高水位落差自适应浮动码头设计实施方案

董 杰，黄海杨，邬海军

（浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司，浙江 杭州 310002）

随着我国水利事业的发展，水库运行管理的要求越来越高。水库管理部门为了满足水库的防汛应急抢险、应急物资运输及日常库区垃圾打捞等需求，常会配置多艘专业船舶，这使得用于船舶停靠的码头成为水库设施的重要组成部分。目前，水库的码头设计和建设相对落后，常采用简易浮筒作为码头，难以满足船舶停靠、补给、维护、防汛物资搬运等需求。

水库码头使用条件不同于在河海、湖泊中的码头，水库常存在几十米的水位落差且防汛使用期间伴随大风大雨，常规的联系桥加浮桥的浮动码头布置方式难以满足水库的使用条件［1］。文章以浙江省某水库实施浮动码头工程为例，根据水库浮动码头的使用特点，结合市场上已有的成熟船舶停靠的浮动码头产品进行创新设计，设计出能自动适应水位落差的浮动式船舶停靠点方案。为今后需要在类似高水位落差下运行的浮动码头的设计与布置提供参考与借鉴。

1 工程实例

1.1 工程现状

文章以浙江省某水库浮动码头设计为例，该水库以供水、防洪为主，水库岸坡较缓、库面开阔，水面的风、波浪等载荷大且常年水位落差高达20余米。船舶停靠点位于水库库区的左侧，由简易浮筒组成，船舶相互连接停靠，无独立泊位；浮筒通过缆绳系在岸边，由简易便道连接管理。

船舶停靠点存在以下问题：①船舶停靠点仅通过缆绳系在岸边，由于水库的水位落差较大，若不及时调整缆绳长度，水位下降时浮筒容易挂在岸坡上，水位上升时浮筒无法上浮，从而威胁到停靠船舶的安全。②水库库面开阔，水面风、波浪等载荷对船舶停靠点影响较大；停靠点没有独立的泊位，船舶相互连接停靠，停靠点无法牢固固定停靠的船舶，船舶容易相互碰撞；同时，管理人员上、下船舶及对船舶进行补给、维修相当不便。③停靠点直接系在岸边，无上、下停靠点的联系桥，而且便道较长，船舶油料、废油、维修工具等人力不便搬运物品的运输十分困难。④由于船舶停靠点整体可靠度低，而停泊的船舶均有防汛功能要求，无法保证防汛期间船舶的正常工作。

1.2 工程必要性

船舶停靠点在使用过程中存在上述诸多问题，难以满足水库日常管理及防汛期间对船舶停靠及使用的要求。

为保证现有船舶可靠停泊，满足船舶补给、维护需要，保证防汛期间可靠地使用码头设施，并解决物资搬运、船舶油料等物资的便捷运输，建设一个符合要求的浮动码头迫在眉睫。

2 基础布置

2.1 工程地质

新建浮动码头仍建设在水库库区的左岸，对建设场地进行地质勘查。根据岩土层成因、类型，将探深内的岩土层划分为2个工程地质层组，细分3个工程地质亚层。

根据节理裂隙统计分析，结合山坡现状地形分析，滑道上方玄武岩台地虽然现状山坡较为稳定，但是岩石节理裂隙发育，尤其是顺坡向③号节理的存在，及台地下部分布一层厚2～4 m的圆砾层，在工程建设的边坡开挖过程中，诱发滑坡，坍塌的可能性大。滑道地处角砾凝灰岩分布区，该区块山体虽现状山坡较为稳定，但坡度较陡，植被不发育，岩石强风化层较厚，受顺坡向节理的控制，在基础施工开挖过程中，诱发基础上方山体滑坡的可能性中等。

工程所在地不在地震带上，因此发生较大地震的概率非常小。震级强度一般都在2级以内，最大为4.5级地震，至今尚没有发生过破坏性地震。

场地所处位置区域构造活动十分微弱，地震频率低、震级小；场地内地层分布较稳定，无滑坡、崩塌、泥石流及岩溶、土洞等影响工程稳定的不良地质作用。勘探过程中，场地内无暗河、暗塘、暗浜、古墓穴等影响工程稳定性的不利埋藏物。因此，场地基本稳定，可以进行浮动码头建设。

