某水泥专业码头创新设计要点

柳德洋，张智山，朱子平

(1.重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222)



某水泥专业码头创新设计要点

柳德洋1，张智山2，朱子平2

(1.重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121；2.中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222)

摘要：在传统的浮码头散货工艺系统基础上，结合水文、地质条件，提出了浮式钢引桥皮带机方案，即采用浮趸替代升降架，将钢引桥直接固定在浮趸上，利用水的浮力自动升降浮趸及钢引桥，将趸船、多个浮趸、多跨钢引桥及钢引桥上皮带机串联成一整套的浮式结构。

关键词：浮趸；浮式钢引桥皮带机；定位桩；钢板包裹

引 言

对于传统的散货浮码头工艺设计，码头结构一般由趸船及其系泊设施、活动钢引桥、升降架、固定引桥、作业平台、钢引桥皮带机、转接、料斗及卷扬机提升系统等组成，在每榀钢引桥上设置1台皮带输送机，并在升降架处设置皮带机转接漏斗，该工艺方案用在水位差达30 m以上的库区，一般需设置3~5榀钢引桥和2~4个升降架才能满足要求，水工投资较大、皮带输送机转接点较多、再加上每个升降架都需要至少约2台卷扬机提升，机械设备投资大、用电负荷增加，增加了能源消耗等不经济因素，同时还存在装卸效率慢，无法达到业主单位的通过能力要求。因此，研究出一种可以克服上述种种不利因素的新型散货工艺方案是很有必要的。

1 工程概述

某水泥专用码头位于重庆忠县长江上游三峡库区右岸，距宜昌航道里程433 km，属于三峡库区常年回水水域，可常年通行3 000 t级及以下船舶。经计算，该码头设计高水位为174.074 m，设计低水位为143.674 m，水位落差达30.4 m。本工程建设设计吞吐量535万t/a，其中散货进口120万t/a、熟料出口280万t/a，散水泥出口100万t/a，件杂货(主要为袋装水泥出口)35万t/a。

图1 码头平面布置

2 装卸工艺

为了满足上述吞吐量要求，确定本工程建设规模为5个3 000 t级散杂货泊位和1个1 000 t级件杂泊位，其中1#、2#、3#为散货出口泊位，4#、5#为散货进口泊位，6#泊位为件杂货泊位。散货出口泊位属专用散装、袋装水泥和熟料装船泊位，装卸工艺采用安放在钢引桥上的带式输送机装船工艺方案。根据散装、袋装水泥和熟料特性，采用皮带机运输散装水泥时下行坡度不宜大于6°，运输袋装水泥和熟料时下行坡度不宜大于10°。每个泊位前方趸船上布置1台水泥或熟料装船机及2台移动式水泥装船机，台时效率分别为800 t/h和1 600包/h，船岸间采用搁置于钢引桥上的皮带机进行物料输送。散货进口泊位装卸工艺采用浮式钢引桥皮带机—浮式起重机方案，每个泊位前方趸船上布置两台10 t全回转浮式起重机进行散货卸船作业，4#和5#泊位趸船之间采用1跨长40 m、宽5 m的钢引桥连接，4#泊位的散货可通过趸船间钢引桥皮带机输送至5#泊位。6#泊位采用下河公路型式，配置2台QL16轮胎起重机进行件杂货的装卸，并采用载重汽车在码头和厂区之间运输。

3 方案设计

结合本工程水文、地质条件及工艺要求，本项目可以采用传统的散货工艺浮码头方案。在大水位地区建设散货工艺浮码头，已在国内长江中上游地区积累了很多经验。若采用传统的散货工艺浮码头设计方案，不仅水工结构和机械设备投资大、能源消耗多，而且装卸效率慢，泊位通过能力小。因此，追求可以克服上述种种不利因素的新型散货码头工艺方案就成为我们所追求的设计目标。

为此，经过多方调研、研讨和咨询，结合本工程水文、地质条件及工艺要求，创造性地提出了采用浮趸、浮式钢引桥皮带机相结合的设计理念，即在传统的浮码头散货工艺系统的基础上、结合30 m以上水位差的特点，对现有浮码头散货工艺系统进行改进，采用浮趸（俗称跳囤）替代原有的升降架，取消原有的卷扬机牵引系统，钢引桥直接固定在浮趸上，利用水的浮力自动升降浮趸及钢引桥，这样将趸船、多个浮趸和多跨钢引桥串联起来形成一整套的浮式结构，钢引桥上的皮带机也将串联起来形成1台整体皮带机。虽然浮趸和钢引桥皮带机是成熟的技术，也分别在一些项目中使用，但通常都是单独存在的，如何将两者结合在一起，减少皮带机之间的转折点，如何保证多跨浮趸的水平位移和升降能够适应皮带机的使用要求，如何保证在设计低水位时浮趸不会陷入泥面等问题成为下一步设计工作的重点。经过不断的探讨、调研、论证、修改和完善，克服了一个个技术难题，最终我们完成了本工程的设计，达到了预期目标，目前该工程已经投入使用，且使用状况良好。下面就以1#进口泊位为例来说明我们的浮式钢引桥皮带机码头结构设计方案。

