海港浮码头台损分析及应对措施

夏运强，李贺青

（海军工程设计研究院，北京 100070）

1 概述

浮码头具有结构简单、主体质量宜控、布设和拆移容易、水位变化适应性好、造价低等优点，广泛应用于我国内河和东南沿海潮差较大且风浪掩护条件好的港口内。浮码头也是军港中一种重要的码头结构形式。

图1 典型浮码头组成示意图（两趸一桥）Fig.1 Composition of the typical floating wharf（two barge onebridge）

常见的海港浮码头通常由趸船、锚系系统（锚链及锚体）、支撑和联接系统（引桥、撑杆、撑墩和联桥）组成，典型的有撑两趸一桥顺岸式浮码头组成示意图见图1。现有浮码头多用于靠泊DWT在2 000 t以下的中小型船舶。

根据趸船的材质不同，可将浮码头分为钢筋混凝土浮码头和钢结构浮码头两类。相对钢结构浮码头来说，钢筋混凝土浮码头具有耐腐蚀、维护量小及投资少等优点，但存在抗冲击性差和修复困难问题[1]。

海港浮码头与内河浮码头的主要区别在于使用环境不同，前者使用环境恶劣，受风浪影响大。而浮码头最大的缺点是整体抗风浪性能差，这对海港浮码头表现尤为明显，特别是在风浪较大的沿海易受台风袭击而遭破坏。本文讨论现行海港浮码头工作状态和设计标准，介绍9608和0205号台风中某港浮码头的破坏案例，分析台损原因并提出应对措施，并对如何较大幅度提高浮码头防风能力进行初步探讨。

2 浮码头工作状态和设计标准

2.1 浮码头工作状态划分

同常规码头一样，浮码头工作状态可分为正常工作状态和防风浪状态。正常工作状态时，船舶靠泊浮码头进行正常的装卸等作业，此时对作业海况要求较高。防风浪状态又称生存状态，一般发生在台风期间，此时靠泊船舶离开浮码头，浮码头单独承受风浪作用。通常情况下，防风浪状态是浮码头主体结构设计的控制状态。

浮码头系统组成相对复杂，既有柔性结构又有刚性结构，风浪流作用时整体作复杂的六自由度运动，各组成部分运动和受力相关联，外界条件、内部组成等影响因素众多，很难精确计算。现有计算方法多采用静力分析法，例如波浪对趸船作用力采用干涉波法、锚链系统采用悬链线法等[2]。静力计算方法简单易用，较适用于浮码头的正常工作状态，对于防风浪状态，波浪荷载较大，趸船及锚链系统偏移和动张力较大时，应该采用动力分析法，以较好地解决冲击荷载问题。

对于图1典型浮码头防风浪状态，趸船、引桥、撑杆和撑墩等结构设计荷载主要来自波峰波压力作用，主副锚链及耳环链（保险链）设计主要由波谷波吸力作用控制。

2.2 浮码头设计标准

海港浮码头有一定的适用条件，欧美日等国的港工规范[3-5]和我国JTJ 294—98《斜坡码头及浮码头设计与施工规范》[6]强调浮码头适用于掩护条件较好的海域，但未明确具体的海况限制或允许风浪条件。

对于浮码头正常工作状态，涉及到船舶荷载、风荷载、波浪荷载、水流力、汽车荷载等，各荷载参照JTS144-1—2010《港口工程荷载规范》[7]计算。JTJ211—99《海港总平面设计规范》[8]中规定了DWT在2 000 t以下的船舶靠泊时，2 a一遇允许波高H4%不超过0.6 m，允许风力不超过6级。军用浮码头正常工作状态的标准适当放宽至三级海况（波高0.5~1.25 m，4~5级风）。

