某码头结构及配套设施设计技术要点探究

2022-12-16张顺江西省港航设计院有限公司

珠江水运 2022年22期

张顺江西省港航设计院有限公司

1.引言

内河航运是我国交通运输体系重要的组成部分，经济发展的大背景下，对内河航运的功能和质量水平需求在不断提升｡随着材料水平和水工基建能力的大幅度跃升，对提高内河码头设计建造水平的材料、技术和经济能力支持越来越充分，我国内河码头升级改造建设由此进入一个快速发展时期｡案例码头提质改扩建工程中，采取适用结构型式，加强持久性设计和现代配套技术应用，取得了良好的码头改造工程的优化设计和改造效果｡本文从码头结构型式设计、持久性设计、配套设施设计等3个方面，梳理介绍相关设计技术要点，以为同类工程设计应用提供设计技术参考｡

2.工程概况

某内河辖域全长242公里，国家Ⅲ级内河航道｡为满足地方水运服务需求，在兴安镇码头改造工程中，结合航道地质、水文和服务业务特点，新建1个混装泊位、2个坡道客运泊位和2个垂直货运泊位｡新码头客运量设计为10×104人次，年货物吞吐量设计30万吨，年通过能力设计41.5万吨｡新码头陆域港区面积85800m2，码头前作业区4468m2，堆场面积16432m2，港内道路22281 m2，停车场面积1536.0m2，绿化21909m2｡增建一系列生活、生产附属建筑，提质改造供电、供水配套设施｡

3.设计条件

3.1 标高与水位

河底标高248.5 m，顶标高258.5m，低水位250.5m（P=95%保证通航水位）；20年洪水高水位258.37m｡

3.2 设计荷载

前方堆场60kPa，前沿堆货码头30kPa｡根据1000t驳船，船舶载荷系泊力取150kN，基于自然冰载荷｡地震烈度Ⅵ度区，地震峰值加速度为0.05g，属于一个相对稳定的区块，中等硬度场地，震反应谱值0.35s｡设计过程考虑抗震措施，忽略考虑地震力[1]｡

4.码头结构型式设计

货物码头采取重力混凝土砌块结构，具有良好的抗冰性、抗冻性和持久性，同时具有投资少、用钢量小、施工方法成熟的优点｡河底标高248.5m，顶标高258.5m｡前沿长度120.0m，下翼墙长度30.0m，上翼墙长度为45.0m｡上部重力结构为现场浇筑砼混凝土胸墙和卸载板，下部是3层空心预制砌块，块中回填砾石｡底部为厚2m的砾碎石基床，胸墙底部2.0m宽，顶部0.8m宽，3.9m高｡卸载板1.0m厚，悬臂长1.50m｡底块高1.5m，方块底宽3.5m，二块和三块1.8m高，壁厚0.40m，底块设前趾0.3m（详见表1）｡

表1 重力块码头结构基本工程量列表

混装码头采取实体斜坡结构设计，由水下段和水上段斜坡、系泊牛和抛石棱体组成｡坡率为1：10｡施工水位以下的坡结构采取预制素混凝土50×30×20cm砌块，砾碎石垫层厚30cm｡施工水位以上的坡面，C30混凝土厚度30cm、砾碎石垫层厚度30cm、无纺土工布倒滤层｡底宽25.00m，底标高248.3m，顶部宽20m，顶部标高258.3m｡预埋抛石棱体，底宽3m，顶部标高248.3m，厚2.00m｡坡道两侧设间距20.00m的系泊地牛5个（详见表3）｡

表3 混装码头基本工程量列表

客运码头部分，设计采取斜坡结构，由护岸、移动栈桥和趸船构成｡实体护岸坡率1：3，长135m，坡体采用15cm混凝土砌块、无纺土工布滤层、砾碎石垫层30cm｡坡端设置抛石突出棱体，棱体外坡1∶2，棱体顶宽2m｡坡顶与码头顶标高一致，标高258.5m｡棱体顶标高251.3m｡趸船宽10.5m、长40.0m、深1.8m，吃水0.65m｡趸船均设有移动钢栈桥｡

5.装卸工艺方案设计

装卸功能设计，基于港口的年吞吐货物量、货物流向、类型、车船类型、储运方式、装卸条件需求和环境条件等进行｡开展装卸功能设计时，从俭省操作环节和简化工艺流程入手，合理选择工具和型号，优先选择国产定型产品，降低型号种类和尺寸[2]｡

5.1 基本设计参数

（1）年吞吐量设计：见表4｡

表4 年吞吐量参数

（2）船型设计：600吨混装船，混装泊位，1000吨驳船，直立泊位｡

（3）作业天数标准：堆场作业200d，码头作业170d，3班轮转操作系统｡

（4）港口不平衡生产系数：1.6｡

（5）木材采取公路进口；其它货物以出口为主，主要靠公路口岸收集｡

5.2 码头装卸设计

木材码头的主要业务是木材卸船，木材泊位的作业设备主要有轮胎起重机、装卸桥、岸基固定式起重机和门式起重机｡后两类设备是木材码头最常用的装卸设备，特别适用于非专业船舶的木材载运装卸｡轮胎起重机和装卸桥对船型、船型规格、木材规格、木材分组和体积等都有较高的要求，相对于装卸船作业效率比较低｡

