嵊泗某车客渡交通码头靠泊能力提升论证

曹吉涛

（舟山市交通规划设计院,浙江 舟山 316000）

0 引言

近年来，随着嵊泗县旅游产业发展的持续升温和岛上基础设施的大力开发，进出嵊泗县及周边小岛的车客流量迅猛增加，旅游开发使岛际交通需求进一步提升，交通船舶也因势更新换代，船型等级不断提高。嵊泗某车渡码头现有结构等级与实际运营需求及嵊泗地区主力运营船型已不相匹配。因此，为顺应船型发展，解决嵊泗县旅游旺季岛际交通通过能力不足的难题，充分挖掘码头潜力，对现有码头结构展开论证工作，使其适应更大船型靠泊码头安全作业的要求，满足水上交通发展需要。

1 论证内容

该文主要从论证条件、论证船型、装卸工艺、码头平面布置及水域条件、码头结构及附属设施等五个方面进行核算，论证3 000总吨级车渡船靠泊该码头的可能性。

2 工程概况

2.1 码头现状

项目码头建成多年，于2010年7月投产运营。码头建设规模为2个1 000吨级车渡滚装泊位和1个500吨级客运泊位，码头总长度292 m。该次拟在2个1 000吨级滚装泊位处新增靠泊3 000总吨级车渡船，涉及的码头结构主要为2座车渡靠泊平台和2座钢吊桥。

2座车渡靠泊平台顶标高4.00 m（85高程，下同），呈对称分布。如图1所示，靠泊平台结构采用高桩梁板式结构，排架间距7 m，每个排架下设3根φ1 000 mm嵌岩灌注桩。平台由上横梁、立柱、桩帽、面板等组成，桩上为桩帽、立柱以及现浇上横梁，上横梁上搁置叠合面板。

图1 靠泊平台结构断面图

根据码头检测报告，除少量附属设施局部损坏外，码头整体结构的安全性、适用性、耐久性均能满足规范要求。仅需更换损坏的附属设施，无需进行其他维修加固工作。该次靠泊能力论证是在充分利用现码头主体结构及其附属设施，不考虑对现结构进行提升改造的前提下，依照原码头竣工图纸、检测报告及现场实际情况对拟靠船舶提出靠泊作业限制条件的论证工作。

2.2 论证条件

2.2.1 风况

项目所在海区常风向为N向，次常风向为SE向，强风向为NNW、N向，实测最大风速29.1 m/s，次强风向为SSE向，实测最大风速23.3 m/s。

2.2.2 设计水位

极端高水位：3.12 m；极端低水位：-3.06 m

设计高水位：1.92 m；设计低水位：-2.06 m。

2.2.3 设计流速

该次设计潮流流速取1.1 m/s，潮流流向与码头前沿线基本一致。

2.2.4 设计波浪

工程区域主要受偏东向和偏西北向波浪影响，具体波要素如表1所示。

表1 工程区域50年一遇波要素

2.2.5 工程地质

项目所在区域钻探深度内地层自上而下依次为2-1淤泥层、2-2淤泥质黏土层、3-1黏土层、3-2黏土混砾砂碎石层、4-1全风化凝灰岩层、4-2强风化凝灰岩层、4-3中风化凝灰岩层和4-4微风化凝灰岩层。该项目桩基持力层在4-3中风化凝灰岩层。

2.2.6 使用荷载

靠泊平台：均布荷载—20 kPa；

钢引桥：均布荷载—20 kPa，集中荷载—10 t汽车。

2.2.7 论证船型

3 000总吨级车渡船（3267GT实船）：总长×型宽×型深×满载吃水=74.5×15.0×5.0×3.2 m。

3 核算过程

3.1 装卸工艺核算

3.1.1 钢吊桥宽度与论证船型的匹配性

3 000总吨级车渡船跳板位于船体中央位置，宽5.4 m，长5.8 m。2座车渡平台液压钢吊桥端部喇叭口长2.0 m，宽度9 m，钢吊桥中心线距靠泊平台前沿线8.0 m。3 000总吨级车渡船靠泊码头后，其跳板中心线与钢吊桥中心线偏离0.5 m左右，跳板搭接范围仍处于钢吊桥的行车区内，可满足通车宽度需求。但由于跳板搭设时呈偏置状态，因此，应在钢吊桥端部喇叭口余留空置区设置车辆限制设置，引导车辆安全通过跳板上下船舶。