对于浮码头防风浪状态，主要考虑趸船本身所受风荷载、波浪荷载和水流力。行业标准并未对其生存海况做出规定。国家军用标准[9]中规定：靠泊船舶吨位1 000 t以下的小型浮码头设计波高取H1/3=3.0 m，周期T=6 s，3 000 t以下的中型浮码头设计波高取3.0 m，周期取7 s。文献[2]提到“一般来说，浮码头设计波高不宜大于1.5~2.0 m，波高取25 a或50 a的H5%”。军用浮码头标准提高到四至五级海况。需要说明，由于浮码头干舷低，水上受风面积小，防风浪状态时，风对其影响要小于波浪和水流作用。

3 浮码头台损及原因分析

3.1 9608号台风浮码头破坏情况

1996年8月1日9608号台风袭击福建某港，风力达12级以上，持续时间长，适值天文大潮，港内最大风速估计达35 m/s，波高约3.5 m（H1/10），潮流流速约0.65 m/s；港内10座浮码头有9座遭到不同程度的破坏，损失严重。见图2。

港内浮码头基本采用图1的形式，趸船尺寸均为36 m×8 m，其中钢结构浮码头7座，钢筋混凝土浮码头3座。破坏情况如下：1）所有钢趸船在台风袭击时都保持完好，但钢筋混凝土趸船破坏严重，出现破损进水、倾斜、沉没等现象；2）部分码头撑杆脱离撑斗，一端或全部掉入海中，撑杆折断；3）部分码头引桥脱离桥斗掉入海中，引桥变形或折断；4）部分码头联桥破损、变形，掉入海中；5）少数码头桩基撑墩破坏；6）少数码头主链锚链拉断；7）部分码头桥斗、撑斗毁坏。

3.2 0205号台风浮码头破坏情况

2002年6月28日，0205号威马逊（Ramasun）台风袭击舟山地区，中心风速50 m/s，造成某港内1座钢筋混凝土浮码头严重破坏。该码头采用1节36 m×8 m×2.5 m趸船，趸船中间布置引桥1座，撑杆2座，对称布置于引桥两侧。台风造成引桥和撑杆折断，并导致趸船进水倾斜。见图3。

图2 9608号台风浮码头破坏情况Fig.2 Damage condition of floating wharf during No.9608 typhoon

图3 0205号台风浮码头破坏情况Fig.3 Damage condition of floating wharf during No.0205 typhoon

3.3 破坏原因分析

破坏最主要的原因是台风期港内风浪条件超过浮码头防风浪状态的设计标准。进一步分析该类浮码头的破坏细节，可找到防风浪状态下的薄弱环节。控制改善这些薄弱环节，可以比较有效地提高其整体防风能力，并为今后类似浮码头的建设提供良好的借鉴。

整个浮码头系统组成中，支撑和联接系统破坏最严重。9608台风中，引桥与联桥破坏数量约占全部数量的42%，撑杆破坏占全部数量的28%。其受损的主要原因：1）端部耳环或耳环链直径φ32~34 mm过小，在受拉状态时断裂，致使引桥或联桥脱落；2）部分引桥、联桥和撑杆在通过趸船的波浪间接冲击力作用下超出其设计承压荷载而弯折；3）部分钢结构主体和连接件锈蚀较为严重，设计强度有所降低。

趸船破坏主要是脱落的撑杆、联桥或引桥端部对其侧面的撞击破损，也有相邻趸船的撞击损坏。9608号台风中趸船受损占18%，且均为钢筋混凝土结构，而钢结构趸船则基本完好。这得益于钢材较钢筋混凝土材料具有较好的延性，能有效地吸收撞击能量。

锚系系统中，锚体和主链（φ46~56 mm）基本完好，副链拉断较多，约占全部锚链的10%，这种情况也是发生在支撑和联接系统的耳链或耳环断裂后，趸船运动和受力完全由锚系系统承担时发生的。由于副链较细（φ32~36 mm），且垂度小（1.5 m），先受力张紧至破断，而主链由于链径粗且有较长的拖地段，缓冲吸能效果明显，因此基本完好。

