內(nèi)河常用碼頭結(jié)構(gòu)型式的基礎(chǔ)上，考慮沙溪河庫區(qū)獨特的建港條件，綜合碼頭造價、功能性、適應(yīng)性等要求，提出了一種較為合理的結(jié)構(gòu)型式，為閩江各庫區(qū)同等情況的碼頭建設(shè)提供參考。