双层系缆墩在福州港罗源湾港区的应用

董德强阳磊（.福建省陆海建设管理有限公司，福州350007；.中交水运规划设计院深圳有限公司，深圳58054）

双层系缆墩在福州港罗源湾港区的应用

董德强1阳磊2
（1.福建省陆海建设管理有限公司，福州350007；2.中交水运规划设计院深圳有限公司，深圳518054）

福州港位于我国东南部，台湾海峡西岸，具有发展海运的优良条件，罗源湾港区作为福州港重要的组成部分，近年来港口建设得到了长足的发展。由于不同企业对码头使用功能要求的不同，罗源湾南北两岸也出现了多种不同结构型式的码头，其中某化工企业专用码头的双层系缆墩结构设计方案，就为满足多种船型在不同潮位下的顺利靠泊，发挥了重要作用。

罗源湾港区双层系缆墩系缆垂直角质量控制

1 工程概况

福州港罗源湾港区某化工专用码头工程位于罗源湾南岸，建设2个5000吨级的固体化工泊位及2个5000吨级的液体化工泊位，泊位总长692m，固体、液体泊位之间由150m联系桥连接。码头面顶标高为10.3m，港池底标高为-7.1m。其中两个固体化工码头为高桩梁板式结构，为满足多种船型靠泊而采用双层系缆墩布置，系缆墩底标高分别为10.55m和6.95m，是目前福州港罗源湾港区少有的采用双层系缆的码头。

根据建设单位生产需求，固体化工码头设计靠泊船型为2000～5000吨级的固体化学品船，根据《海港总体设计规范》（JTS 165-2013），设计船型尺度见表1。

1.1 设计水位

港址处设计水位如下（当地理论最低潮面基准）：

极端高水位8.49m

极端低水位-0.52m

设计高水位6.89m

设计低水位0.51m

1.2 船舶靠泊、作业条件

1.2.1 船舶允许法向靠泊速度

2000吨级船舶：法向靠船速度≤0.2m/s；

3000吨级船舶：法向靠船速度≤0.2m/s；

5000吨级船舶：法向靠船速度≤0.17m/s。

1.2.2 作业期限制条件

（1）2000吨级船舶

当设计风速V＞13.8m/s（六级风）或波高H4%≥0.6m（顺浪），H4%≥0.6m（横浪）时码头停止作业。

当设计风速V＞22m/s（九级风）或波高H4%＞0.8m时，船舶必须离开码头移至锚地避风。

（2）3000吨级船舶

当设计风速V＞13.8m/s（六级风）或波高H4%≥0.6m（顺浪），H4%≥0.6m（横浪）时码头停止作业。

当设计风速V＞22m/s（九级风）或波高H4%＞1.0m时，船舶必须离开码头移至锚地避风。

（3）5000吨级船舶

当设计风速V＞13.8m/s（六级风）或波高H4%≥1.0m（顺浪），H4%≥0.8m（横浪）时码头停止作业。

当设计风速V＞22m/s（九级风）或波高H4%＞1.0m时，船舶必须离开码头移至地避风。

表1 设计船型尺度表

2 双层系缆墩的系缆垂直角计算

根据《开敞式码头设计与施工技术规程》（JTJ 295-2000）要求，当潮差变化大，无法满足不同潮位下系缆垂直角要求时，应在不同高度设置系缆平台。为简化计算，本文仅对不同船型在满载、设计低水位等不利情况下的艏艉缆垂直角进行计算，判断是否满足规范要求的垂直角应小于30°。

2.1 5000吨船舶艏艉缆垂直角计算

5000吨船舶在满载、设计低水位情况下的艏艉缆垂直角计算步骤如下：

2.1.1 系缆墩底标高为10.55m时

已知5000吨级固体化学品船型深9.0m，型宽18.8m，满载吃水7.0m，橡胶护舷厚度0.4m，设计低水位0.51m，艏艉缆相对船宽居中，系缆墩底标高为10.55m。

可得：艏艉缆距码头面护轮坎水平距离a=0.4+18.8/ 2=9.8m

艏艉缆距码头面护轮坎垂直高度b=10.55-[0.51+（9.0-7.0）]=8.04m

垂直角α=180-90-arctan（a/b）=180-90-arctan（9.8/ 8.04）=39.4°＞30°，不满足规范要求。

2.1.2 系缆墩底标高为6.95m时

已知5000吨级固体化学品船型深9.0m，型宽18.8m，满载吃水7.0m，橡胶护舷厚度0.4m，设计低水位0.51m，艏艉缆相对船宽居中，系缆墩底标高为6.95m。

