汽车滚装码头高程研究

汽车滚装码头高程研究
张英杰
【摘要】结合上海港外高桥港区6期工程汽车滚装码头设计,并根据汽车滚装船跳板作业的特殊要求,分别采用基于跳板作业高度要求和基于跳板作业时间要求的2种方法计算高桩梁板式汽车滚装泊位码头面高程.计算结果和实际靠船实践证明,采用这2种计算方法对高桩梁板式汽车滚装泊位码头面高程进行控制是合理的,也是经得起实践考验的.
【期刊名称】《水运工程》
【年(卷),期】2012(000)006
【总页数】5页(P125-128,145)
【关键词】汽车滚装码头;高桩梁板式;码头高程;跳板作业
【作者】张英杰
【作者单位】上海国际港务(集团)股份有限公司,上海200137
【正文语种】中文
【中图分类】U656.1+39
随着我国汽车制造业生产规模的迅速扩大，汽车运输业蓬勃发展。

水上运输具有批量大、经济性强、绿色环保等优点，逐渐成为各方普遍采用的汽车运输方式。

上海港继外高桥港区四期工程配套内支线码头（上海港第一个专业化的汽车滚装码头）之后，又兴建了上海港外高桥港区6期工程（以下简称外6期）2个大型的专业
化汽车滚装码头。

本文通过总结外6期设计经验，探讨高桩梁板式码头靠泊汽车
滚装船时，确定码头面高程的计算方法和相应的码头结构处理方法。

1 工程概述
上海港外高桥港区6期工程建设3个大型集装箱泊位和2个50 000GT专业化汽
车滚装泊位，码头下游内档建设2个长江驳泊位（水工结构按靠泊5 000GT汽车滚装船设计）。

集装箱泊位码头面高程沿用7.0 m，汽车滚装泊位码头面高程5.8 m（外侧大型泊位）、5.0 m（内档长江驳泊位）。

码头为高桩梁板式结构。

1）设计水位。

设计高水位（高潮累积频率10%）：4.22 m；
设计低水位（低潮累积频率90%）：0.49 m；
极端高水位（50 a一遇）：5.8 m；
极端低水位（50 a一遇）：-0.43 m；
施工水位：2.0 m。

2）设计波浪。

码头前沿设计波要素为：设计高水位时最大波高H1%=3.55 m，极端高水位时最
大波高H1%=3.62 m。

3）规范规定的汽车滚装船装卸作业允许波高。

根据《滚装码头设计规范》规定，5 000～50 000 GT汽车滚装船装卸作业允许波高：顺浪（H4%）为0.8 m；横浪（H4%）为0.6 m。

2 码头面高程
2.1 基于适应船舶跳板作业要求的计算方法
根据营运方海通公司提供的12艘汽车滚装船数据进行统计计算，计算模型见图1，一般采用的经验公式为：
按此分别计算设计高、低水位时码头面高程的取值范围，计算结果见表1，2。

图1 码头面高程计算模型
表1 高水位时码头面高程计算结果m艉跳舯跳（第5层甲板）舯跳（第6层甲板）艉跳极限码头高程舯跳极限码头高程舯跳极限码头高程高限低限高限低限高限低限高限低限高限低限高限低限船1 16.42 7.12 10.57 1.27 11.47 8.38 5.62 2.53 14.75 11.66 8.90 5.81船2 13.66 9.00 8.86 4.20 9.78 7.40 4.98 2.60 12.88 10.60 8.08 5.80船3 14.38 9.31 9.38 4.31 10.49 9.11 5.49 4.11 13.81 11.42 8.81 6.42船4 15.60 7.75 10.22 2.37 11.01 7.99 5.63 2.61 14.30 11.29 8.92 5.91船5 13.33 7.98 8.53 3.18 9.84 7.97 5.04 3.17 12.10 10.93 7.30 6.13船6 13.81 8.46 9.28 3.93 10.80 8.46 6.27 3.93 13.81 11.47 9.28 6.94船7 13.41 8.50 9.21 4.30 9.95 6.96 5.75 2.76 12.75 9.76 8.55 5.56船8 16.37 7.07 10.59 1.29 11.30 8.21 5.52 2.43 14.70 11.61 8.92 5.83船9 16.37 8.27 10.59 2.49 11.30 8.21 5.52 2.43 14.70 11.61 8.92 5.83船109.76 6.17 7.77 4.17船1113.30 8.30 9.39 4.39船1210.74 7.79 9.34 6.39船名
表2 设计低水位时码头面高程计算结果m船名艉跳舯跳（第5层甲板）舯跳（第6层甲板）艉跳极限码头高程舯跳极限码头高程舯跳极限码头高程高限低限高限低限高限低限高限低限高限低限高限低限船1 16.42 7.12 6.84 -2.46 11.47 8.38 1.89 -1.20 14.75 11.66 5.17 2.08船2 13.66 9.00 5.13 0.47 9.78 7.40 1.25 -1.13 12.88 10.60 4.35 2.07船3 14.38 9.31 5.65 0.58 10.49 9.11 1.76 0.38 13.81 11.42 5.08 2.69船4 15.60 7.75 6.49 -1.36 11.01 7.99 1.90 -1.12 14.30 11.29 5.19 2.18船5 13.33 7.98 4.80 -0.55 9.84 7.97 1.31 -0.56 12.10 10.93 3.57 2.40船6 13.81 8.46 5.55 0.20 10.80 8.46 2.54 0.20 13.81 11.47 5.55 3.21船7 13.41 8.50 5.48 0.57 9.95 6.96 2.02 -0.97 12.75 9.76 4.82 1.83船8 16.37 7.07 6.86 -2.44 11.30 8.21 1.79 -1.30 14.70 11.61 5.19
2.10船9 16.37 8.27 6.86 -1.24 11.30 8.21 1.79 -1.30 14.70 11.61 5.19 2.10
船109.76 6.17 4.04 0.44船1113.30 8.30 5.66 0.66船1210.74 7.79 5.61 2.66 表1统计的初步结论为：设计高水位时，船1～11共11艘船艉跳板能够作业的
码头面高程范围为4.39～7.77 m，船12比较特别，其艉跳板作业要求码头面高
程最低为6.39 m，因此按艉跳板确定的码头面高程范围为4.39～7.77 m；第5
层甲板的舯跳在其高限作业时要求的码头面高程为4.98～6.27 m，在按艉跳板确
定的码头面高程范围内；第6层甲板的舯跳在其低限作业时要求的码头面高程为5.56～6.94 m，在按艉跳板确定的码头面高程范围内。

