分级直立式码头在西江库区港口建设中的应用研究

2012-06-30石兴勇薛武申

湖南交通科技 2012年3期

肖政，贺立，石兴勇，薛武申

0 引言

西江干流梯级航电枢纽的建设，形成库区航道，一定程度上改善了西江通航条件，促进了西江亿吨级黄金水道建设的实施。不过，在西江库区内建港，其自然条件较复杂，一方面低水头枢纽建成蓄水后，库区内水位变幅仍旧较大，但中高水时间相对较长;另一方面港口多位于低山丘陵地带，地形条件复杂，港区堆场建设中往往遇到高切坡、高填方等复杂工程和滑坡、泥石流等不良地质现象，较难形成港口陆域要求的平地。

传统上采用斜坡式码头解决库区大水位差问题，但斜坡码头工艺环节多、装卸作业效率低，作业安全性差，该结构型式已无法解决广西内河水运量增加对装卸系统形成的巨大压力［1］。目前广西内河码头建设已逐渐采用直立式码头结构，主要有墩柱式梁板类结构码头、桥吊结构码头、架空直立式高桩框架结构码头等结构型式。墩柱式梁板类结构码头由承受船舶荷载的系靠船桩和安装固定吊的空心墩柱结构两部分组成。该类型码头投资少，效率高，对中小型码头具有较大的实用性［2］。桥吊结构码头利用桥吊起重机完成船、岸之间货物运输，成功地解决水位变幅大带来的装卸困难问题。桥吊结构基桩及上部构件数量较少，水下工程量少，施工方便，造价较低，适合于库区岸坡较为陡直的地区［1］。架空直立式高桩框架码头能很好地适应大水位差码头的建设要求，装卸环节少、装卸效率高，不过该结构型式占据河段行洪断面较多，对河道行洪影响较大，造价较高，特别适用于内河大水位差集装箱等重件码头的建设［3］。

库区水文条件、当地的地形特征以及货种、运量、流向特点，都直接影响码头装卸工艺和结构型式的选择。结合当地具体情形，研究开发适合于西江干流库区的码头结构型式及其装卸工艺系统，具有非常重要的现实意义。

1 分级直立式码头构想

根据川江河段水位落差大、流量变化大的特点，有关单位提出分级直立式码头的设想，上级码头供洪水期使用，下级码头工枯水期或一般水位时使用，而在洪水期可被淹没。

目前分级直立式主要有两种型式，一种是六十年代以重庆汉渝路码头为代表，该码头修建三级直立式码头，分别对应枯水、中水和洪水码头作业，保证了全年均能装卸作业，使用效果良好。另一种以重庆朝天门斜坡直立式码头为代表，其以纵坡较大的(3%～10%)下河公路外侧的直立挡墙作为码头使用，该码头顺岸布置，随水位升降沿公路纵向移动船舶，用流动机械或人力均可装卸作业，极其方便，使用效果很好。分级直立式码头能较好地适应港区地形和水位的变化，满足装卸作业的要求，同时，还具有施工技术简单、工期短、投资省等优点，在局部上具有直立式码头的优点，在总体上又具有斜坡式码头的优点。一般用于中小型件杂货码头［4］。

西江库区水文特征有别于山区河流，港口吞吐货物以件杂货、散货为主，兼顾一定的集装箱运输，同时后方堆场陆域条件相对紧张。有必要在现有分级直立式码头基础上，对结构型式和装卸工艺进行一定的改进，以满足新的水运发展需求。

改进后的分级直立式码头，通常分两级平台，一级平台为装卸船机械工作平台，二级平台则是堆场作业区。根据陆域条件，堆场作业区还可以再次分级，形成三级平台。装卸工艺方面，采用一二级平台联合作业完成装卸工作，通过第一级平台的装卸船机械，可以完成货物在船与二级平台之间的装卸过程。根据进出港货种类型，可以选择高效率的装卸船机械。采用该装卸工艺方案，没有增加装卸环节，由于充分利用了一二级平台的高程差，反而减少了装卸机械竖直方向上的运输距离，缩短了一个操作过程所需要的时间，从而提高了装卸效率。

水工结构方面，根据西江干流河谷地区的地质特征，一级平台可以采用重力挡墙、衡重式结构和高桩结构等型式，二级平台还可以考虑设置为加筋土挡墙结构。根据一级平台容许在大洪水期淹没的特点，可以适当降低一级平台的高程，一方面减少工程造价，另一方面有利于减少行洪阻水面积。一级平台的宽度由装卸船装卸工艺决定。

