集装箱堆场排水系统设计方案研究

王 钊，贺春晖

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

集装箱堆场排水系统设计方案研究

王 钊，贺春晖

（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

做好集装箱堆场排水系统设计，保证暴雨时地面排水通畅，降低堆场地面积水概率，对于保障集装箱堆存期间的货物安全，避免经济纠纷有重要意义。本文结合京唐港 26#和 27#集装箱泊位工程的平面布置及工艺形式，分析比选了以往类似项目设计的雨水系统方案，最终选择了合理性和经济性较好的排水沟集水方案。

集装箱；雨水系统；合理性；经济性

引 言

目前，在港口工程排水系统设计中，影响集装箱堆场排水系统设计和运行的主要因素有如下几个方面：

1）集装箱堆场的平面布置。根据堆场与岸线方位划分有平行岸线和垂直岸线两种形式。

2）集装箱堆场的装卸设备。根据行进方式可分为轮胎式集装箱龙门起重机和轨道式集装箱龙门起重机两种。

3）集装箱堆场的铺面。堆箱区多采用高强连锁块（无箱角梁），也有采用箱角梁加碎石或箱角梁加连锁块的。装卸机械活动区域根据机械形式的不同也有多种形式，若采用轮胎式场桥，则需设置钢筋混凝土跑道梁；若采用轨道式场桥，则多设置整体道床，也有采用道渣轨枕形式的。

综合上述几个因素，结合实际集装箱堆场的情况可以制定工程排水系统设计方案。目前集装箱堆场排水系统设计主要有两种形式，即采用带箅雨水检查井，通过暗管汇流集中排放入海的形式和采用排水沟收集排水的形式。以实际工程为例，本文收集了天津港北港池集装箱码头一期工程、青岛前湾招商局国际集装箱码头工程、青岛前湾迪拜环球国际集装箱码头工程和锦州港第二港池集装箱码头二期工程的设计影响因素和排水系统形式，见表1。

表1 典型工程排水系统设计总结

从表1中可以看出，带箅雨水井收集，暗管汇排入海的方式适用于大部分码头结构，尤其是在无箱脚基础的重箱堆场区，道路和装卸设备行走区，此方式采用率较高；而排水沟收集的方式一般只用于有箱脚基础的堆箱区的排水设计，而在一般的道路和装卸设备行走区，排水沟的方式采用率不高，因为排水沟可能会影响设备运行及集装箱运输。

在实际工程排水系统的设计工作中，如何正确的选择排水系统方案是对设计人员工作经验和设计理念的重要考验。本文以唐山港京唐港区26#～27#专业化集装箱泊位工程为例，对码头排水系统设计方案的制定和选择进行研究分析。

1 案例分析

1.1 示例工程概况

唐山港京唐港区 26#～27#专业化集装箱泊位工程，集装箱堆场被垂直码头方向的3条纵向通道分成2个堆存区，每个堆存区均划分为11条堆箱区。堆场自东向西垂直于码头的通道名称依次为经一路～经三路，重箱堆场与岸边装卸桥之间的通道名称为纬一路，重箱堆场与空箱堆场之间的通道名称为纬二路。堆场区布置6条重箱堆场，其后3条为预留重箱堆场，剩余2条为空箱堆场，如图1所示。

图1 集装箱堆场平面示意

该工程堆场采用轨道式集装箱龙门起重机作业，跨内8列集装箱集中布置，2个车道集中布置在一侧。见图2。

图2 工艺布置剖面示意

工程主干道及堆场内通道铺面范围，采用沥青混凝土铺面结构；堆箱区采用混凝土联锁块铺面结构

1.2 排水设计方案设计及经济计算

根据前文所述内容，本工程道路部分采用带箅雨水检查井收集，然后通过排水支管最终排海的方案。堆场部分结合工程特点给出两种排水系统方案：

1）根据本工程的平面、工艺、道堆的设计条件以及根据平面专业高程布置方案，设计两种给排水系统方案并对其进行分析对比：

方案一：采用带篦雨水检查井收集，通过排水支管排入雨水干管，最终排海。由于每条堆箱区中心线为最高点，两侧轨道为最低点，因此每条堆箱区于轨道梁两侧各设置一排雨水检查井；