2.2 土建基础

本工程的浮动码头基础采用固定式斜坡轨道基础。轨道基础整体宽 6.0 m，高 1.6 m，坡度为 1∶2.5，水平长度为77.0 m。斜坡轨道基础由实体C25F50砼轨道梁及C25F50砼挡墙组成。在两根实体砼轨道梁1上设置浮桥轨道，在砼轨道梁2上设置载物小车轨道和上、下行走的楼梯，具体布置如图1所示。

图 1 斜坡轨道基础断面 （单位：cm）

轨道基础顶部设C25F50砼挡墙，挡墙顶高程108.0 m，挡墙顶宽 1.0 m，挡墙底高程初定 103.5 m，挡墙高度4.5 m，挡墙迎水面坡度为 1∶0.5，背水面坡度为 1∶0.1。

轨道基础底部设C25F50砼挡墙，挡墙顶高程78.0 m，挡墙顶宽 1.0 m，挡墙底高程初定 70.0 m，挡墙高度8.0 m，挡墙迎水面坡度为 1∶0.5，背水面坡度为 1∶0.2。

3 码头设计

按照《游艇码头设计规范》（JTS 165-7-2014）的要求进行码头设计［2］，浮动码头设备主要有主浮桥、支浮桥、载物小车和配套设施组成。

3.1 主浮桥

主浮桥用于连接支浮桥和斜坡轨道基础，从而保证整个浮动码头能随水位变动在轨道基础上运动。主浮桥结构整体呈“L”形，如图2、图3所示。

图 2 主浮桥结构侧视图 （单位：mm）

主浮桥的框架采用镀锌钢管焊接的桁架结构，上部底面设有支承轮，保证主浮桥在斜坡轨道基础上运动，并设置限位装置，保证浮桥不脱离基础；下部底面设置浮体，浮体采用由滚塑专用聚乙烯材料内部填充泡沫而成的浮箱；主浮桥面板采用塑木复合材料。由于主浮桥直接与轨道基础连接，故浮动码头上的管理房设置在主浮桥上。同时主浮桥上设置系泊柱、栏杆等附属设施。

主浮桥框架高度约1.2 m，上表面积约72 m2，自重约5 t；主浮桥的导向限位埋件埋设于水工上，为保证安装精度，采用二期浇筑，单侧埋件长度约97 m，埋件外露表面采用06Cr19Ni10，埋件自重约34 t。

3.2 支浮桥

支浮桥连接主浮桥，形成相应的泊位。按位置分为支浮桥1～3（如图3所示）。

根据本工程船舶泊位布置需求，支浮桥1、支浮桥2直接连接主浮桥，为主要通道，采用浮箱式浮桥。浮体采用低密度聚乙烯浮箱拼装，上铺钢结构桁架，面板采用塑木复合面板。支浮桥1、支浮桥2面积约147 m2，载荷按规范。

为减小浮动码头悬臂端所受载荷对主浮桥的影响，支浮桥3采用浮筒式浮桥。浮桥采用低密度聚乙烯浮筒拼装。支浮桥3面积约90 m2，载荷按规范。

支浮桥桥面应与主浮桥桥面平齐，同时支浮桥上设置系泊柱、栏杆等附属设施。

3.3 载物小车

载物小车主要为解决船舶油料、废油、维修工具等人力不便搬运物品的运输，由岸上管理用房内的卷扬机牵引，如图3所示。

图3 浮动码头布置效果图

载物小车采用钢结构框架，底部及两侧设置支撑轮和导向轮，小车平台长约4 m，宽约2 m，出入口设活动栏杆，其余四周设栏杆；小车自重约 0.8 t，可载重约 1.5 t，由岸上管理房内的卷扬机设备牵引，牵引力为10 kN，扬程约95 m。