2 工程案例分析

2.1 工程简介

百色港田阳港区头塘作业区在百色市田阳县头塘镇四联村附近的右江左岸，距田阳县城约6 km，位于那吉航运枢纽下游约8 km，鱼梁航运枢纽上游约70 km处，属鱼梁库区库尾段。

百色港田阳港区头塘作业区码头一期工程建设规模为建设10个1 000 t级泊位，设计年吞吐量270万 t，其中件杂货120万 t、煤100万 t，焦炭50万 t。根据《河港工程总体设计规范》，结合港址所在地，本项目所采取的设计水位如下:设计高水位:108.3 m(5 a一遇洪水位)，设计低水位:99.3 m(鱼梁库区航道最低通航水位)。

本项目位于鱼梁枢纽库区，鱼梁水库为日调节水库，根据鱼梁电站在电网中的作用以及鱼梁航运水位衔接要求情况，水库消落深度原则上按0.5 m考虑，正常蓄水位为99.5 m，死水位为99.0 m，但考虑死水位在最小入库通航流量140 m3/s时不能与上游那吉枢纽下游最低通航水位完全衔接，因此入库流量＜300 m3/s时，保持在正常水位99.50 m运行。

2.2 装卸工艺设计

目前库区的港口装卸工艺基本上都是采用传统的大水位差装卸工艺，港口各营运环节的能力不十分协调配套，码头的通过能力有限，影响港口功能的正常发挥。本项目中，作业区码头分二级平台建设，一级、二级平台高程分别为108.5 m、114.0 m。码头前沿一级平台宽18 m，配置低架门座起重机(简称低架门机)，进行件杂货装卸作业，下游泊位布置有固定式简易装船机，进行散货出口装卸作业，堆场及仓库布置在二级平台上。煤采用自卸车运送到二级平台前沿，由装载机喂料到坑口，通过固定式简易装船机装船(船舶移档作业)(见图 1)。采用YG918装载机将焦炭装入集料斗，利用牵引车运送集料斗到前沿，由低架门机吊运装船;件杂货由叉车或牵引车拖平板车承担水平运输，装卸船由低架门机完成(见图2)。考虑起吊小部分重件，上游第一个泊位配置1台40 t—20 m低架门机，其余泊位均为10 t—20 m低架门机。

煤(出口):堆场→装载机→自卸车→码头前沿→装载机→简易装船机→船(移档);

焦炭(出口):堆场→装载机→牵引车拖平板车(集料斗)→码头前沿→门机→船;

件杂货(进出口):船←→门机←→叉车、牵引车拖平板车←→轮胎式起重机←→库场←→叉车、轮胎式起重机←→外来车辆。

固定式简易装船机，传输带带宽B=1 000 mm，速度V=2 m/s，台式效率为600 t/h，泊位年通过能力157万t，能较好地满足货物吞吐量需求。件杂货码头台式效率为80 t/h，相对于传统的分级直立码头，效率明显的提升。

图1 分级直立式码头散货出口装卸工艺断面示意图(单位:m)

图2 分级直立式码头件杂货装卸工艺断面示意图(单位:m)

2.3 结构设计

工程区域泥岩岩面较高，微风化泥岩为泥质结构，厚层状构造，芯呈长柱状，局部夹粉质泥岩，偶见贝壳碎片，分布于整个场地。泥岩岩体较完整，风化裂隙少，属极软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。

根据地质资料，一﹑二级平台前沿主体水工结构均为现浇C25混凝土重力式挡墙。一级平台码头主体结构长度为1 000 m，分为100段，段长均为10 m。挡墙顶面高程为 108.5 m，底面高程为94.1 m，高度为 14.4 m。结构顶宽 1.0 m，底宽10.25 m，顶部及下部为直立，中部为斜面。上部直立部分高1.0 m，中部斜面部分高11.4 m，下部直立部分高2.0 m，前趾宽度为 2.0 m，后趾宽度为 1.0 m。挡墙下为0.1 m厚C15混凝土垫层，基础为2.5 m厚抛石基床，持力层为强风化泥岩。挡土墙顶部安装15 t系船柱，立面安装DA400H橡胶护舷。

二级平台结构长度与一级平台相同，除设步级段段长为12 m外，其余段长均为10 m。挡土墙顶面高程为 114.0 m，底面高程为 107.6 m，高度为6.4 m。结构顶宽1.0 m，底宽4.8 m，顶部及下部为直立，中部为斜面。上部直立部分高1.0 m，中部斜面部分高4.5 m，下部直立部分高0.9 m，前趾宽度为1.0 m，后趾宽度为1.0 m。挡土墙后6.5 m 范围内回填砂卵石形成后方陆域。挡土墙下为0.1 m厚C15混凝土垫层(见图3)。