因此在设计高水位工况下，码头面高程为4.39～7.77 m时，91.7%的船舶可以作业。

表2统计的初步结论为：设计低水位时，船10在其艉跳板高限作业时要求码头面高程不超过4.04 m，属个例，其他11艘船的艉跳板作业要求的码头面高程范围
为2.66～4.80 m；第5层甲板的舯跳在其高限作业时要求的码头面高程为1.25～2.54 m，且大部分高程在2 m以下，码头面高程已经低于平均水位；第6层甲板的舯跳在其高限作业时要求的码头面高程为3.57～5.55 m。

因此在设计低水位工
况下，码头面高程为3.57～4.8 m时，91.7%的船舶可以作业，其中第5层甲板
的舯跳由于要求码头面高程很低，已经无法作业，但当水位提高至2.8 m以上时
部分船舶可以作业。

对表1和表2的统计进行综合分析可知：当码头面高程为3.57～7.77 m时，大部分船舶可以靠泊作业；当码头面高程为4.39～4.80 m时，91.7%的船舶可以全天候作业；当码头面高程为5.0 m以上时，有2艘船的艉跳和3艘船第6层甲板的
舯跳（因设计低水位时要求的码头面高程较低，统计不考虑第5层甲板的舯跳），共计4艘船无法全天候作业；当码头面高程在6.0 m以下时，有1艘船的艉跳和
3艘船的第6层甲板的舯跳，共计4艘船不能全天候作业；当码头面高程在6.0 m 以上时，所有船的第5层甲板的舯跳无法作业，所有船的第6层甲板的舯跳无法
全天候作业，8艘船的艉跳无法全天候作业。

也就是说，当码头面高程在5.0～6.0 m 时，有5艘船可以全天候作业，结合设计高水位情况，码头面高程定在此范围
是比较合适的[1]。

2.2 基于码头结构设计和施工的优化选择
滚装船作业允许波高较小，且码头面无大型机械设备，因此滚装码头顶高程主要考虑滚装船非作业期码头承受波浪力、码头结构的经济性以及码头结构施工可行性3方面的优化选择。

以外6期滚装码头为例：当码头面高程为5.0 m时，在设计高
水位和极端高水位工况下，面板底将承受2 m/3.6 m左右波浪，随着码头面抬高，面板承受波浪力逐渐减少，当码头面抬高至5.8～6.0 m时，面板所承受波浪减少至1.2～1.0 m/2.8～2.6 m，码头造价也相应大幅减少。

外高桥当地施工水位约2.0 m，若要保证现浇桩帽能够正常施工，桩帽底高程需在2.0 m以上，按照码头上部结构高度3.5～3.7 m计算，码头面高程应在5.5～5.7 m以上。

