唐山港曹妃甸港区二港池东岸线南端码头面高程研究

魏美芳，邳青岭（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）



唐山港曹妃甸港区二港池东岸线南端码头面高程研究

魏美芳，邳青岭
（中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222）

摘要：本工程码头位于曹妃甸港二港池东岸线近防波堤口门处，对于偏西向入射波浪，防波堤对码头前沿波浪几乎没有起到折减的作用。为此拟通过波浪整体物理模型试验研究，对码头前沿波高分布及码头上水情况进行分析，为合理确定码头面高程、验证码头泊稳条件以及码头结构型式的选取提供科学依据。

关键词：曹妃甸；码头面高程；码头上水

1 工程概况

唐山港曹妃甸港区位于唐山市唐海县辖境，距天津港约38 n mile，距京唐港区约33 n mile。曹妃甸港区将发展成为以临港工业服务和大宗散货运输为主的国际化、大型化综合性港区，形成唐山港在新世纪发展的重要支柱和曹妃甸新区发展的战略资源［1］。根据《唐山港总体规划（修订）》和港区的开发现状，本工程拟在二港池的东岸线南端建设5个5万～10万t级的散货泊位。

由于本工程码头靠近二港池口门，防波堤掩护效果较差，势必造成码头越浪问题相对严重，对陆上设施及堆场造成影响。为此本工程码头虽位于防波堤内，但不能按照有掩护码头进行码头面高程的计算，需要通过波浪的整体物理模型试验，来确定合理的码头面高程。

2 自然条件

2.1 水位

根据曹妃甸港 2000～2001年的潮位资料，本港区设计高水位2.91 m，极端高水位4.46 m（高程系统以当地理论最低潮面起算，下同）。

2.2 风

根据曹妃甸浮标测站观测资料统计，曹妃甸港区常风向为S向，出现频率为9.16 %；次常风向为SSW向，出现频率为8.28 %；强风向为NW向。

2.3 波浪

该海区常浪向为S向，出现频率为10.87 %；次常浪向为SW向，出现频率为7.48 %。强浪向ENE向，次强浪向NE向。

3 平面布置方案及码头面高程设计

3.1 码头平面布置方案

根据《唐山港总体规划（修订）》［1］，本工程位于二港池东岸线南端，共建设5个泊位，包括1个5万t级泊位、2个7万t级泊位及2个10万t级泊位，其中北侧岸线预留1个15万t级泊位（该段泊位的码头结构为15万t级，其余泊位的码头结构按照10万t级进行设计）。详细布置见图3。

码头方位角为 0°—180°，码头泊位长度为1 497 m，码头前沿设计底高程为-15.5 m和-19.0 m （15万t码头）。

图3 港区码头布置

3.2 港区防波堤现状

目前，二港池防波堤工程已完成，它包括东、西两座防波堤；东西两侧堤根分别与东侧码头后方陆域护岸和冀东油田护岸相接。垂直航道方向的防波堤口门宽度530 m，口门中心位置正对港池中心位置，东西两侧防波堤堤身轴线分别为 94.3°～274.3°、151.110～331.110，西防波堤长度693.3 m，东防波堤长486.4 m，防波堤总长度1179.7 m。两堤间最大口门宽度约 560 m，最大宽度口门朝向198.59°（S与SSW 之间）［2］。

3.3 码头面高程设计

由于二港池已建成的东、西防波堤的掩护作用，入射波在进入港池后波高衰减，对港内码头泊位形成了较好掩护的作用。其码头面高程可按照有掩护码头进行计算；按照相关规范［3］进行计算后，码头面高程可取为4.5 m［4］。

但是由于本工程码头位于东岸线近口门处，对于偏西向入射波浪来说，口门段港池水域较为狭窄，入射波浪来不及扩散就直接入射到东侧码头前沿，防波堤对码头前沿波浪几乎没有起到折减的作用［5］。因此，本工程码头面高程的计算不能简单按照有掩护进行计算。

因此，本工程拟通过波浪整体物理模型试验研究，对码头上水情况进行分析，为合理确定码头面高程、验证码头泊稳条件提供科学依据。

4 物理模型试验研究

4.1 试验概况

由于拟建码头距离口门位置较近，本试验主要研究在S、SSW和SW向浪，各水位重现期2年、10年、50年波浪作用下，码头面上水情况以及进行港内泊稳条件的分析。

4.2 工况1

参考曹妃甸港一港池类似工程的实际情况，试验初期码头面高程初定为4.8 m。由于码头面板设有0.2 m护轮坎，试验过程中在模型上为了便于测量上水，直接将码头面高程设置成5.0 m。码头的结构型式采用卸荷式地连墙板桩结构。

根据试验结果，对比3个波向码头前比波高，3个波向影响最大为SW，影响位置最大表现在10 万t级码头，极端高水位最大比波高为1.73。关于码头面上水结果，在设计高水位重现期 10年、50年，S向波浪作用，仅在10万t级码头与15万t级码头连接位置有上水，最大为0.78 m；但在SSW、SW向波浪作用，10万t级码头整个岸线几乎均上水，最大分别为1.84 m和1.68 m［6］。

