内河集装箱码头堆场铺面创新设计

内河集装箱码头堆场铺面创新设计（推荐3篇）

内河集装箱码头堆场铺面创新设计 篇1

摘 要：本工程位于浙江省德清县，作为浙北地区目前唯一的大型内河集装箱码头，不但承担德清当地的集装箱运输，还要承接杭州地区集装箱业务，具有重要的意义，但工程场地内存在较厚的软土层，本工程创新地采用桩基础作为集装箱箱脚处理方案，可为后续类型项目提供一定的参考价值。

关键词：集装箱堆场 铺面结构 桩基础

1.概述

我国的内河航运发达，全国内河航运以长江、珠江、黑龙江与松花江、淮河和京杭大运河为主，构成全国内河航运的干线网，覆盖我国1/3以上的国土。自1996年12月上海港龙吴港务公司开辟第一条内贸集装箱水运航线以来，全国各内河港口也陆陆续续开展内河集装箱码头建设和内河集装箱运输，到2016年，我国内河港口集装箱吞吐量已达到了1105.4万TEU。在内河集装箱蓬勃发展的同时，集装箱堆场的地基处理方案也越来越得到关注，本文就实际工作中的一些体会进行了总结。

2.集装箱堆场布置

德清多功能港区总用地面积23.3万m2（约350亩），采用顺岸式布置300吨级多用途泊位7个，码头泊位长度为386m，陆域后方依次布置前沿堆场、一线堆场、二线堆场、三线堆场，其中集装箱堆场44113m2、件杂货堆场17521m2。工程总平面布置图如图1所示。

3.工程地质

根据野外钻探等资料分析，按成因类型、地质时代、土性特征和物理力学性质的相似和相近，场地共分9个工程地质组，其中①层分为2个亚层、⑤层分为2个亚层，共计11个工程地质层，其中第③层淤泥质粘土全场分布，呈流塑状，压缩性高，层厚1.90～15.90m，为本工程的不良地质层，需要进行处理。

4.堆场结构方案

（1）堆货荷载

集装箱堆场：均布荷载40kPa，箱角853kN（堆四过五）。

（2）工艺荷载

40.5T轨道式集装箱龙门起重机：轮压250kN，轮数6×4=24个，轨距：40m，基距：16m，车轮间距0.75m；

30.5T轨道式集装箱龙门起重机：轮压250kN，轮数6×4=24个，轨距：35m，基距：16m，车轮间距0.75m。

（3）常规堆场铺面方案

经调查，目前国内各内河港口集装箱堆场的铺面结构方案主要有以下几种：

①联锁块铺面

联锁块铺面结构层自上而下分别为联锁块、砂垫层、水泥稳定碎石、级配碎石，箱脚区与箱脚间区域采用不同厚度的水泥稳定碎石层。该方案对不同的装卸工艺适用性强，普遍用于国内各大港口，后续可根据不同区域的沉降情况，局部翻新修复。该方案需要对地基进行处理，由于联锁块对残留沉降值的要求不高，地基处理要求稍低。

②条形基础法

条形基础法是指箱脚区采用现浇的钢筋混凝土条形基础，箱角间区域采用联锁块铺面或现浇混凝土铺面。该方案目前在于海港大型集装箱港区应用较多，由于条形基础高于堆场面，因此不适用于集装箱正面吊等设备。另外条形基础需要控制不均匀沉降，地基处理要求高。

③混凝土铺面

混凝土铺面结构层自上而下分别为现浇混凝土面层、水泥稳定碎石、级配碎石。该方案对不同的装卸工艺适用性强，但由于箱脚区域荷载很大，混凝土板的设计厚度通常需要很大，不均匀沉降会引起板块开裂甚至破坏，适用于地质条件很好或地基处理效果好的地区，而且造价高，后续修复较困难。

④沥青铺面

沥青铺面自上而下分别为细粒或中粒式沥青混凝土、粗粒式沥青混凝土、水泥稳定碎石、级配碎石。该方案不但对不同的装卸工艺适用性强，而且对于地基的沉降适应性也比较好，但由于集装箱箱脚应力大，沥青表面容易出现痕迹，时间久了，磨损比较严重，耐久性差。另外沥青摊铺过程中，还会产生一定的污染。

⑤本工程堆?鼋峁狗桨?

