翁森毅 福建省港航勘察設(shè)計(jì)院，福建 福州 350002

漳灣作業(yè)區(qū)大洋臨時(shí)碼頭系泊錨地主要為滿足2 萬噸級(jí)散貨船安全錨泊、水上裝卸作業(yè)需要而建設(shè)的。根據(jù)港口生產(chǎn)要求、自然條件、水文特性、水域條件和船型等因素采用雙浮筒系泊。在錨地總平面設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)現(xiàn)行《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行布置。

1 雙點(diǎn)系泊錨地設(shè)計(jì)程序

確定設(shè)計(jì)條件、錨地平面布置、系泊力計(jì)算、錨鏈拉力計(jì)算、沉錘設(shè)計(jì)、錨地設(shè)備選擇。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 風(fēng)況

風(fēng)況:根據(jù)三都澳氣象站的實(shí)測(cè)資料統(tǒng)計(jì):常風(fēng)向?yàn)闁|南向，次常風(fēng)向南向及西南向，南風(fēng)向出現(xiàn)頻率達(dá)17.5%。每年秋季至翌年的初春多為偏北風(fēng)，風(fēng)力較大，最大風(fēng)速28m/s。夏季多東南風(fēng)，風(fēng)力較小，最大風(fēng)速10m/s。

2.2 潮流

根據(jù)實(shí)測(cè)資料，最大漲潮流速0.58 米/秒，流向?yàn)闁|西向，最大落潮流速0.64 米/秒，流向?yàn)槲鳀|向?；匦蛱幾畲鬂q潮流速0.78米/秒，流向?yàn)闁|西向，最大落潮流速1.1 米/秒，流向?yàn)槲鳀|向。

2.3 波浪

三都澳港區(qū)屬半封閉海灣，灣口牛角坡至大嶼水域?qū)挾?km 左右，口門偏東南向開敞。港內(nèi)大小島嶼星羅棋布，四周陸域均為海拔300m以上的山脈所環(huán)抱，外海波浪難以從口門直接傳入灣內(nèi)，是公認(rèn)的天然避風(fēng)良港。根據(jù)規(guī)范用小風(fēng)區(qū)法推算漳灣公用作業(yè)區(qū)50 年一遇波要素:H1%=1.83 米，T=3.80 秒，波向?yàn)镹W 向。

2.4 潮位

根據(jù)三都澳多年實(shí)測(cè)潮位統(tǒng)計(jì)資料，本工程特征潮位和設(shè)計(jì)潮位見下(基準(zhǔn)面為1956 黃海平均海平面)。

累計(jì)最高潮位:5.25m

累計(jì)最低潮位:-4.34m

平均高潮位:3.08m

平均低潮位:-2.27m

最大潮差:8.38m

最小潮差:1.94m

平均潮差:5.35m

2.5 地質(zhì)

由本工程地質(zhì)勘察報(bào)告揭示，擬設(shè)系浮筒位置處底質(zhì)為淤泥層，土層呈灰色，總體較純，偶見貝殼碎屑及局部間夾薄層細(xì)砂，土體粘性及滑感強(qiáng)，切面較光滑，具腥味，干強(qiáng)度低，韌性低，搖震反應(yīng)慢，海積成因。流塑，飽和。該土層屬高壓縮性土，力學(xué)強(qiáng)度低，工程性能差。

3 錨地平面布置

3.1 系泊船型

本工程系泊錨地主要為滿足2 萬噸級(jí)散貨船水上裝卸作業(yè)要求。

3.2 系泊水域的尺度

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS165-2013)，由于本工程水域?qū)挾仁艿较拗啤?duì)泊穩(wěn)條件較高，故錨地采用雙浮筒系泊方式，錨地水域?yàn)殚L方形布置，其平面尺度按下式計(jì)算:

式中:r——由潮差引起的浮筒水平偏位(m);每米潮差可按1m 計(jì)算;

l——系纜的水平投影長度(m);

B——設(shè)計(jì)船寬。

計(jì)算得，S=241.0，α=100，取S=320，α=106(考慮浮筒位置距離臨時(shí)碼頭回旋區(qū)域較近，適當(dāng)放大)。錨地平面見下圖。

錨地平面布置圖

3.3 系泊水域的水深

根據(jù)現(xiàn)行《海港總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，港內(nèi)錨地水深不宜小于碼頭前沿設(shè)計(jì)水深，本工程錨地設(shè)計(jì)底高程與大洋臨時(shí)碼頭一致，取-9.8m。

根據(jù)本工程實(shí)測(cè)水深地形圖，系船錨地水域的水深滿足規(guī)范要求。

4 系船浮筒系船能力分析

4.1 系泊力計(jì)算

本錨地主要為大洋臨時(shí)碼頭水上裝卸作業(yè)使用，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要規(guī)定，碼頭六級(jí)風(fēng)時(shí)應(yīng)停止作業(yè)，故本錨地按六級(jí)風(fēng)(13.8m/s)為計(jì)算風(fēng)速，計(jì)算流速取最大落潮流速1.1m/s，流向?yàn)?39°。海上波浪雖然對(duì)船舶有較大的瞬時(shí)沖擊力，但是大型船舶系泊時(shí)，系船浮筒錨鏈及系纜繩均會(huì)起到明顯的緩沖作用，且H1%=1.83m，對(duì)大型船舶作用較小，可不予考慮。