载物小车轨道埋件、导向埋件埋设于水工上，为保证安装精度，采用二期浇筑，埋件外露表面采用06Cr19 -Ni10，埋件自重约 4 t，小车导向件重约 3 t。

载物小车平时锁定在顶部平台，当需要运输作业时，有管理人员通过手持遥控操作岸上管理房内卷扬机设备进行升降。

3.4 配套设施

浮动码头的配套设置主要包括钢楼梯、浮桥管理房、岸上管理房、固定装置等，如图3所示。①钢楼梯。在砼纵梁1和砼纵梁2之间设置钢楼梯，用于上、下码头。楼梯采用钢结构，面板防滑设计，呈21.8°布置，长约81 m，宽约1.7 m。②浮桥管理房。浮桥管理房设置在主浮桥上，在通道两侧各设置1个，每个管理房面积约为3 m×3 m。管理房内设置泡沫灭火器、干粉灭火器等船舶停靠码头使用相关设备。③岸上管理房。为保障浮动码头的正常工作，在高程108.0 m的平台处设置岸上管理房。电缆卷筒、载物小车的卷扬机均放置于岸上管理房内，岸上管理房同时具备相关工具的仓储，并设置浮动码头所需的相关设施，保证码头的正常工作。④固定装置。固定装置在极端恶劣天气下能对浮动码头起必要的固定作用。固定装置设置在浮动码头两端，其缆绳的一段端固定在岸边混凝土上，缆绳平时处于松弛状态，当预报发生极端恶劣天气时，将缆绳收紧。

4 电气信息化

4.1 照明系统

浮动码头所需的照明系统分为工作照明和消防应急照明，工作照明电源电压为AC220V，消防应急照明电源电压为DC36V。岸上管理房采用格栅灯，照明线路采用穿管暗敷的敷设方法。码头建筑物内采用吸顶灯，户外设探照灯，储油间设防爆灯。照明设计照度应满足《游艇码头设计规范》（JTS 165-7-2014）及《水利水电工程照明系统设计规范》（SL641-2014）要求［2-3］。

4.2 过电压保护及接地

浮动码头的过电压保护主要包括直击雷保护、感应雷保护和雷电侵入波保护［4］。为防止直接雷击，在管理房的屋顶均设置避雷带，并通过引下线与基础接地网可靠连接；为防止雷电侵入波和操作过电压的危害，在进线处装设金属氧化物避雷器保护；为防止感应雷的影响，在低压配电系统内分别装设防浪涌装置和信号避雷装置。

本工程的总接地电阻值均要求≤1Ω。为此，接地装置拟采用宽60 mm、厚60 mm的镀锌扁钢在岸上管理房埋设人工接地网并与管理房接地干线可靠连接。

4.3 火灾自动报警系统

本工程火灾自动报警系统采用二总线制模拟量系统，由火灾报警控制器、现地探测器、手动报警按钮及声光报警器等组成［5］。由于规模小，故不再单独设置火灾报警控制器（消防控制箱），所有探测器和报警按钮等均接入距离不远的管理房火灾报警控制器。

浮桥管理房和岸上管理房采用光电感烟探测器，岸上管理房里的储油间采用防爆型感温探测器。同时，在安全出口处设置手动报警按钮和声光报警器。

4.4 计算机监控系统

浮动码头的计算机监控系统的控制方式按照以计算机监控为主、常规控制为辅的原则进行设计。

由于工程规模小，故不单独设置中控室，仅在现地设置1套LCU屏，实现对启闭机、配电等设备的控制，以及相关数据的采集、处理等。LCU屏通过以太网通信装置与相邻的中控室监控系统通信，在中控室进行远方监视和操作，且将本工程的主要设备运行状态、实时参数等上传，它们之间的通信采用光缆的方式。同时，现地控制单元带有人机接口，在与主控层工作站脱离联系时，由它独立完成对所属设备的监控。

4.5 工业电视系统

为辅助计算机控制，保障浮动码头的安全可靠，本工程设置工业电视系统，实时监视岸上管理房及浮动码头内外的主要设备的运行状况、水位状况及库区范围内的情况。

5 结束语

该水库的浮动码头方案能可靠地限制在土建基础上，能自动适应水位落差，同时满足物资、船舶油料等物资的便捷运输，保证日常管理及防汛期间对船舶停靠及使用的要求。

采用桁架结构的主浮桥，使浮动码头可靠地限制在基础上并能自适应水位变化，同时通过连接不同形式的支浮桥，扩展形成不同泊位布置形式的浮动码头。

本文提出的高水位落差自适应浮动码头设计实施方案，可以为今后在类似使用条件的水库和要求在高水位落差下运行的浮动码头的设计与布置提供有效的参考及借鉴。