方案二：采用排水沟收集雨水，通过排水沟转换井排入雨水干管，最终排海。由于每条堆箱区一侧轨道为最高点，另一侧轨道为最底点，因此每条堆箱区于最底点的轨道梁一侧设置一排排水沟。

2）根据当地暴雨强度公式计算确定排水沟或雨水检查井、雨水管的管径、埋深、标高、坡度等。

本工程暴雨强度公式采用唐山地区的暴雨强度公式：

式中：P为设计重现期/a；t为降雨历时/min，t=t1+t2，t1为地面集水时间/min，t2为管渠内流行时间/min。

管道及排水沟的设计流量公式采用下列计算：

式中：Ψ为径流系数；F为汇水面积/ha。

3）为了更好的对两种方案进行对比分析，选取两方案中相同汇水面积的区域进行统计，根据统计结果进行造价成本比较。两个方案均按照重载考虑。汇水区域示意见图 3、图 4，各方案构筑物工程量见表2、表3。

图3 方案一选取区域示意

图4 方案二选取区域示意

表2 方案一区域内的构筑物工程量

表3 方案二区域内的构筑物工程量

1.3 方案比较

为了更好的进行方案选择，从收水能力、工程造价、施工工艺和管理维护等三个方面对两个方案进行比较：

1）从收水能力方面考虑，两个方案均满足了设计要求，排水能力相当；

2）从工程造价方面考虑，方案一比方案二投资少4.6 %（5.6万元）；

3）从施工工艺方面考虑，方案一由于有雨水检查井及雨水管两种构筑物，对施工的要求以及施工难度要大于方案二的排水沟系统；

4）从管理维护方面考虑，方案一采用的暗管方式，一旦发生故障，在故障排查和维修方面比较困难，因此，方案一的管理维护难度较大，经济成本较高；方案二采用排水沟排水，排水沟更易于清理，且排水沟与雨水干管采用排水沟转换井连接，排水沟内设有20 cm沉泥区域，减少了淤泥进入雨水干管沉积的概率，延长了管理过程中对排水系统的维护周期，因此方案二更便于管理维护，能够节省大量的管理成本。

综上所述，两种方案均能满足设计要求；方案二投资成本略高于方案一；在施工难度和后期的管理维护上，方案二更省时省力也更经济。因此，在堆场的排水系统设计方案的选择上，综合各项因素，方案二要优于方案一。

2 成果分析

2.1 方案优化选择

在复杂的排水系统设计工作中，根据工艺荷载和排水管管材的不同，各排水系统的造价也有很大差别：

当排水系统设置最低点为堆箱区中轴线时，由于此处不过车，轻型排水沟的工程造价与钢带增强聚乙烯螺旋管和雨水检查井的排水系统大致相当，而采用钢筋混凝土排水管和雨水检查井的排水系统造价最低。但是从后期管理角度考虑，又是排水沟和采用钢带增强聚乙烯螺旋管和雨水检查井的排水系统有较大优势。

当排水系统设置最低点为轨道梁两侧时，由于此处为通道需要过车，重型排水沟的工程造价要远远高于采用排水管和雨水检查井的排水系统。

因此，在设计过程中就需要设计人员根据设计条件及设计要求根据具体情况选择最适合的设计方案。如本文实例，最终综合了造价、施工、使用等多方面考虑之后并没有选择单一的排水形式进行整体排水系统的设计，而是采取了排水沟和雨水检查井相结合的排水方式，并达到了很好的效果。

2.2 回访情况

通过对已实施的集装箱码头工程进行回访，各集装箱泊位工程的排水系统大体运行良好，雨水检查井或排水沟均能有效地排除堆场雨水。但仍存在少数排水不畅区域，经进一步调查发现，排水不畅的主要原因有两个：

1）地面沉降问题

由于部分堆场施工工期短、质量控制不够严格，经过长时间的堆卸作业之后，堆箱区会发生较大的沉降，但轨道粱处经过特殊处理且无重物堆载，故一般不会发生沉降。因此，堆区在使用一段时间后形成堆箱区低洼，轨道梁区域高启，往往与初始设计的地面高程相反，因此造成地面排水不畅。

2）管理问题

经过一段时间使用之后，排水沟或雨水检查井的盖板均有可能被细小颗粒物堵塞，减少收水面积，无法达到设计的流量要求。排水沟或雨水管道内也会因为杂物淤积而减少过水断面，因此降低了排水系统的过流能力，形成排水不畅的情况。

