某码头减载靠泊20万吨级集装箱船能力论证

母从容

摘 要：为了充分利用港口岸线和现有码头资源，结合现有码头结构检测结论，对某工程1#～3#泊位的码头泊位长度、前沿停泊水域、回旋水域、航道、锚地、导助航设施、码头工艺设备、码头主体结构安全稳定性及码头附属设施安全性等方面，進行超原设计船型的集装箱码头靠泊能力的论证，评估码头靠泊20万吨级集装箱船舶的可行性。对不满足靠泊要求部分，在保障船舶靠离泊和生产作业安全的前提下，提出限制要求，在特定的条件下，可进行靠离泊装卸作业。

关键词：集装箱船;减载靠泊;平面尺度;码头工艺设备;码头主体结构;附属设施

中图分类号：[U653.5]            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）03-0080-03

面对全球集装箱班轮大型化加速的局面，新建大型深水码头固然可以解决问题，但往往受到岸线、土地、水域和资金等问题的限制变得越发困难。宝贵的岸线资源是不可再生的，为充分利用港口岸线和现有码头资源，在保障船舶靠离泊和生产作业安全的前提下，提出限制要求，超原设计船型在特定的条件下，进行减载靠离泊装卸作业可以最大限度发挥码头潜力，优化资源配置，满足公司生产经营的需求。

1论证内容

本文主要从码头总平面图布置、码头工艺、码头系泊设施、码头结构等主要几个方面进行安全核算，论证减载靠泊20万吨级集装箱船的可能性。

2码头结构现状

某工程码头（1#～3#）泊位长度为1246m，原码头设计布置3个10万吨级集装箱泊位（结构按15万吨集装箱船预留），顶高程8.2m（见图1）。

码头结构采用不带卸荷板的重力式沉箱结构。码头持力层为强风化岩，基床顶标高为-17.0m。沉箱长16.60m、底宽14.0m、标准沉箱高20.0m。码头采用AA1200三鼓一板高反力橡胶护舷，设2000kN系船柱。集装箱装卸桥后轨基础采用灌注桩结构，桩基采用Ф1200灌注桩桩基上现浇C40轨道梁。码头前沿现共配备岸边集装箱装卸桥10台，轨距均为35m，装卸桥外伸距66m，其轨上起升高度42m。

根据码头现状检测报告及现场检查结果，1#～3#泊位整体基本完好，沉箱、胸墙等主要构件均处于较好的保护状态;码头沉降和位移均在正常的范围内;附属设施有局部破损，但不影响码头使用。码头现状良好，码头耐久性能够满足要求，不需要加固改造。

3核算论证

3.1论证船型

本次论证船型为20万吨级集装箱船，总长400m，型宽61.5m，型深33.5m，满载吃水17.0m。

3.2总平面布置复核结论

按最新规范对20万吨级集装箱船减载（限制吃水16.0m内）进行论证，论证结论如下：

（1）泊位长度：某工程1#～3#泊位岸线总长1246m，可满足2艘20万吨级集装箱船同时靠泊。

（2）停泊水域：根据某工程1#～3#泊位停泊水域水深扫测资料，现有1#～3#泊位的停泊水域123m的底标高均达到-17.0m，满足20万吨级集装箱船减载（限制吃水在16.0m内）停泊需求。

（3）回旋水域：某工程1#～3#泊位回旋水域与某工程4#泊位统筹考虑，回旋水域长轴长2040m，短轴宽675m，根据某工程1#～3#泊位2020年3月测图，测图中的回旋水域水深大部分达到15.5m，局部有浅点。回旋水域内需要全部疏浚至-15.5m后才能满足20万吨级集装箱船减载（限制吃水16m内）乘潮作业的要求。

（4）航道：某工程1#～3#泊位船舶进出港利用厦门港主航道及海沧航道，现有航道尺度满足20万吨级集装箱船减载（限制吃水16.0m内）乘潮进出港要求，乘潮水位为3.14m（乘潮历时6小时，保证率90%）。

（5）锚地：1#锚地水深及平面尺度可满足20万吨级集装箱船减载候潮待泊需要。

3.3码头工艺复核结论

通过对岸桥外伸距和起升高度的核算，复核结论如下：

（1）根据计算，20万吨级集装箱船装卸作业要求岸桥外伸距需达到65.88m，现有岸桥外伸距为66m，可满足装卸要求。

（2）20万吨级集装箱船装卸作业要求岸桥轨上起升高度达到53m，现有岸桥轨上起升高度为42m，使用单位现拟将岸桥加高8m，则加高后的起升高度分别为50m，加高后仍达不到55m起升高度的要求。因此，利用现有岸桥装卸作业时需控制甲板上堆箱高度。

3.4码头系泊设施复核

3.4.1系缆力

设计风速V=22m/s（9级风），流速V=1.37 m/s计算。当风力大于9级风时船舶应离开码头到锚地避风。

系缆力按《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）有关公式计算：

式中：N为系缆力标准值; 为风和水流对船舶作用产生的横向分力总和及纵向分力总和;为系船柱受力不均匀系数;n为计算船舶同时受力的系船柱数目， n=14; α为系船缆的水平投影与码头前沿线所成的夹角，取α=30°;β为系船缆的水平面之间的夹角，取β=15°。经计算：N =1821kN，码头上现有2000kN系船柱可满足船舶靠泊要求。