⑴作用在船舶上的風(fēng)壓力。船體水面上縱向受風(fēng)面積較橫向受風(fēng)面積小得多，故當(dāng)系泊船舶受橫向風(fēng)時(shí)，風(fēng)壓作用下的船舶系纜力最大。

⑵作用在船舶上的水流力。本錨地平面布置的走向與水流流向接近，根據(jù)《港口工程荷載規(guī)范》(JTS144-1-2010)，系泊船舶與潮向偏角0°～15°時(shí)水流縱向力:

式中:Fyc——水流對(duì)船舶作用產(chǎn)生的水流力縱向分力(KN);Cyc——水流力縱向分力系數(shù);ρ——水的密度(t/m3);V——水流速度(m/s);S——船舶吃水線以下的表面積(m2)。

式中:Re——水流對(duì)船舶作用雷諾數(shù)，Re=VLb/ν

ν——水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)(m2/s)

b——系數(shù)

該水域海水溫度取25℃，ν 取0.89 ×10-4m2/s，根據(jù)潮流資料，水流流速采用V=1.1m/s，根據(jù)現(xiàn)行《港口工程荷載規(guī)范》，系泊船舶方型系數(shù)Cb取0.825，b 取0.009。

計(jì)算得出:Re=VLb/ν=3.1 ×105

又船舶吃水線以下的表面積S=1.7LT+CbLB=6115m2

計(jì)算得出船舶受潮流作用產(chǎn)生的縱向水流力:

船舶受潮流作用產(chǎn)生的橫向分力Fxc=Cxcρ/2·V2B=33.9KN。

⑶船舶系纜力及錨鏈拉力計(jì)算。受錨地平面尺度的限制，最不利船舶系纜力的水平夾角為24°。

由浮筒處力系平衡，計(jì)算得到浮筒單側(cè)最大錨鏈拉力為387.8KN。

考慮到系纜力較大，浮筒下錨鏈近似按直線考慮，錨鏈長度采用41.2m，錨鏈的水平夾角為20.0°。

在浮筒出口處錨鏈拉力最大:

試選φ64 有檔錨鏈錨鏈，其破斷拉力Nφ64=1560KN

計(jì)算出錨鏈的安全系數(shù)K1=Nφ64/Fm=1560/412.7=3.8 ＞3

故選用的φ64 有檔船用錨鏈滿足規(guī)范要求。

4.2 沉錘設(shè)計(jì)

根據(jù)沉錘處力系平衡計(jì)算，沉錘處水平力為387.8KN，垂直拉力為132.6KN。按照海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)關(guān)于錨重計(jì)算的規(guī)定，錨抓力系數(shù)K=1.1/2.3，由此可得，水下錨重應(yīng)大于387.8(1.12.3)=810.9KN。進(jìn)而計(jì)算出鋼筋混凝土沉錘體積

沉錘設(shè)計(jì)采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用上邊長為2.5m，下邊長為7.5m，高度為2.5m 的正棱臺(tái)，重量達(dá)159t。為了增加沉錘與地面的粘著力，沉錘底部設(shè)邊長4m，高0.2m 的凹槽。

經(jīng)計(jì)算得，實(shí)際采用沉錘V=64.8m3＞60.1m3，符合要求。

4.3 系船浮筒的選型

業(yè)主已由專業(yè)廠家購置了兩個(gè)系泊浮筒，為圓形鋼質(zhì)浮筒，型號(hào)為XF5.5-D1，浮筒直徑5.5m，筒體總高3.0m，浮力31.2t。經(jīng)復(fù)核能夠滿足使用要求。

5 結(jié)束語

大型船舶及在水域?qū)挾仁艿较拗?、?duì)泊穩(wěn)條件較高時(shí)，多采用雙點(diǎn)系泊錨地，在港區(qū)水中過駁錨地常亦采用此形式。雙點(diǎn)系泊錨地設(shè)計(jì)的要點(diǎn)包括:(1)錨地的平面布置時(shí)錨地的走向應(yīng)盡量接近水流流向和常風(fēng)向及強(qiáng)風(fēng)向;(2)通過各種工況條件船舶的風(fēng)流力計(jì)算和組合，以及最不利浮筒的分析，計(jì)算出最不利浮筒受到的水平系泊力;(3)錨塊的計(jì)算與錨鏈拉力、沉錘埋置方式等因素有關(guān)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。

［1］海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范(JTS165-2013).

［2］港口工程荷載規(guī)范(JTS144-1-2010).

［3］交通部第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院編，海港工程設(shè)計(jì)手冊(cè)(中冊(cè))，人民交通出版社，1997(4).