本工程场地内有10-15m的软土层，工期紧，常规的堆载预压法、真空预压法、强夯法均不能满足工期要求，另外由于堆场面积有限，业主也不希望营运过程中频繁的维护和维修影响港口日常生产，而目前常用的铺面结构使用过程中均存在一定的沉降，联锁块和条形基础需要需要根据沉降情况进行调整，混凝土铺面沉降后容易发生板块破裂，沥青铺面能够适应沉降，但耐久性差。因此设计过程中，参考建筑设计中的筏形基础，在集装箱箱脚处布置桩基础，下部采用φ600PHC桩，桩长根据计算取19m，上部采用扩大桩帽，考虑需要兼顾20ft和40ft，桩帽平面尺寸确定为1.2m×1.2m，高度为1.0m；为了增强结构的整体性，在桩帽间设置纵横方向的连系梁。考虑堆场的排水，箱脚间的区域采用10cm现浇C30砼。结构图如图2所示。

5.结论

（1）本工程已于2016年投入营运，根据业主反馈，箱脚区基本未发生沉降，实际效果很好，表明设计方案是成功可行的。

（2）本工程引入桩基础作为集装箱箱脚的处理方案，桩基长度可以根据堆箱高度选择，工期短，承载力高，堆场利用率高，可快速形成生产力，但造价较高，建议设计单位在应用过程中加以比较。

（3）集装箱荷载相对建筑荷载小得多，纵横向连系梁的设置可根据实际堆箱高度进行优化。

（4）本工程的设计方案适用于堆场无流动机械行走要求的堆场，若有流动机械行走要求，可根据营运组织，留出行车通道，分区块处理。

参考文献：

内河集装箱码头堆场铺面创新设计 篇2

关键词：集装箱堆场,铺面,优化,设计

0 引言

集装箱堆场是港口集装箱码头工程中的一个重要组成部分, 所占工程总投资比例大, 铺面设计方法较多, 采用不同的规范标准造价差异较大。

对于我们熟悉的国标和英标, 两种标准的铺面设计最大差异在于重箱堆场。根据经验, 英标的连片式联锁块方案比国标的连片式联锁块方案造价要高得多。如何通过优化重箱堆场铺面结构, 达到既保证质量满足使用要求, 又能降低工程投资是本论文的主要研究目的。

1 项目概况

某集装箱码头岸线总长1 200 m, 陆域面积61万m2, 可靠泊10万t级集装箱船。

1.1 陆域形成

本项目采用吹填港池疏浚土形成陆域, 吹填标高为+3.1 m, 回填量约584.7万m3。陆域形成回填料为港池疏浚料的中粗砂, 采用绞吸船直接吹填施工。

1.2 场地条件

工程所在区域主要土层为中粗砂及其他硬土层, 仅在西南角上覆有邻近工程遗留的石头。根据地质条件的不同, 将场区划分为A, B两个区域, 分区采用不同的地基处理方法。A区采用振冲密实法[2]进行处理, 面积约570 768 m2;B区采用强夯法[2]进行处理, 面积16 684 m2。地基处理平面图见图1。

1.3 使用要求及背景

根据陆域平面布置 (见图2) , 本港区重箱堆场面积32万m2, 重箱堆场堆箱方式为多列成组箱[1], 堆高6层重箱, 20 ft与40 ft混合堆放。

对于常规的连片式联锁块铺面, 虽然具有施工速度快、使用灵活、能适应集装箱不同的堆存方式等优点, 但其造价高, 投资大, 经济性差。尤其采用英标的连片式联锁块方案造价更是高得多。随着海外项目不断增多, 竞争日益加剧, 为提高海外项目投标的竞争优势, 需寻求一种既能满足使用要求又能降低工程投资, 使得重箱堆场更为经济的铺面结构形式。

2 设计优化

2.1 优化思路

集装箱在重箱堆场采用定点堆放的堆箱方式, 箱角区荷载大, 箱间区荷载小。根据其受力特点, 进行重箱堆场铺面设计时对箱角区与箱间区分别对待, 即加强箱角区, 简化箱间区 (箱间区基层厚度减薄) 的设计思路, 结构形式为联锁块铺面型式箱角基础+箱间区联锁块铺面。采用这种方案, 既能满足集装箱的堆放要求, 又能达到降低造价的目的。但该方案存在以下难题:箱角处局部集中受力产生不均匀沉降可能出现集装箱“搁肚皮”的现象和缺乏成熟的计算模式。为此, 本论文着重针对以上难题进一步研究此优化方案的可行性。