因此，基于施工方便、结构受力小以及节省投资考虑，码头面高程至少应在5.5～5.7 m以上，并且越高越好[1]。

2.3 码头面高程初步确定
综上所述，按照汽车滚装船跳板作业要求、码头结构设计合理性和施工可行性，码头面高程确定在5.7～6.0 m。

2.4 基于满足船舶作业时间的计算方法
本方法是先假定码头面高程，通过计算汽车滚装船可作业的水位范围，确定船舶每天作业时间，最终确定合理的码头面高程。

计算模型如图2所示，其中b）表示跳板可以反搭。

计算公式为：
图2 滚装船作业水位计算模型
按此分别计算码头面高程为7.0 m和5.8 m时，船舶对应的作业水位和作业时间分别见表3，4。

表3 码头面高程为7.0 m时滚装船作业水位统计注：跳板高差为负值时，表示跳板可反搭；作业水位区间取表3和0.49～4.22 m交集；作业时间按线性简单化处理。

船名码头面高程/m 艉跳下层舯跳上层舯跳作业水位/m 作业时间/(h·d-1) 作业水位/m 作业时间/(h·d-1) 作业水位/m 作业时间/(h·d-1)船1 7.00 0.65～9.95 23.0 5.60～8.69 0 2.32～5.41 12.2船2 7.00 2.36～7.02 11.9 6.24～8.62 0 3.14～5.42 6.9船3 7.00 1.84～6.91 15.3 5.73～7.11 0 2.41～4.80 11.6船4 7.00 1.00～8.85 20.7 5.59～8.61 0 2.30～5.31 12.4船5 7.00 2.69～8.04 9.9 6.18～8.05 0 3.92～5.09 2.0船6 7.00 1.94～7.29 14.7 4.95～7.29 0 1.94～4.28 14.7船7 7.00 2.01～6.92 14.2 5.47～8.46 0 2.67～5.66 10.0船8 7.00 0.63～9.93 23.1 5.70～8.79 0 2.30～5.39 12.4船9 7.00 0.63～8.73 23.1
5.70～8.79 0 2.30～5.39 12.4船10 7.00 3.45～7.05 4.9船11 7.00 1.83～
6.83 15.4船12
7.00 1.88～4.83 15.1
表4 码头面高程为5.8 m时滚装船作业水位统计注：跳板高差为负值时，表示跳板可反搭；作业水位区间取表4和0.49～4.22 m交集；作业时间按线性简单化处理。

船名码头面高程/m 艉跳下层舯跳上层舯跳作业水位/m 作业时间/(h·d-1) 作业水位/m 作业时间/(h·d-1) 作业水位/m 作业时间/(h·d-1)船1 5.80 -0.55～8.75 24.0 4.40～7.49 0 1.12～4.21 19.9船2 5.80 1.16～5.82 19.7 5.04～7.42 0 1.94～4.22 14.6船3 5.80 0.64～5.71 23.0 4.53～5.91 0 1.21～3.60 15.4船4 5.80 -0.20～7.65 24.0 4.39～7.41 0 1.10～4.11 20.1船5 5.80 1.49～6.84 17.6 4.98～6.85 0 2.72～3.89 9.7船6 5.80 0.74～6.09 22.4 3.75～6.09 3
0.74～3.08 19.4船7 5.80 0.81～5.72 21.9 4.27～7.26 0 1.47～4.46 17.7船8 5.80 -0.57～8.73 24.0 4.50～7.59 0 1.10～4.19 20.1船9 5.80 -0.57～7.53
24.0 4.50～7.59 0 1.10～4.19 20.1船10 5.80 2.25～5.85 12.6船11 5.80
0.63～5.63 23.1船12 5.80 0.68～3.63 19.0
表3可以看出，码头面高程7.0 m时，船舶作业时间较短；表4可以看出，码头面高程5.8 m时，大部分船作业时间都在15 h以上，其中有7艘船作业时间在19 h以上，接近全天候作业。

2.5 码头面高程的最终确定
通过计算船舶作业时间，最终确定外6期汽车滚装泊位码头面高程为5.8 m[1]。

较高水位时，当跳板低限仍高于码头面高程时，可采用码头面增设垫高设施解决。

通过船舶跳板高度计算码头面高程可以直观得出码头面高程的取值范围，假定码头面高程计算船舶作业水位能够直观得出船舶作业时间长短，此两种方法均由经验算法演化而成，其原理相同，实际工作过程中可任选其一。

3 结语[1]
1）外高桥地区码头面板不承受波浪力时，码头顶面高程经验取7.0 m。

外6期汽车滚装码头面高程相比低了1.2 m，码头面板需要承受较大波浪浮托力，结构设计中对此进行了相关处理，如增加面板厚度、面板设计成双向连续板、码头面开孔、提高桩基抗拔力等措施。

2）由于部分船型跳板存在反搭现象，即跳板根部高程低于码头面高程，因此码头前沿结构设置了1 m宽、自码头面向下15°的反坡，坡顶设可拆卸的活动钢管护栏。

3）内档长江驳泊位码头面高程采用上述计算方法确定为5.0 m，码头面高程差异处设坡衔接。

外6期汽车滚装码头自建成以来靠泊设计船型时未发生任何不畅现象，实践证明本码头顶面高程确定为5.8 m是合理的。

参考文献：
[1] 董志强, 张志平. 上海港外高桥港区6期工程初步设计[R]. 北京: 中交水运规划设计院有限公司, 2009.。