可得：艏艉缆距码头面护轮坎水平距离a=0.4+18.8/ 2=9.8m

艏艉缆距码头面护轮坎垂直高度b=6.95-[0.51+（9.0-7.0）]=4.44m

垂直角α=180-90-arctan（a/b）=180-90-arctan（9.8/ 4.44）=24.4°＜30°，满足规范要求。

2.2 2000吨级、3000吨级船舶艏艉缆垂直角计算

同理分别算出2000吨级、3000吨级船舶在满载、设计低水位情况下的艏艉缆垂直角如表2：

2.3 计算结论

通过计算可知，2000吨、3000吨、5000吨船舶在满载、设计低水位情况下，如使用底标高为10.55m的系缆墩时艏艉缆垂直角将大于30°，不符合规范要求，在无法降低码头面标高的情况下，必须在不同标高处设置系缆平台，而本工程在6.95m标高处设置的系缆墩可满足不同设计船型在满载、设计低水位情况下安全靠泊。

表2 船舶艏艉缆垂直角

3 具体施工方法

由于底标高为10.55m的系缆墩设置在码头面层上，施工工艺较为成熟，在此不赘述，本文主要针对底标高为6.95m的系缆墩施工方法进行简要介绍。立面示意图见图1。

图1 泊位典型立面示意图

3.1 施工工艺流程

本工程系船梁施工工艺流程如下：预制系船梁→现浇桩帽、牛腿→吊装系船梁→系船梁外伸钢筋与桩帽外伸钢筋焊接→焊接处现浇混凝土节点。

3.1.1 预制系船梁

为减少水上钢筋、模板施工工作量，系船梁采用预制工艺，尺寸为6200mm×2200mm×600mm（长×宽×高），采用C45高性能混凝土，主筋采用Φ25螺纹钢并在构件长度方向两端外伸280mm。建议采用钢模以提高构件外观质量，并可通过钢模上的精确开孔更加有效的提高外伸钢筋位置的准确性。

3.1.2 现浇桩帽、牛腿

预制系船梁的搁置牛腿与桩帽共同现浇，牛腿尺寸2200mm×（200～500）mm×500mm（长×宽×高），牛腿搁置面正上方的桩帽侧面上预埋Φ25螺纹钢，外伸长度280mm。为确保系船梁安装顺利，以及桩帽侧面外伸钢筋与系船梁外伸钢筋的顺利焊接，桩帽侧面外伸钢筋在与系船梁外伸钢筋相对应的基础上向岸侧偏移25mm。

3.1.3 吊装系船梁

本项目设计要求预制系船梁混凝土抗压强度达到设计等级的80%以上方可起吊、运输、安装，混凝土抗压强度是否达到要求可通过留置并检测同条件养护试块判定。

安装过程中系船梁与桩帽的外伸钢筋达到24根，互相干扰影响较大，技术人员应在安装前做好测量放线定位工作，过程中指导安装人员耐心安装，确保安装位置偏差符合规范要求，尤其应确保两端搁置长度达到200mm。

3.1.4 系船梁外伸钢筋与桩帽外伸钢筋焊接

系船梁外伸钢筋与桩帽外伸钢筋均为24根Φ25钢筋，分3层布置，每层8根，采用单面焊，焊接长度为10倍钢筋直径，即250mm。

3.1.5 焊接处现浇混凝土

系船梁安装并焊接完成后，系船梁与桩帽间形成一个2200mm×300mm×600mm（长×宽×深）的槽，采用C45高性能混凝土现浇。因空间狭小清理困难，应采用鼓风机或高压水枪对焊渣等杂物进行清理干净后，再对槽两端侧模进行封堵。

3.2 质量控制重点和难点

3.2.1 系船梁、桩帽上的外伸钢筋预埋位置的准确性

外伸钢筋预埋位置的准确性直接关系到构件能否顺利安装，也直接关系到外伸钢筋能否顺利焊接，因此应采取钢模板开孔定位外伸钢筋、对现浇桩帽上的外伸钢筋位置严格复测等措施，确保外伸钢筋位置的准确性。

3.2.2 外伸钢筋的焊接质量

外伸钢筋的焊接质量直接影响到系船梁的受力情况，因此焊接质量应予以重点控制，但由于焊接作业空间小、钢筋数量多、对应的钢筋难免存在位置偏差等原因，焊接质量控制难度较大，故应以控制钢筋预埋位置、构件安装位置的准确性为基础，加强焊接过程中的质量控制，确保每条焊缝都饱满，焊接长度达到250mm以上。

4 结语

福州港罗源湾港区属于天然良港，目前港区南北两岸已建成的码头多为高桩码头和重力式码头，使用用途上有散杂货码头、集装箱码头、电厂配套重件码头及煤码头等，但有个共同点就是都是单层系缆，该化工专用码头为罗源湾港区内少有的采用双层系缆结构的码头。通过系缆垂直角的验算和系船梁的施工质量控制，在理论和实际上均为该码头多种船型的安全系泊提供了可靠的保证，同时也为其他类似码头的设计和施工提供了有益参考。

[1]JTS 165-2013，海港总体设计规范[S].

[2]JTJ 295-2000，开敞式码头设计与施工技术规程[S].