夏運強，李賀青

（海軍工程設計研究院，北京 100070）

1 概述

浮碼頭具有結(jié)構(gòu)簡單、主體質(zhì)量宜控、布設和拆移容易、水位變化適應性好、造價低等優(yōu)點，廣泛應用于我國內(nèi)河和東南沿海潮差較大且風浪掩護條件好的港口內(nèi)。浮碼頭也是軍港中一種重要的碼頭結(jié)構(gòu)形式。

圖1 典型浮碼頭組成示意圖（兩躉一橋）Fig.1 Composition of the typical floating wharf（two barge onebridge）

常見的海港浮碼頭通常由躉船、錨系系統(tǒng)（錨鏈及錨體）、支撐和聯(lián)接系統(tǒng)（引橋、撐桿、撐墩和聯(lián)橋）組成，典型的有撐兩躉一橋順岸式浮碼頭組成示意圖見圖1?，F(xiàn)有浮碼頭多用于靠泊DWT在2 000 t以下的中小型船舶。

根據(jù)躉船的材質(zhì)不同，可將浮碼頭分為鋼筋混凝土浮碼頭和鋼結(jié)構(gòu)浮碼頭兩類。相對鋼結(jié)構(gòu)浮碼頭來說，鋼筋混凝土浮碼頭具有耐腐蝕、維護量小及投資少等優(yōu)點，但存在抗沖擊性差和修復困難問題[1]。

海港浮碼頭與內(nèi)河浮碼頭的主要區(qū)別在于使用環(huán)境不同，前者使用環(huán)境惡劣，受風浪影響大。而浮碼頭最大的缺點是整體抗風浪性能差，這對海港浮碼頭表現(xiàn)尤為明顯，特別是在風浪較大的沿海易受臺風襲擊而遭破壞。本文討論現(xiàn)行海港浮碼頭工作狀態(tài)和設計標準，介紹9608和0205號臺風中某港浮碼頭的破壞案例，分析臺損原因并提出應對措施，并對如何較大幅度提高浮碼頭防風能力進行初步探討。

2 浮碼頭工作狀態(tài)和設計標準

2.1 浮碼頭工作狀態(tài)劃分

同常規(guī)碼頭一樣，浮碼頭工作狀態(tài)可分為正常工作狀態(tài)和防風浪狀態(tài)。正常工作狀態(tài)時，船舶靠泊浮碼頭進行正常的裝卸等作業(yè)，此時對作業(yè)海況要求較高。防風浪狀態(tài)又稱生存狀態(tài)，一般發(fā)生在臺風期間，此時靠泊船舶離開浮碼頭，浮碼頭單獨承受風浪作用。通常情況下，防風浪狀態(tài)是浮碼頭主體結(jié)構(gòu)設計的控制狀態(tài)。

浮碼頭系統(tǒng)組成相對復雜，既有柔性結(jié)構(gòu)又有剛性結(jié)構(gòu)，風浪流作用時整體作復雜的六自由度運動，各組成部分運動和受力相關聯(lián)，外界條件、內(nèi)部組成等影響因素眾多，很難精確計算?，F(xiàn)有計算方法多采用靜力分析法，例如波浪對躉船作用力采用干涉波法、錨鏈系統(tǒng)采用懸鏈線法等[2]。靜力計算方法簡單易用，較適用于浮碼頭的正常工作狀態(tài)，對于防風浪狀態(tài)，波浪荷載較大，躉船及錨鏈系統(tǒng)偏移和動張力較大時，應該采用動力分析法，以較好地解決沖擊荷載問題。

對于圖1典型浮碼頭防風浪狀態(tài)，躉船、引橋、撐桿和撐墩等結(jié)構(gòu)設計荷載主要來自波峰波壓力作用，主副錨鏈及耳環(huán)鏈（保險鏈）設計主要由波谷波吸力作用控制。

2.2 浮碼頭設計標準

海港浮碼頭有一定的適用條件，歐美日等國的港工規(guī)范[3-5]和我國JTJ 294—98《斜坡碼頭及浮碼頭設計與施工規(guī)范》[6]強調(diào)浮碼頭適用于掩護條件較好的海域，但未明確具體的海況限制或允許風浪條件。

對于浮碼頭正常工作狀態(tài)，涉及到船舶荷載、風荷載、波浪荷載、水流力、汽車荷載等，各荷載參照JTS144-1—2010《港口工程荷載規(guī)范》[7]計算。JTJ211—99《海港總平面設計規(guī)范》[8]中規(guī)定了DWT在2 000 t以下的船舶靠泊時，2 a一遇允許波高H4%不超過0.6 m，允許風力不超過6級。軍用浮碼頭正常工作狀態(tài)的標準適當放寬至三級海況（波高0.5~1.25 m，4~5級風）。