3.1.2 钢吊桥升降幅度与论证船型的匹配性

钢吊桥油缸设计行程4.50 m，考虑以下两种极端情况下论证船型与钢吊桥的连接情况。

（1）设计高水位（1.92 m）时，油缸行程0 m，使桥面高程保持在3.80 m，可满足论证船型空载（干舷2.80 m）状态下车辆通过跳板与钢吊桥平顺连接，连接后行车面角度10°。

（2）设计低水位（-2.06 m）时，油缸行程3.5 m，使桥面高程降低至-0.3 m左右，也可满足论证船型满载（干舷1.80 m）状态下车辆通过跳板与钢吊桥平顺连接，连接后行车面角度为6°。

以上两种极端情况，论证船型与钢吊桥的连接角度均在合理的坡度范围内。因此现有钢吊桥升降幅度可满足论证船型在高、低水位时平顺搭接。

3.2 码头平面布置及水域条件核算

根据《海港总体设计规范》（JTS165—2013）[1]的相关条文，确定该项目论证船型安全靠泊码头所需的各项尺度。

3.2.1 泊位长度

现有两座车渡靠泊平台均长73.0 m，平台距吊桥墩15 m，其前沿水域总长度88.0 m，可满足论证船型靠泊时所需的水域长度（87.5 m）要求。

3.2.2 停泊水域

根据水深测图，靠泊平台前沿水域开阔，水深均在5.0 m以上，可满足论证船型的停泊（停泊水域宽度取30 m，水深4.10 m）要求。

3.2.3 回旋水域

根据水深测图，靠泊平台前沿水域开阔，回旋区域水深在10 m以上，可满足论证船型回旋作业（回旋水域椭圆取186×112 m水深取4.30 m）的水域要求。

3.2.4 航道

论证船型为定期船班，航线相对固定，所经航道主要为洋山航道，该航道可满足10万吨级集装箱船舶全潮通行，亦可满足论证船型的通航要求。

3.2.5 锚地

论证船型为定时定班航行，一般情况下不考虑船舶在码头区域过夜锚泊。台风天气时，船舶可前往定海港区避风。

3.3 码头结构及附属设施核算

该次论证船型较码头原设计船型尺寸较大，船舶靠泊码头时产生的荷载亦大于原设计值，为保证码头结构安全，需按照最新船舶荷载进行结构核算。

3.3.1 船舶荷载计算

按照《港口工程荷载规范》（JTS 144—1—2010）[2]中的相关公式进行船舶荷载计算。

（1）系缆力计算。船舶靠泊码头时，系缆力可按下式计算：

式中，N——系缆力标准值（kN）；ΣFx、ΣFy分别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；n——计算船舶同时受力的系船柱的数目；K——系船柱受力不均匀系数；α——系船缆水平投影与码头前沿线所成的夹角；β——系船缆与水平面的夹角。

经计算，同时受力系船柱3个，水流流速1.1 m/s的情况下，3 000总吨级车渡船在8级风（v=20.7 m/s）时靠泊码头，单个系船柱所受的系缆力N=248.8 kN；在9级风（v=24.4 m/s）时靠泊码头，单个系船柱所受的系缆力N=329.4 kN。

（2）撞击力计算。船舶靠岸时的有效撞击能量按下式计算：

式中，E0——船舶靠岸时的有效撞击能量；ρ——有效动能系数；M——船舶质量（按论证船型满载排水量计算）；Vn——船舶靠岸法向速度。

在横浪作用下，系泊船舶有效撞击能力可按下式计算：

式中，EW0——横浪作用下系泊船舶有效撞击能量；k——偏心撞击能量折减系数；Cm——船舶附加水体影响系数；m——船舶质量；VB——系泊船舶在横浪作用下的法向撞击速度。

