某大件作业码头主体强度安全评估

刘剑

（大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁，大连，116023）

某大件作业码头主体强度安全评估

刘剑

（大连理工大学土木建筑设计研究院有限公司，辽宁，大连，116023）

中远物流拟在某码头进行大件作业，为确保安全作业，须进行相应的码头主体强度验算，并进行安全评估。

码头；安全；评估

一、工程概况

1、工程背景

大连中远物流有限公司拟在某码头进行反应器滚装上船作业，为确保作业安全，对码头滚装作业工况进行安全评估。

2、拟作业码头的基本情况

（1）自然条件

①地理位置

本工程位于棉花岛南端。棉花岛是大连湾湾底突出的一个半岛，三面环海，西侧为甜水湾，东侧与大连中远船坞有限公司船坞基地毗邻，南向及东南向为外海。

②地质

本区所处大地构造单元为中朝淮地台营口-宽甸台拱以南的复州凹陷区及金州断裂带以东的倒转背斜东翼。挤压带及断裂构造较为发育，并伴有燕山期火成岩侵入体。

勘察场地上覆为第四系全新统海相淤泥，淤泥质亚粘土及更新统陆相碎石、碎石混粘土、粘土；下伏基岩为震旦系中统甘井子组白云质灰岩夹着通灰岩，以及中生代燕山期辉绿岩岩脉穿插。

本区地震烈度为7度。

③水文

a.设计潮位(以大连港筑港零点起算,下同)

极端高水位:5.10m

设计高水位:4.15m

设计低水位:0.60m

极端低水位:-1.15m

施工水位:2.20m

b.海流:

该区海流主要为潮流流,由于大连湾的湾口在南端，整个海湾潮流流速自湾口向湾顶呈递减趋势，棉花岛海域即港址处，位于大连湾北端湾顶，是潮流最弱的区域之一。涨潮流向自东南向西北，最大流速 8.2cm/s，落潮流自西北向东南，最大流速13.4cm/s，大潮期间多数流速不超过0.1节，最大流速小于0.3节。

c.波浪

拟建工程所处水域无掩护,主要受SE向外海波浪影响。

④气象

a.风况

该地区主要受季风影响，夏季多偏南风，冬季多偏北风。常风向为N向，强风向为N向及NNW向，最大风速为34m/s。年均风力大于等于6级风的天数为33.73天，大于等于7级风的天数为6.06天。

b.气温

年平均气温:10.2℃

年最高气温:35.3℃

年最低气温:-21.1℃

最低月平均气温:-3.33℃(一月)

最高月平均气温:23.54℃(八月)

c.降水

降水集中在七、八月份。

年平均降水量为658.7mm。

d.冰况

大连湾结冰期为每年1月初～3月初。结冰厚度为5～20cm,多分布在岸边附近水域。

e.雾

年平均雾日约40天，能见度小于1公里的重雾的天数平均为24.3天，最多39天，持续时间自午夜至清晨，一般在6小时以内。3-8月为雾季，7月份最多。

f.冻土

冻土深度为0.9m。

（2）评估条件

①主要建筑物及结构安全等级

码头:Ⅱ级

②建筑物设计标高

码头:码头面标高5.5m,码头底标高-6.5m。

③建筑物主要尺度

码头总长136m。

④结构方案

码头结构为重力式,下部采用沉箱,上部为现浇混凝土胸墙结构。

沉箱底标高为-7.0m,下设0.5～1.0m厚抛石基床。沉箱顶标高为2.5m。

胸墙为现浇结构。现浇胸墙中设有 1000×1000mm的管沟,用于铺设给水管线及通信线路。

当节点检测到枪声信号时开始监听网络中是否有相同频率的载波，以此来判断当前信道是否空闲。当前信道忙碌时，节点不发送数据并保持连续监听；当前信道空闲时，网络中可能出现多个节点同时需要发送数据的情况，需要合理的退避机制来规避节点的信道冲突。在节点退避周期结束之后执行空闲信道评估（Clear Channel Assessment，CCA），如果此时节点检测到信道空闲则发送数据，否则节点进入下一个数据收发周期。退避算法[5]的流程如图3所示。

采用11座250KN系船柱, 105个H300×L1500D型橡胶护舷和13个φ800×127×L2000型圆筒护舷。

注:经评估委托方现场测量,原施工图系船柱间距与现在系船柱间距有出入。

⑤使用说明

原使用情况：

码头岸线长160.83m，为3000DWT级顺岸式可滚装泊位一个，码头前沿14m范围内堆货荷载为30kN/m2，14m范围外荷载为60 kN/m2;组合拼接式大型拖车每轴自重5t，每轴承载29t，每轴8个轮子，两轴间距1.6m，每个轮子对地压强为 700 kN/m2;船舶靠泊码头必须遵守有关规定,靠泊速度不大于0.2m/s。

