内河大水位差码头结构形式发展趋势与应用

傅文通

我国西南地区河流众多,雨量充沛,水资源丰富,但多属山区河流。山区河流随着季节的变化,沿岸码头水位落差很大,如长江上游港口码头的水位差一般为16 m～30 m,个别港口甚至达到50 m。早在20世纪60年代,我国在川江、西江就提出了大水位差码头结构形式和装卸工艺研究问题。对于这些大水位差港口,考虑到其港区地质、地形、水文、投资等条件的限制,大多采用了斜坡式码头形式。传统斜坡式集装箱码头的装卸工艺和装卸设备已显露出不能适应迅速增长的集装箱运量的需要。因此,急需研究开发经济实用、高效先进、适合于西部内河大水位差港口的码头结构形式。

1 山区河流码头形式简介

山区河流常用的码头形式有直立式码头、斜坡式码头和浮式码头等。直立式码头具有机械化程度高、吞吐量大、工人劳动强度低的优点。为保证枯水季节船舶能正常靠泊作业,码头需建在枯水岸边,这使得码头靠近江心,对洪水季节河道的泄洪有一定的影响;另外,由于水位变幅大,建造过高的直立式码头可能导致垂直视距过大,工人看不清现场装卸情况,既影响装卸效率,又增加了安全隐患。斜坡式码头能较好地解决水位变幅大的问题,但斜坡式码头的移泊作业麻烦,特别是在洪水季节,水位涨落迅猛,一天要移泊好几次,甚至由于移泊不及时还可能造成搁浅。浮码头也能较好地解决水位差问题,但其装卸作业均在趸船上进行,受场地的限制和风浪的影响比较大,而且趸船与岸之间是通过引桥联系,通过能力有限。

2 山区河流码头形式的发展趋势

在20世纪80年代以前,受经济条件的制约,码头建设资金比较缺乏,在结构选型时往往优先考虑采用造价相对较低的斜坡式码头。由于斜坡式码头很难满足日益繁荣的内河航运需求,80年代以后,兴建或改建的直立式码头越来越多,目前直立式码头比例已高于斜坡式码头比例。

曹周红等[2,3]对西部山区河流码头形式与水位差的关系进行调查统计后得到:当设计高低水位差在10 m～20 m时,直立式码头所占比例最高,处于主导地位;当设计高低水位差在20 m～30 m时,斜坡式码头所占比例最高,处于主导地位;当设计高低水位差在30 m以上时,其他形式的码头几乎没有,斜坡式码头处于主导地位。许增泽[4]统计了四川省的内河码头结构形式,发现斜坡式码头约占2/3,一般为实体斜坡,少数为透空斜坡,其余为栈桥式、分级直立式、直立式和桥吊式等。方育平[5]认为斜坡码头能较好适应长江上游陆域和水域条件,斜坡码头在今后很长一段时期仍将在长江上游港口占主导地位。据吴友仁等[6]对重庆三峡库区港口码头建设情况的调查统计,丰都港、重庆港和万州港等码头结构形式基本上为斜坡式,少数为台阶浮囤式、阶梯踏步式、栈桥式和直立式等。同时指出,直立式码头特别是架空直立式码头将是长江上游、三峡库区一带港口码头结构形式的发展趋势。蒋江松等[7]对重庆市集装箱码头的结构形式及其经济特性进行较深入的研究分析,提出了五类码头结构形式,比较了各种方案的优缺点。

随着我国经济实力的增强和西部大开发战略的实施,西部地区内河港口发展迅速。航道整治工作的不断进行和一些枢纽工程的相继建成使得我国内河航道的等级不断提高(如长江5 000 t级船可直达武汉,三峡工程建成更可直达重庆),内河航运的任务也日益繁重。由于架空直立式码头能很好适应内河大水位差变化,装卸效率高,通过能力大,已呈现出广泛的应用前景,因此,笔者认为对于大水深、高水位变幅的内河港口,架空直立式码头是今后码头结构形式的一个发展趋势。

3 内河大水位差直立式码头的结构特点

无论采用何种结构形式,内河大水位差直立式码头均具有如下特点[8]:1)码头结构高度大。由于山区河流洪水历时短,多呈暴涨暴落的特性,河道通常水流湍急、水位变幅悬殊,因而导致码头结构高度较大。2)连续或分级的系靠泊设施。由于河道水深和航行条件的限制,长江上游通行的驳船或集装箱船通常船型尺度较小,为满足不同水位下船舶的停靠和系泊,码头结构上需要合理布置系靠泊设施。3)桩基基础。由于山区河流水流流速大、水位涨落频繁、河床多呈冲刷趋势,码头区地层通常具有覆盖层较薄、持力层埋深较浅等特点,因而架空直立式码头一般采用钻孔或挖孔嵌岩灌注桩作为码头基础。4)码头结构呈明显的空间特征。