经计算，船舶靠岸时产生的有效撞击能量E0=36.50 kJ，对应撞击力为335.8 kN。系泊船舶在横浪作用下产生的撞击能量EW0=40.96 kJ，对应撞击力为376.8 kN。

（3）挤靠力计算。经计算，船舶靠泊码头时的挤靠力远小于船舶撞击力，不作为主要荷载。

3.3.2 靠泊平台结构复核[4]

根据《码头结构设计规范》（JTS167—2018），采用易工水运工程结构CAD集成软件V3.0，按最不利作用效应组合确定靠泊平台的排架内力。

（1）荷载组合。根据结构上可能出现的作用，按照承载能力极限状态和正常使用极限状态，结合相应设计状况进行作用效应组合，按规范规定选取作用的分项系数和组合系数。其中正常使用极限状态准永久组合同承载能力极限状态持久状况的持久组合，但需考虑准永久值系数。靠泊平台排架荷载组合如下：

码头结构自重作用+船舶作用；

码头结构自重作用+散货荷载；

码头结构自重作用+波浪力。

（2）桩基内力计算。靠泊平台桩基承载能力极限状态下最大压桩力1 655.01 kN，最大拉桩力1 046.18 kN；正常使用极限状态下最大压桩力1 113.46 kN，最大拉桩力174.89 kN，均小于靠泊平台单桩极限承载力设计值（抗压设计值10 229 kN，抗拔设计值7 038 kN[3]）。桩基1 000 mm嵌岩灌注桩校核配筋2425，实际配筋2425。经校核，靠泊平台灌注桩桩基承载能力、配筋、裂缝开展宽度等结构指标均满足规范要求。

（3）横梁内力计算。靠泊平台横梁承载能力极限状态下最大弯矩958.83 kN*m，最大剪力701.20 kN；正常使用极限状态下最大弯矩123.48 kN*m，均小于横梁极限承载能力。横梁校核配筋与实际配筋一致，极限状态下横梁最大裂缝宽度0.19 m，小于规范要求的0.20 m。因此横梁强度、配筋、裂缝开展宽度等结构指标均满足规范要求。

3.3.3 附属设施复核

（1）系船柱。现码头靠泊平台及吊桥墩配备的250 kN系船柱可满足论证船型8级风及以下风速（v≤24.4 m/s）时船舶的系缆要求。经验算，两座车渡靠泊平台现有排架结构仍可满足论证船型在9级风时的安全靠泊要求，若需在风力达到9级（即风速v=24.4 m/s）时码头仍靠泊论证船型，则需将车渡泊位现有的250 kN系船柱更换为350 kN系船柱。

（2）橡胶护舷。论证船型以0.20 m/s的速度靠泊码头时，其最大有效撞击能量为36.50 kJ，现靠泊平台前沿配置的Y500圆筒型橡胶护舷可满足吸能要求，能保证论证船型以0.20 m/s的速度安全靠泊码头。

4 论证结论

（1）该码头现有平面布置、装卸设备及周边水域条件可满足3 000总吨级车渡船的使用要求。

（2）根据计算，在保持码头使用荷载不变及满足特定限定条件（表2）的情况下，现有码头的2座靠泊平台主要构件承载能力可满足3 000总吨级车渡船的安全靠泊要求。

表2 现有码头条件下论证船型靠离泊码头限定条件

5 结语

受岸线资源制约，大量新建码头显然比较困难，而对现有码头进行靠泊能力论证，以求在较短时间内提高码头靠泊能力是一个不错的选择。该文在未对码头进行改造的前提下，通过提出限定条件，使现有码头实现了安全靠泊更大吨级的船舶。为后续类似码头进行靠泊能力提升论证提供了宝贵的经验。