使用情况：

码头前沿至后方荷载为60kN/m2。

二、评估验算内容

1、泊位系船柱强度验算

2、护舷型号验算

3、泊位岸壁整体稳定验算

4、基床顶应力验算

5、地基承载力验算

6、沉箱构件强度验算

7、泊位管沟强度验算。

三、验算结论

注:以下验算结论均以构件现浇混凝土强度符合原设计要求为基础。

1、系船柱：

系船柱三种工况：平板车离船上岸；平板车离岸上船；驳船顺岸靠泊，由于平板车离岸上船对码头产生挤靠力，故仅考虑两种作用情况下对系船柱进行核算：

（1）驳船作业（平板车离船上岸）时：

驳船上设备受风面积较大,因此,考虑最大允许系泊风速为 9m/s(即五级风),因此风荷载对驳船作用力为 51kN。据业主提供资料，平板车向岸移动时，对驳船的向外作用力为 35～50t，因此影响驳船正常作业的条件主要是平板车对驳船向外的拖拽力。由于现有码头系船柱为 250kN，因此在平台小车上岸两侧 3#、4#系船柱（如图）各系一根缆绳，抵消小车对驳船向外的作用力。同时2#、5#系船柱各系两根缆绳以保持驳船作业时的横向稳定，并密切关注各缆绳受力情况，必要时调整各缆绳松紧程度或增加缆绳数量（考虑使用1#、6#系船柱）。系缆所使用的缆绳的破断力应不小于25t。

（2）驳船空载（半载）顺岸靠泊时：

空载（半载）时，驳船受风面积567m2，风速条件V=22m/s（九级风），经计算系船柱受力N=234KN，现有250KN系船柱满足使用要求。

2、护舷型号核算

按照靠岸速度为 0.15m/s计算，驳船靠岸时撞击能量为 92.8KJ。原PFφ800L2000吸能量为40KJ，不能满足驳船靠泊使用要求。

故建议：（1）、将驳船作业范围内漂浮式护舷更换成PFφ1400L2000型号。（2）、若不具备更换条件，则建议滚装作业单位，自行在驳船尾部安装靠船构件。

3、主要考虑在自重土压力、可变荷载（主要是轮压引起的均布荷载）土压力、系缆力作用下，泊位整体抗滑、抗倾稳定要求。

4、泊位基床顶应力最大值为293KPa,满足规范规定的600KPa使用要求。

5、因泊位抛石基床下基础为灰岩，承载力高，可满足本次使用要求。

6、按照现有情况根据计算，沉箱配筋可满足强度要求。

7、原设计考虑30KPa均布荷载，本次使用均布荷载达60KPa，因此，现有管沟无法满足使用要求。需考虑进行加固。

8、虽然码头主体强度满足滚装作业强度要求，但为了改善沉箱受力，使荷载分布到两个沉箱上，建议对码头上部结构进行钢结构加固改造。

四、作业时码头使用要求

综合考虑本地区的自然条件、已建工程的设施配备、相关工程的使用经验、本次使用的特殊性等因素，对使用情况提出以下要求：

1、驳船在海上经相关部门准许后，由引水员引至码头前水域。驳船应采用全回转拖轮辅助靠泊。

2、驳船进港前，应事先将本地自然条件尤其是风、浪、流、能见度、码头系缆设施及拖轮配备情况通知船长，以便船长根据情况变化决定船舶靠、离及系泊方案。

3、驳船最大系泊波高为0.6m，周期不超过6s。

4、驳船靠泊时的最大法向速度为0.15m/s，最大靠岸角度为3°。

5、驳船在下列情况必须离开码头

风速达6级以上（含6级）。

码头前沿水域出现周期大于6s的波浪。

码头前沿水域出现波高大于0.4m、风速达4级（包括4级）及流速达2节（包括2节），任意两种情况同时出现时。

6、码头前沿水域出现0.4m波高并有增大趋势或风速达4级并有增大趋势时，严禁驳船靠泊作业。

7、如在作业工程中，码头前沿水域出现0.4m波高并有增大趋势或风速达3级并有增大趋势时，靠泊应停止作业。

8、驳船靠泊后，至少系6根缆绳（缆绳破断力不小于25t），并应随时根据缆绳拉力情况适当调整缆绳布置及松紧程度或增加缆绳数量，尽可能使各缆绳受力均匀。

9、船舶不允许空载系泊，至少应保持1/3载重吨的压舱水。

10、靠泊离港时必须用拖轮平行移出，切忌驳船撞击码头。

11、使用单位应根据经验，结合当地自然条件和拖轮配备情况，合理处置其他可能出现的不利情况。

12、拖车作业时，应可能在泊位两个沉箱接缝处行使，以使荷载较均匀的分担在两个沉箱上，拖车在行使车足够距离后，方可转弯，以减少使用对码头的不利影响。

13、拖车应缓慢起、制动，平稳行驶。

14、如使用中超过本报告的允许荷载，必须事先征得评估单位同意。

五、结语

由于大件运载的特殊性，往往需要通过水路进行运输，因此作业的时候进行相应的安全评估就变得必不可少的一道程序。本文通过介绍中远大件靠泊某码头作业所进行的安全评估，希望其中的评估内容和评估建议能为为今后类似安全作业评估提供参考和借鉴。

[1] JTS 167-2-2009，重力式码头设计与施工规范.

[2] JTS 144-1-2010 港口工程荷载规范

TU654

1674-3954（2011）03-0411-02