经过综合分析考量，考虑到木材码头主要以进口木材卸货业务为主，装卸设计主要围绕适合这一业务的操作需求来合理选择作业装备｡

QLY40H型轮胎起重机是桁架臂和钢丝缆臂可变幅的复合轮胎起重机｡液压泵源可以通过柴油机或电机变频驱动｡整车的升降、变幅、回转和走行机构均以液压传动｡先导比例控制和可变主泵，可以实现无级调速、回转、变幅和升降的联合并用｡该起重机运行效率高，容量大，运行可靠｡完全满足装卸业务需求，并且一次性投资比较小，冬季可转为作业｡

表2 踏步和护岸的基本工程量列表

6.持久性设计

水工建筑物的设计寿命为50年｡基于持久性级别、设计应用寿命和环境条件的要求，选择混凝土材料和配比｡严重环境侵蚀时，采用C30以上混凝土，环境侵蚀不大时，可采用C25混凝土｡存在融冻循环混凝土，可基于平均融冻循环频次，适量加入引气剂｡喷溅区要增加混凝土保护层的厚度｡混凝土配筋应采取合适的钢筋间距和密度配置，防止保护层厚度不够，造成砼保护层剥落或钢筋过快锈蚀[3]｡

单个混凝土结构部件均采取整体浇筑，不留施工缝｡当一定要存在施工缝时，结构和位置不应有害于结构的持久性｡保证混凝土浇注速度，尽快成型混凝土｡混凝土的自由落体高度≤1.50m｡充分捣振混凝土｡分层浇注时，连接区域混凝土应以振动为主｡低温条件浇注混凝土，桩基础、模板、钢筋和混凝土材料与混凝土的接触温度不宜过低｡可经过适当加热后调拌混凝土材料，保持混凝土硬化温度｡不宜将与配筋或混凝土共同作用的装备套管埋在结构中，应正确定位钢筋并牢固扎绑在模板中，混凝土浇注和捣振时不得移位｡采用防锈钢丝扎绑钢筋，钢丝头不宜伸入混凝土护层｡应用细石混凝土或水灰比低于0.4的水泥浆｡每平米水平配筋不少于4垫｡垂向钢筋的垫块不得少于2块/m｡模板应具有足够的密度和强度｡混凝土浇注、捣振时，模板不得渗漏、形变、位移｡

7.配套设施的设计

基于码头辅助设施设计规范和港口工程载荷规范，选用15t系泊柱，锚泊力取150kN｡应用D400×400×1500L和D300×300×1500L橡胶护舷｡

本项目局域网主机房装备设计：网络管理服务器1台，42U标准柜1台，24端口数字交换机2台，内置防火墙路由器1台，光电转换器2台，布线架2台，不间断电源3台｡以上装备构成码头局域网硬件平台，向48个应用终端，提供信息交互和网络互联服务｡

监控装备构成设计：视频分配器10套、视频切换矩阵2套、光端机20套、46英寸LCD画面终端2套、7×24h硬盘录像机2套、光盘录像机2套、带阳台的遥控低亮度全景摄像机10套｡

通信广播系统组成：通信分配箱5个，通信接入点约35个，固定无线电台1个，无线对讲机10个，VHF岸站1个，遥控麦克风2个、音频分区放大器2个、数字调谐器2个、DVD2个、扬声器6个｡

供电装备涉及：除货运站火力为二次载荷外，其它电气装备均为三次载荷｡供电系统由10/0.4kV功率变电站、电容器补偿柜、高低压配电屏组成｡箱式变电站设计决定了变压器的配电屏数量、容量标准、运行方式以及冗余储备等设计项的选择｡

防雷接地设计：采取TN-S防雷接地系统，以码头建筑物主筋接地｡当基础中的钢筋不能用于接地时，焊接热镀锌Φ16圆钢作为接地体，或在建筑物四周铺设热镀锌扁钢作为接地体｡接地电阻不宜高出1Ω｡当建筑接地体实际测量功效不满足要求时，应加设接地体，直至满足功能需求｡进入建筑的弱电工程，采取等电位连接，接地电阻≤1Ω｡室外灯具接地，选择TT接地系统，并且接地电阻≤4Ω｡保证门座起重机的轨道可靠接地，两条轨道每隔30m给予1次连接｡进出建筑物的所有弱、强电力系统的入口，均配备电涌保护器｡

记录安全防护信息设计：由硬盘摄像机记录监测防护系统的视频信息并可重放，硬盘至少达到7×24h的视频数据储存量｡当视频数据超过最大存储容量时，视频数据由16×DVD数据切割器处理并编码存储于DVD光盘中，以便日后重播｡视频数据可以通过硬盘录像机回放｡可以通过视频切换矩阵，将监控和重放信号显示在8×8LCD显示器上｡

安全防控体系主要由监控、通信和消防装备系统构成｡借助监控装备，发现火灾，可以通过通讯装备，启动消防装备适时扑灭火灾｡发现其他潜在安全风险时，可以通过通讯装备，向消防员、救护人员以及相关生产操作人员传递信息，他提醒相关安全处理操作｡监测装备和通讯装备每天24h连续运行，消防装备平时备用｡防火救护设施，可以远程信息控制，也可以由现场人员手动操控｡