4 大水位差码头在重庆地区的应用

1)朝天门客运码头。重庆港朝天门客运码头位于重庆市中心嘉陵江出口段右岸,码头中心线距嘉陵江与长江汇合口约600 m,码头设计通过能力为490万人/年,旅客最大聚集量为6 000人,水域布置 3个 1 000 t级客轮泊位,码头泊位长度 255 m,占用岸线总长303 m,陆域为多功能客运大楼和检票大厅。码头设计高水位190.97 m(吴淞基准面),设计低水位160.10 m,设计河底高程157.10 m,陆域坡顶须维持现有高程200.4 m,码头高差达40 m多,水位差达30.87 m,属于大水位差码头[9](见图1)。

码头结构采用排架墩柱式架空斜坡道,并在斜坡缆车道结构上采用了宽42.1 m的排架,将四对共八条轨道梁和两对共四条踏步梁集中布置于一榀排架上,每对踏步梁组成一条宽为4 m的人行踏步道。此外为了最大程度减少水工建筑物对航道及水流流态的影响,经论证最终选择了19.5 m大跨度排架方案,共四跨五榀,两个水下排架基础为预安钢筋混凝土箱形模板内现浇水下混凝土墩基,其余三个为岩基上现浇混凝土台形基础。经比较后首次在斜坡码头上采用三跨现浇连续箱形梁的结构形式,梁高1.8 m,梁宽0.8 m,内口宽0.4 m,与普通梁相比,混凝土增加较少,但侧向抗弯能力大大增强。水下跨轨道梁和踏步梁则在岸上预制,并采用180 t大浮吊进行水下安装,水上三跨踏步梁为现浇简支箱形梁。

2)寸滩集装箱码头。寸滩集装箱码头为大水位落差、高桩直立式码头,一期工程建有3 000 t级集装箱泊位2个,设计年装卸能力为28万标箱;建有3 000 t级汽车滚装泊位1个,设计年装卸能力为15万辆。二期工程还将建3 000 t级集装箱泊位3个,设计年装卸能力为42万标箱;3 000 t级汽车滚装泊位1个,设计年装卸能力为15万辆,系长江上游最大的集装箱港区。寸滩集装箱码头一期工程码头结构形式为桩基梁板式,码头平台长220 m,宽30 m,桩基间距6 m,排架间距6.5 m。码头下部结构桩基采用嵌岩桩,上部结构由横梁、横撑、纵撑及面板组成。码头设计高低水位差达34 m,码头平台前方共设7层系靠船平台,该结构形式是目前所建水位差最大的架空直立式集装箱码头[10](见图2)。

3)涪陵黄旗集装箱码头。黄旗集装箱码头具有集装箱运输、汽车滚装运输和港口物流中心三大功能。规划岸线总长1 462 m,占地面积1 322亩,建设 3 000 t级集装箱码头泊位5个,滚装码头1座,估计总投资10亿元。码头设计高低水位差较大,为大水位差码头。

5 结语

架空直立式码头能很好地适应内河大水位变化,且具有装卸效率高、通过能力大、应用前景广等诸多优点。因此,笔者认为对于大水深、高水位变幅的内河港口,架空直立式码头是今后码头结构形式的一个发展趋势。

[1] 唐善祥,王曙光.川江码头的发展趋势[J].水运工程,1990(3):17-20.

[2] 曹周红,刘晓平,沈志刚.山区河流码头形式及其发展趋势[J].湖南交通科技,2004,30(2):90-92.

[3] 刘晓平,曹周红.山区河流大水位差港口码头水工结构形式研究[D].长沙:长沙理工大学,2003.

[4] 许增泽.四川山区河流港口的码头形式[J].中国港口,2001(4):16-17.

[5] 方育平.对长江上游斜坡码头结构的探讨[J].水运工程,1991(5):14-16.

[6] 吴友仁,王多垠,吴宋仁,等.长江上游港口码头结构形式及其发展趋势[J].港工技术,2005(4):22-24.

[7] 蒋江松,何光春,汪承志,等.重庆地区大水位差集装箱码头合理形式分析[J].交通科技,2006(6):107-113.

[8] 徐俊杰.内河大水位差架空直立式码头结构设计[J].水运工程,2006(9):62-67.

[9] 董传扬.重庆港朝天门30 m水位差客运码头工程设计[J].水运工程,1998(10):44-47.

[10] 王多垠,石兴勇,吴友仁,等.重庆寸滩架空直立式集装箱码头结构有限元分析[J].水运工程,2006(4):35-37.