4.3 工况2

根据上述的试验结果，码头上水情况比较严重，为了减轻该情况，在不改变码头结构型式的基础上，将码头面高程抬高至5.8 m（试验模型中为6.0 m）。

表1、表2给出了在SSW向波浪作用下，设计高水位时不同码头面高程的上水情况。试验结果表明，当码头面高程抬高至6.0 m时，SSW、SW向浪码头上水有所减小，最大分别为 1.20 m 和1.08 m［6］。

表1 码头面高程5.0 m上水试验结果

表2 码头面高程6.0 m上水试验结果

4.4 码头面高程加至6.0 m，透空消浪结构型式

由试验结果可知，增加码头面高程可减轻码头上水情况，但对码头前的比波高没有改善。为了进一步改善码头上水和泊稳条件，本次试验对码头结构采用了消浪效果较好的高桩及开孔沉箱结构型式。同时将码头面高程抬高至6.0 m（试验模型中为6.3 m，包含0.3 m高的护轮坎）。

试验结果表明，由于口门已建东、西防波堤的走向，对比 3个试验波向，SW 向波浪作用对 10 万t级码头的波况、上水、泊稳影响最大。

其中对于高桩码头：仅SW向波浪作用时，10 万t级码头有上水，最大为0.96 m。对于胸墙开孔沉箱码头：SW向波浪影响也是最大的，且影响范围在10 t级码头位置，且仅在设计高水位重现期50年时会出现码头上水的情况，最大上水厚度为0.21 m［7］。由试验结果可见，采用消浪效果较好的结构型式可以有效减轻码头的上水情况。

图4 测点布置

表2给出了本次物理模型试验所涉及到的3种码头结构型式，在设计高水位的SW向波浪作用下（重现期50年），码头前比波高、码头上水以及泊稳情况的对比。

表2 SW向波浪作用下码头上水及泊稳情况对比

由试验结果可知，对于采用不同的结构型式，其码头前比波高最大值分布有所不同，但卸荷式地连墙板桩结构最大，高桩结构沿程比波高最小；上

水情况来看：由于其结构的特点，胸墙开孔加直立式沉箱型式最小；损失作业天数则高桩结构最小，卸荷式地连墙板桩结构最大。因此总体来看，高桩结构和胸墙开孔加直立式沉箱结构均优于卸荷式地连墙板桩结构。

5 结 论

通过波浪整体物理模型试验，将曹妃甸二港池东侧口门处岸线的码头面高程取为6.0 m是比较合理的。

关于码头结构型式的选取，高桩码头结构和胸墙开孔直立式沉箱结构均可行，在设计过程中将综合考虑其它因素进行比选。

而对于本工程10万t级泊位处的码头上水情况，可考虑在码头面上设置排水沟等适当的排水措施加以解决。

参考文献：

［1］ 唐山港总体规划（修订）［R］.北京：交通运输部规划研究院，2012.

［2］ 唐山港曹妃甸港区二港池航道及防波堤工程［R］.北京：中交水运规划设计院有限公司，2008.

［3］ JTS 165-2013 海港总体设计规范［S］.

［4］ 唐山港曹妃甸港区联想控股通用件杂货泊位工程初步设计［R］.天津：中交第一航务工程勘察设计院有限公司，2011.

［5］ 曹妃甸港区二号港池防波堤工程波浪物理模型试验报告［R］.南京水利科学研究院，2008.

［6］ 河北港口集团曹妃甸第六个 5000 万吨煤炭码头工程波浪整体理模型试验［R］.天津：交通运输部天津水运工程科学研究院，2014.

［7］ 河北港口集团曹妃甸第六个 5000 万吨煤炭码头工程波浪整体理模型补充试验研究［R］.天津：交通运输部天津水运工程科学研究院，2014.

Research on Wharf Surface Elevation of Southernmost Quay along East Shoreline of No.2 Harbor Basin of Tangshan Port Caofeidian Harbor

Wei Meifang，Pi Qingling
（CCCC First Harbor Consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

Abstract：The southernmost quay along east shoreline of No.2 harbor basin of Caofeidian harbor is close to the breakwater entrance.As for the breakwater， it is no way to damp the incident wave by west in front of the wharf structure.In the case， a wave physical model test is carried out to analyze the wave height distribution and the overtopping situation of the wharf apron.The analysis results serve as a scientific basis for determining of elevation of wharf surface， verifying the mooring stability conditions and selecting suitable wharf structure.

Key words：Caofeidian harbor； elevation of wharf surface； water overtopping wharf

中图分类号：U651+.4

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）02-0040-03

DOI：10.16403/j.cnki.ggjs20160210

收稿日期：2016-01-04

作者简介：魏美芳（1984-），女，注册土木工程师（港口与航道工程）、注册咨询工程师，主要从事港口与航道工程的设计工作。