3.4.2挤靠力

按《港口工程荷载规范》（JTS 144-1-2010）有关公式计算：船舶停靠码头后，由吹拢风及泊稳波浪所产生的船舶挤靠力，由船舶的直线段与码头护舷相接触，并传递给码头结构。由于船舶直线段较长，一般为船长的0.7倍左右，接触点较多，其力值小于船舶靠泊撞击力。

3.4.3撞击力

船舶靠岸时的有效撞击能量按下式计算：

式中为有效动能系数，取0.8;为船舶质量（t），按满载排水量计算，取t; 为船舶靠岸法向速度（m/s），m/s。

经计算，有效撞击能量为774.91KJ。

3.4.4系泊船舶在横浪作用下对靠船结构产生的撞击能量

经计算，船舶停泊时在横浪作用下产生的撞击力与靠泊时产生的撞击力相比较小，不起控制作用。

综上所述，码头现有靠泊设施为AA1200H三鼓一板高反力型橡胶护舷，最大设计吸能分别为806kJ。根据以上结果，在严格限制船舶法向靠泊速度的前提下，能够满足20万吨级集装箱船靠泊要求，靠泊时应严格控制船舶法向靠泊速度。

3.4.5码头结构复核

根据工艺设备复核现有岸桥轨上起升高度不满足20万吨级集装箱船装卸作业要求，需对岸桥进行加高改造，结合现有条件及使用单位需求，拟将岸桥加高8m。由于岸桥加高8m后设计荷载改变，需按加高后的岸桥荷载对码头结构进行复核。

3.4.5.1设计波浪要素

工作状态：按船舶作业最大允许波高，H1%=1.3m，H4%=1.0m。非工作状态：50年一遇，波向SE，H1%=4.23m，L=66m，Tm=6.5S。

3.4.5.2码头均布荷载

码头前方70m范围内均布荷载30kPa;距码头前沿70m范围外为堆场，均布荷载60 kPa。

3.4.5.3岸桥荷载

加高8m后的集装箱装卸桥基距16m，轨距35m，工作状态下（计算风速20m/s），前轨最大轮压860kN，后轨最大轮压634kN;非工作状态下（计算风速70m/s），前轨最大轮压1458kN，后轨最大轮压1550kN;前轨支腿最大上拨力4512 kN，后轨支腿最大上拨力3151kN。

3.4.5.4地质条件

现有码头结构的持力层为中风化花岗岩。

3.4.5.5主要结构计算结果

（1）码头抗倾、抗滑稳定性，基床應力及基地承载力。沿基床顶面：抗滑作业效应组合值/滑动作业效应组合值为1.41，抗倾作业效应组合值/倾覆作业效应组合值为1.36;沿基床底面：抗滑作业效应组合值/滑动作业效应组合值为1.22，均满足规范规定的≥1的要求。基床顶面最大应力为785.5<800kpa，满足规范要求。地基承载力抗力分项系数r=2.76，满足规范规定的取值范围为2.0～3.0的要求。

（2）码头整体稳定性计算。码头整体稳定计算的最小抗力分项系数持久工况为1.21，地震工况为1.13，满足规范规定的1.1～1.3的要求。

（3）沉箱底板强度计算。作业在沉箱底板上的最大弯矩包括：承载能力极限状态最大弯矩组合值为519.8kN/m;正常使用极限状态最大弯矩组合值为304.2kN/m;经核算，强度、裂缝等结构指标均满足规范要求。

（4）后轨道梁强度计算。作业在后轨道梁上的最大弯矩包括：承载能力极限状态最大弯矩组合值为10738.1kN/m;正常使用极限状态最大弯矩组合值为4426.5kN/m;经核算，强度、裂缝等结构指标均满足规范要求。

（5）灌注桩配筋及承载力计算。作业在后轨道梁下方的灌注桩的最大弯矩包括：承载能力极限状态最大弯矩组合值为1091.7kN/m;正常使用极限状态最大弯矩组合值为452.0kN/m;灌注桩承载能力极限状态最大压桩力为6573.0kN，最大拉桩力为410.6kN;经验算，灌注桩强度、裂缝及桩基承载力均满足规范要求。

4减载靠泊限定条件

依据《沿海码头靠泊能力管理规定》，某工程1#～3#泊位可以减载靠泊20万吨级集装箱船舶，靠离泊限制条件如下：

系船柱个数≥14个;法向靠岸速度≤0.08m/s;结构设计离泊风速≤22 m/s;靠离泊风速：吹拢风风力≤5级，吹开风风力≤6级;紧急离泊波高≤1.5 m;允许最大吃水≤16.0m;允许最大载重吨≤17.5万吨;拖轮配置单艘拖轮马力不小于5000HP，拖轮数量3～4艘。

5结语

综上所述，在不改变码头平面布置及码头主体结构的情况下：

（1）码头泊位长度、前沿停泊水域、回旋水域、航道、锚地等经过论证在限定靠离泊条件均能满足20万吨级集装箱船减载使用要求;

（2）码头现有系船柱和橡胶护舷在限定条件下能满足20万吨级集装箱船减载靠泊要求;

（3）岸桥的起升高度在控制甲板堆箱层数和船舶吃水情况下，以及岸桥轮压荷载不超过核算轮压的情况下，码头主体结构的稳定性、地基承载力、沉箱及后轨道梁结构强度、灌注桩结构承载力等满足现行规范要求。

参考文献：

[1]JTS 167-2018《码头结构设计规范》[S].

[2]JTS 144-1-2010《港口工程荷载规范》[S].

[3]杨彩云，天津港南1西、南2、南3泊位靠泊能力核算[J].港工技术，2007.10：17-20.