3.1 确定浮趸的位置及浮式钢引桥的跨度

首先根据设计船型、水深和设计水位的变化情况，将码头前沿线布置在137 m等高线附近，以保证设计船型满载吃水要求。在码头前沿布置70 m×20 m×3 m的钢趸船，以满足设计船型靠泊和装卸工艺要求。码头后方与陆域连接点高程为175 m，采用1：9.514的坡度降至码头前沿，其水平投影长233.85 m，采用经济合理的钢引桥长度，共布置5榀、长44 m、宽6.5 m的钢引桥，钢引桥之间布置浮趸，浮趸尺度18 m×10 m×2 m，在浮趸上设置特制钢平台以便连接钢引桥。

3.2 确定各个浮趸的高程

根据设计低水位和设计高水位的变化范围，在保证斜坡坡度为1：9.514的情况下，计算出浮趸顶高程。在设计低水位情况下，趸船的顶高程为145 m，在趸船上设置6 m高的特制平台支撑钢引桥以便和装船机配套。根据计算，靠近码头前沿的第一座浮趸顶高程为155.71 m，其它浮趸顶高程分别为160.73 m、165.74 m和170.76 m，直至顶部175 m。设计高水位时和设计低水位时1#泊位散水泥出口工艺断面如图2、图3所示。

图2 设计低水位时1#泊位散水泥出口工艺断面

图3 设计高水位时1#泊位散水泥出口工艺断面

3.3 浮趸的基础处理

当码头前沿水位较高时，浮趸可以根据水位的变化进行升降，但水位较低时，就需要保证引桥上皮带机的坡度在设计范围内变化，同时要保证浮趸不能降得过低，因此，需在每个浮趸位置底部设有支撑台，支撑台的高程根据工艺要求确定。支撑台为混凝土条形基础，共四条，在钢浮趸的底部有八个预埋钢板底座，水位较低时，浮趸通过钢底座与混凝土条形基础相接，以保证浮趸不会在低水位时陷入泥中，同时保证浮趸底高程的位置和整个引桥的坡度合理。采用混凝土条形基础，还可以避免泥面处条形基础上有太厚的浮泥，当经过不同的水位变化，支撑台上有浮泥时，可以采用高压水清除顶部淤泥。支撑台按设计高程开挖后，为防止水流冲刷，周围采用20 cm碎石垫层和30 cm浆砌块石护面。需要说明的是靠近趸船的第一座浮趸，由于该处地面位置较低，为了保证浮趸的高程，需要做比较大的基础，而且还需要对基础进行处理，造价较高，最后我们采用了在浮趸上做钢结构支架的做法，这样对基础不需做特殊处理，而是用浮趸顶部的钢结构支架来保证浮式钢引桥的高程，从而保证了整个引桥的坡度。

3.4 浮趸的定位

为了确保浮趸的水平位移都在可控的范围，只随着水位的变化进行升降，采用定位桩和抱桩的技术来限制浮趸的水平位移，在浮趸的上下游两侧各布置一根定位桩，定位桩、浮趸断面及平面布置详见图4、图5。定位桩采用钢管混凝土桩，经计算桩的直径为2 m和1.6 m，定位桩嵌入中分化岩层不小于3倍桩径，并在桩外设置一层钢套筒，钢套筒厚度为3 cm和2.5 cm。钢管桩与浮趸之间设有滚动支座，布置在钢浮趸上。

图4 定位桩、浮趸断面

图5 定位桩、浮趸平面布置

3.5 环保措施

为了保证水泥和熟料等物料在运输过程中的环保要求，在整个皮带机运输系统的顶部和侧面，采用薄钢板将皮带机和货物包裹在一个相对封闭的空间中，避免了散装水泥在运输过程中的污染和流失，同时也起到了美化港口的作用。

4 结 论

本工程的设计将多项有成熟使用经验的但用在不同项目和不同领域的设计理念巧妙地结合在一起，形成了一个全新的设计，虽然整个系统均为浮式，但使用过程中整体稳定性很好，设备的运行状况也非常好，取消了多跨升降架、卷扬机牵引系统等，减少了生产作业的操作环节，将原来多台串联的钢引桥的皮带输送机设置成1台整体皮带机，减少了皮带机之间的转接点；同时通过技术手段，只是简单的利用水位的变化就可以调整浮趸的高程满足装卸作业的坡度要求，采用定位桩的技术使支撑钢引桥的浮趸不发生大的水平移动。采用该设计方案不仅节约工程投资、节约能源消耗，而且提高了装卸效率，增强了泊位通过能力，同时兼顾了通航安全、行洪等多方面的要求。

本工程的建设为当地水泥生产基地提供了保障，也为今后类似码头的设计提供了可借鉴的宝贵经验。

Innovation Design of One Specialized Cement Terminal

Liu Deyang1, Zhang Zhishan2, Zhu Ziping2
(1.Chongqing Communications Planning Survey & Design Institute, Chongqing 401121, China; 2.CCCC First Harbor Consultants Co., Ltd., Tianjin 300022, China)

Abstract：Based on bulk cargo process system of conventional pontoon, a design proposal of belt conveyor with floating steel approach bridge has been put forward by referring to local oceanographic and geological conditions. As a creative option, pontoon is used to replace crane, and steel approach bridge is fixed directly on the pontoon. The pontoon and steel approach bridge rise and fall through water buoyancy, and a whole floating structure is formed, which connects pontoons, multi-span steel approach bridge and belt conveyor in series.

Key words:pontoon; belt conveyor with floating steel approach bridge; grouser; steel plate packing

作者简介：柳德洋（1982-），男，工程师，主要从事港口结构设计工作。

收稿日期：2015-07-29

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160105

中图分类号：U656.1+17

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0024-04