對于浮碼頭防風浪狀態(tài)，主要考慮躉船本身所受風荷載、波浪荷載和水流力。行業(yè)標準并未對其生存海況做出規(guī)定。國家軍用標準[9]中規(guī)定：靠泊船舶噸位1 000 t以下的小型浮碼頭設計波高取H1/3=3.0 m，周期T=6 s，3 000 t以下的中型浮碼頭設計波高取3.0 m，周期取7 s。文獻[2]提到“一般來說，浮碼頭設計波高不宜大于1.5~2.0 m，波高取25 a或50 a的H5%”。軍用浮碼頭標準提高到四至五級海況。需要說明，由于浮碼頭干舷低，水上受風面積小，防風浪狀態(tài)時，風對其影響要小于波浪和水流作用。

3 浮碼頭臺損及原因分析

3.1 9608號臺風浮碼頭破壞情況

1996年8月1日9608號臺風襲擊福建某港，風力達12級以上，持續(xù)時間長，適值天文大潮，港內(nèi)最大風速估計達35 m/s，波高約3.5 m（H1/10），潮流流速約0.65 m/s；港內(nèi)10座浮碼頭有9座遭到不同程度的破壞，損失嚴重。見圖2。

港內(nèi)浮碼頭基本采用圖1的形式，躉船尺寸均為36 m×8 m，其中鋼結(jié)構(gòu)浮碼頭7座，鋼筋混凝土浮碼頭3座。破壞情況如下：1）所有鋼躉船在臺風襲擊時都保持完好，但鋼筋混凝土躉船破壞嚴重，出現(xiàn)破損進水、傾斜、沉沒等現(xiàn)象；2）部分碼頭撐桿脫離撐斗，一端或全部掉入海中，撐桿折斷；3）部分碼頭引橋脫離橋斗掉入海中，引橋變形或折斷；4）部分碼頭聯(lián)橋破損、變形，掉入海中；5）少數(shù)碼頭樁基撐墩破壞；6）少數(shù)碼頭主鏈錨鏈拉斷；7）部分碼頭橋斗、撐斗毀壞。

3.2 0205號臺風浮碼頭破壞情況

2002年6月28日，0205號威馬遜（Ramasun）臺風襲擊舟山地區(qū)，中心風速50 m/s，造成某港內(nèi)1座鋼筋混凝土浮碼頭嚴重破壞。該碼頭采用1節(jié)36 m×8 m×2.5 m躉船，躉船中間布置引橋1座，撐桿2座，對稱布置于引橋兩側(cè)。臺風造成引橋和撐桿折斷，并導致躉船進水傾斜。見圖3。

圖2 9608號臺風浮碼頭破壞情況Fig.2 Damage condition of floating wharf during No.9608 typhoon

圖3 0205號臺風浮碼頭破壞情況Fig.3 Damage condition of floating wharf during No.0205 typhoon

3.3 破壞原因分析

破壞最主要的原因是臺風期港內(nèi)風浪條件超過浮碼頭防風浪狀態(tài)的設計標準。進一步分析該類浮碼頭的破壞細節(jié)，可找到防風浪狀態(tài)下的薄弱環(huán)節(jié)?？刂聘纳七@些薄弱環(huán)節(jié)，可以比較有效地提高其整體防風能力，并為今后類似浮碼頭的建設提供良好的借鑒。

整個浮碼頭系統(tǒng)組成中，支撐和聯(lián)接系統(tǒng)破壞最嚴重。9608臺風中，引橋與聯(lián)橋破壞數(shù)量約占全部數(shù)量的42%，撐桿破壞占全部數(shù)量的28%。其受損的主要原因：1）端部耳環(huán)或耳環(huán)鏈直徑φ32~34 mm過小，在受拉狀態(tài)時斷裂，致使引橋或聯(lián)橋脫落；2）部分引橋、聯(lián)橋和撐桿在通過躉船的波浪間接沖擊力作用下超出其設計承壓荷載而彎折；3）部分鋼結(jié)構(gòu)主體和連接件銹蝕較為嚴重，設計強度有所降低。

躉船破壞主要是脫落的撐桿、聯(lián)橋或引橋端部對其側(cè)面的撞擊破損，也有相鄰躉船的撞擊損壞。9608號臺風中躉船受損占18%，且均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而鋼結(jié)構(gòu)躉船則基本完好。這得益于鋼材較鋼筋混凝土材料具有較好的延性，能有效地吸收撞擊能量。

錨系系統(tǒng)中，錨體和主鏈（φ46~56 mm）基本完好，副鏈拉斷較多，約占全部錨鏈的10%，這種情況也是發(fā)生在支撐和聯(lián)接系統(tǒng)的耳鏈或耳環(huán)斷裂后，躉船運動和受力完全由錨系系統(tǒng)承擔時發(fā)生的。由于副鏈較細（φ32~36 mm），且垂度?。?.5 m），先受力張緊至破斷，而主鏈由于鏈徑粗且有較長的拖地段，緩沖吸能效果明顯，因此基本完好。