3 研究结论

1）设计方案实际效果

通过设计回访，发现各集装箱泊位工程的排水系统大体运行良好，雨水检查井或排水沟均能有效地排除堆场雨水，仅存在少数排水不畅区域。

2）高程设计的建议

排水系统通畅与否，与高程设计及工艺布局设计紧密相关。为避免地面沉降后轨道梁成为“挡水坎”，建议集装箱堆场的堆箱区将轨道粱设计为平面高程最高点。同时，当堆箱区内设有凸起的箱角基础时，堆场中间应设计为高程最低点；堆箱区为平坦地面是，堆场与轨道梁之间的通行道路一侧（或双侧）设计为最低点。如此，可以杜绝后期地面沉降产生的“反排水”现象。

3）堆箱区内设置凸起的箱角基础的排水方案

在堆场区中间最低点处设置轻型排水沟，在堆场与轨道梁之间通道设置排水暗管。此方案排水路径最短，可最优化的解决排水问题，同时此排水方案的造价是适中的，为最优排水方案。

4）堆箱区为平坦地面（无凸起的箱角基础）的最优排水方案

堆场与轨道梁之间的通行道路一侧（或双侧）最低点处设置排水暗管加雨水口或收水检查井。但应注意，此种情况适应于堆场横向跨度不应太大，且堆场双侧通道（车行道或检修通道）都应设置排水管。此排水方案的造价是最低的，但克服地面沉降的性能稍差。

5）管材的建议

当堆场排水设置为暗管时，定期的清理很有必要。为了缩短清理的周期、减少清通的工作量，设计人员也需在设计过程中采取措施：如采用摩擦系数低的排水管道（如钢带增强聚乙烯螺旋管）取代钢筋混凝土排水管，减少淤积可能。

4 结 语

本文通过对已有实例工程的投资比较，分析出在各种工况下不同排水形式的工程造价，并给出几种可行的排水系统设计方案，通过对方案的对比和分析，最终确定的最优方案。

在工程后期回访工作中，找出了影响排水系统的关键因素，明确了在集装箱泊位工程中容易出现的问题，并找出了解决方法，给出合理化建议，总结了针对常见的集装箱泊位平面及工艺布置方案，所适宜的排水方案。

经过研究分析，提出了各类集装箱堆场排水的最优设计方案。如本文实例，堆箱区内设置凸起的箱角基础的情况，最优排水方案为常用的排水沟方案，该方案比带箅雨水检查井收集的方案可以节省投资50.3 %。

通过本文的研究，能为今后的集装箱堆场设计中提供宝贵的经验，方便设计人员快速、高效的选择出最适宜、最经济合理的雨水系统方案，从而大大的缩短设计周期，降低劳动强度，同时可以确保设计方案是最优的。

选择经济效益最优的排水方案，对我国集装箱码头工程的建设可节约工程投资、减少堆场积水，减少集装箱货损，具有较好的社会效益及经济效益。符合当今社会绿色、环保、节能、减排的设计理念。

［1］季则舟，胡世津.海运船舶现状和发展趋势及对我国港口建设的影响［J］.港工技术，2007，（6）：18-23.

［2］龙书玲.中国集装箱运输现状研究及前景分析［J］.产业经济，1001-828x（2012）05-0223-01.

［3］交通部第一航务工程勘察设计院.海港工程设计手册［M］.人民交通出版社.

Research on Design Proposal of Container Stockyard Drainage System

Wang Zhao，He Chunhui
（CCCC First Harbor Consultants Co.，Ltd.，Tianjin 300222，China）

A good design proposal for container stockyard drainage system guarantees unobstructed ground drainage during storm and reduces the probability of accumulated water on the stockyard ground，which has an important significance for the avoidance of economic disputes and the security of goods while containers are stored in stockyard.By referring to the plane layout and technological pattern of 26#～27#container berths project of Jingtang Port，the rainwater systems applied in other similar projects are analyzed and compared each other.Finally the drainage ditch is chosen due to its rationality and economical efficiency.

container； rainwater system； rationality； economical efficiency

U653.99

A

1004-9592（2016）05-0018-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160505

2016-02-14

王钊（1986-），女，工程师，主要从事给水排水专业设计工作。