撑墩的破坏是因为波峰作用时的趸船撞击力超过其设计强度。

4 浮码头防台应对措施

4.1 提高既有浮码头防风能力的措施

通过对破坏情况的研究，提高既有形式浮码头的防风能力的措施有：1）加强耳环和耳环链，改善浮码头最薄弱的环节。建议耳环链链径增大到40 mm以上；2）推荐采用抗撞性和抗沉性好的钢结构趸船；3）在撑杆和引桥的端部设置吸能块，例如D30橡胶护舷或橡胶块，有效减缓刚性碰撞；4）适当增大副链链径和安装垂度，建议链径不低于40 mm，垂度不低于2.0 m。台风过后两港浮码头修复基本采用上述措施，经后续台风考验证明改善效果比较明显。此外，有条件时可采取工程措施如防波堤等改善港内掩护条件。

4.2 防风浮码头形式的探讨

浮码头在正常工作状态要求其位移尽可能小，这意味着约束要尽可能多，但防风浪状态浮码头最好能处于约束尽量少的自由飘浮状态，以避免或有效减小各种冲击荷载，提高其生存能力。二者存在一定的矛盾。

海港工程中目前普遍采用的这种有撑顺岸码头形式源于内河或湖泊，该类浮码头有较好的正常工作状态，但防风能力差，实际上不太适合在风浪条件差的海域环境中使用，尽管可以采用前述措施，但只能有限度地提高其抗风浪能力。为能较大幅度提高其生存能力，可尝试改变现有浮码头在台风中易损坏的支撑和联接系统形式，减少活动组件，例如，取消撑杆，将引桥和联桥搭接在趸船甲板上；或在引桥的接岸处设置滑槽，在台风期可解除约束使其在滑槽内自由运动；或者采取台风期起吊引桥方案。上述无撑结构形式可通过在主锚链上加挂重锤以保证其正常工作状态的使用。另外可加大趸船规格，取消联桥，相应提高锚系系统标准等。

5 结语

海港浮码头的工作状态分正常工作状态和防风浪状态，现有中小型浮码头正常工作状态适用海况不超过三级，防风浪状态不超过五级的海况。台损案例分析及修复经验表明，加强耳环和耳环链、使用钢结构趸船、引桥等支撑和联接结构端部设置吸能块等可以有限度地提高浮码头的防台风能力。

适用更高海况的防风浮码头，应遵循趸船在防风状态允许有较大自由度以便有效缓冲吸能的原则，需要改变现有支撑和联接系统形式，尽可能减少活动组件，可考虑无撑结构和引桥搭接等方案。建议有条件时可开展相关的试验研究工作，解决关键技术问题并推广应用，以充分发挥浮码头的优势。

[1]高承德.斜坡码头及浮码头设计与施工规范修编简况[J].水运工程，1998（10）：85-88.GAOCheng-de.Revision profiles of the code for design and construction of sloping wharf and floating wharf[J].Port&Waterway Engineering,1998(10):85-88.

[2]交通部第一航务工程勘察设计院.海港工程设计手册：中册[M].北京：人民交通出版社，1994.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Handbook for design of sea harbor：medium volume[M].Beijing：China Communications Press,1994.

[3] Technical standardsand commentariesfor port and harbor facilities in Japan[S].Japan：The Overseas Coastal Area Development Instituteof Japan,2002.

[4]Coastal engineering manual[M].Washington D C：U.S.Army Corps of Engineers,2003.

[5] BS 6349：Part 6,British standard code of practice for maritime structures[S].British Standard Institution,2000.

[6]JTJ294—98，斜坡码头及浮码头设计与施工规范[S].JTJ 294—98,Code for design and construction of sloping wharf and floatingwharf[S].

[7]JTS144-1—2010，港口工程荷载规范[S].JTS144-1—2010,Load codefor harbour engineering[S].

[8]JTJ211—99，海港总平面设计规范[S].JTJ211—99,Design codeof general layout for seaport[S].

[9]GJB 6050—2007，军港浮码头技术条件[S].GJB 6050—2007,Specification for floatingwharf of naval port[S].