撐墩的破壞是因為波峰作用時的躉船撞擊力超過其設計強度。

4 浮碼頭防臺應對措施

4.1 提高既有浮碼頭防風能力的措施

通過對破壞情況的研究，提高既有形式浮碼頭的防風能力的措施有：1）加強耳環(huán)和耳環(huán)鏈，改善浮碼頭最薄弱的環(huán)節(jié)。建議耳環(huán)鏈鏈徑增大到40 mm以上；2）推薦采用抗撞性和抗沉性好的鋼結(jié)構(gòu)躉船；3）在撐桿和引橋的端部設置吸能塊，例如D30橡膠護舷或橡膠塊，有效減緩剛性碰撞；4）適當增大副鏈鏈徑和安裝垂度，建議鏈徑不低于40 mm，垂度不低于2.0 m。臺風過后兩港浮碼頭修復基本采用上述措施，經(jīng)后續(xù)臺風考驗證明改善效果比較明顯。此外，有條件時可采取工程措施如防波堤等改善港內(nèi)掩護條件。

4.2 防風浮碼頭形式的探討

浮碼頭在正常工作狀態(tài)要求其位移盡可能小，這意味著約束要盡可能多，但防風浪狀態(tài)浮碼頭最好能處于約束盡量少的自由飄浮狀態(tài)，以避免或有效減小各種沖擊荷載，提高其生存能力。二者存在一定的矛盾。

海港工程中目前普遍采用的這種有撐順岸碼頭形式源于內(nèi)河或湖泊，該類浮碼頭有較好的正常工作狀態(tài)，但防風能力差，實際上不太適合在風浪條件差的海域環(huán)境中使用，盡管可以采用前述措施，但只能有限度地提高其抗風浪能力。為能較大幅度提高其生存能力，可嘗試改變現(xiàn)有浮碼頭在臺風中易損壞的支撐和聯(lián)接系統(tǒng)形式，減少活動組件，例如，取消撐桿，將引橋和聯(lián)橋搭接在躉船甲板上；或在引橋的接岸處設置滑槽，在臺風期可解除約束使其在滑槽內(nèi)自由運動；或者采取臺風期起吊引橋方案。上述無撐結(jié)構(gòu)形式可通過在主錨鏈上加掛重錘以保證其正常工作狀態(tài)的使用。另外可加大躉船規(guī)格，取消聯(lián)橋，相應提高錨系系統(tǒng)標準等。

5 結(jié)語

海港浮碼頭的工作狀態(tài)分正常工作狀態(tài)和防風浪狀態(tài)，現(xiàn)有中小型浮碼頭正常工作狀態(tài)適用海況不超過三級，防風浪狀態(tài)不超過五級的海況。臺損案例分析及修復經(jīng)驗表明，加強耳環(huán)和耳環(huán)鏈、使用鋼結(jié)構(gòu)躉船、引橋等支撐和聯(lián)接結(jié)構(gòu)端部設置吸能塊等可以有限度地提高浮碼頭的防臺風能力。

適用更高海況的防風浮碼頭，應遵循躉船在防風狀態(tài)允許有較大自由度以便有效緩沖吸能的原則，需要改變現(xiàn)有支撐和聯(lián)接系統(tǒng)形式，盡可能減少活動組件，可考慮無撐結(jié)構(gòu)和引橋搭接等方案。建議有條件時可開展相關的試驗研究工作，解決關鍵技術(shù)問題并推廣應用，以充分發(fā)揮浮碼頭的優(yōu)勢。

[1]高承德.斜坡碼頭及浮碼頭設計與施工規(guī)范修編簡況[J].水運工程，1998（10）：85-88.GAOCheng-de.Revision profiles of the code for design and construction of sloping wharf and floating wharf[J].Port&Waterway Engineering,1998(10):85-88.

[2]交通部第一航務工程勘察設計院.海港工程設計手冊：中冊[M].北京：人民交通出版社，1994.CCCC First Harbor Consultants Co.,Ltd.Handbook for design of sea harbor：medium volume[M].Beijing：China Communications Press,1994.

[3] Technical standardsand commentariesfor port and harbor facilities in Japan[S].Japan：The Overseas Coastal Area Development Instituteof Japan,2002.

[4]Coastal engineering manual[M].Washington D C：U.S.Army Corps of Engineers,2003.

[5] BS 6349：Part 6,British standard code of practice for maritime structures[S].British Standard Institution,2000.

[6]JTJ294—98，斜坡碼頭及浮碼頭設計與施工規(guī)范[S].JTJ 294—98,Code for design and construction of sloping wharf and floatingwharf[S].

[7]JTS144-1—2010，港口工程荷載規(guī)范[S].JTS144-1—2010,Load codefor harbour engineering[S].

[8]JTJ211—99，海港總平面設計規(guī)范[S].JTJ211—99,Design codeof general layout for seaport[S].

[9]GJB 6050—2007，軍港浮碼頭技術(shù)條件[S].GJB 6050—2007,Specification for floatingwharf of naval port[S].