首先, 从场地条件来看, 本项目地基较好, 主要土层为中粗砂及其他硬土层, 给上部铺面结构提供了坚实的基础。尽管如此, 为进一步减少由于局部集中受力可能带来的不均匀沉降, 在经过振冲密实和强夯处理之后, 对重箱堆场范围内铺面结构层底面以下1.5 m深度的回填砂 (CBR≥8%) 采用分层回填碾压 (每次分层厚度不大于40 cm) 的二次加强措施进行密实。提高重箱堆场基础承载力、基床强度以及压实度, 减少由于地基的不均匀沉降对堆场上部结构的影响。

其次, 对于联锁块铺面下的类条形基础, 如果按弹性地基梁的模式进行计算, 虽然计算方法成熟、受力明确, 但未考虑联锁块的传荷作用偏保守。英国The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and other Industries[3] (以下简称Heavy duty pavements) 以弹性层状理论体系为基础, 以基层层底拉应变作为有效控制约束条件, 采用轴对称理想化有限元模型进行模拟分析, 适用于连片式基层。而对于联锁块铺面型式箱角基础的结构形式, 对结构本身来说, 只要基层层底拉应变不超过材料弯拉强度即为安全的。但目前国际上尚缺乏成熟的计算方法, 为此, 参考英国Heavy duty pavements的设计原理, 对不同宽度的箱角基础采用有限元方法进行验算, 从中选取满足使用要求的条基宽度。该方法考虑了联锁块的传荷作用, 比较符合实际状况。

2.2 优化方案

根据英国Heavy duty pavements对箱角区厚度进行计算, 根据计算, 箱角区所需厚度为62 cm的抗压强度为10 MPa的CBM (水泥稳定材料) 。同时, 结合本项目的集装箱堆放要求, 重箱堆场考虑20 ft和40 ft集装箱混合堆放, 每2个20 ft箱位置可堆放1个40 ft箱, 在40 ft堆放时向一边偏心33 cm, 如图3所示。

因此, 箱角基础宽度暂按2 500 mm考虑。

另外, 箱角基础之间区域不作为正常的交通通行使用, 不允许任何交通车辆通行, 仅允许行人通行, 基层厚度减薄, 取150 mm。考虑方便施工并兼顾工程投资, 采用联锁块铺面型式箱角基础+箱间区联锁块铺面方案, 铺面结构组成见表1。

重箱堆场铺面结构横断面图见图4。

2.3 采用有限元方法对优化方案进行验算

模型采用国际通用有限元软件PLAXIS 3D进行分析, 集装箱箱角基础采用实体单元进行模拟赋予混凝土的属性, 联锁块、条形基础间回填材料、碎石垫层以及下部回填砂均用实体单元进行模拟赋予各层土的属性, 混凝土单元与土单元之间采用界面单元模拟, 模型如图5所示。

集装箱箱角荷载按堆高6层重箱考虑, 单箱为274.3 k N[1], 共6排箱。条形基础采用CBM3, 弹性模量33 GPa, 容重23 k N/m3, 泊松比0.15 (见图6, 图7) 。所对应材料CBM3R的强度按英国Heavy duty pavements推荐的TRL Report TRL615-Development of a more versatile approach to flexible and flexible composite pavement design[4]选取 (见表2) 。

分别对2 m, 2.5 m两种不同宽度的条形基础进行试算, 计算结果如表3所示。

从以上计算结果可看出, 在未考虑集装箱荷载与材料分项系数的前提下, 条基宽度取2.5 m、厚度为62 cm、基层材料为CBM3R时, 条形基础层底荷载弯拉应力小于材料弯拉强度, 满足要求。基层材料可选择CBM3R或相同强度的贫混凝土, 施工时可根据经济性、施工难易程度综合进行选择。

3 结语

对于重箱堆场, 结合箱角区作用荷载远比箱间区大的受力特点, 进行铺面结构设计时, 对箱角区和箱间区分别对待。经优化之后的重箱堆场铺面形式相对于连片式联锁块铺面更为经济, 在满足使用要求的同时降低了工程造价, 提高了海外项目投标的竞争优势。但对于地基条件较差、下卧软土层厚、残余沉降大的集装箱码头, 不推荐此方案。此外, 为从根本上解决集装箱“搁肚子”现象的发生, 建议集装箱采用20 ft和40 ft分区堆放的方式, 但由此带来的堆场利用率降低应如何解决, 有待研究。

参考文献

[1]JTS 144-1-2010, 港口工程荷载规范[S].

[2]《工程地质手册》编委会.工程地质手册[M].第4版.北京:中国建筑工业出版社, 2007.

[3]John Knapton.The Structural Design of Heavy Duty Pavements for Ports and other Industries, EDITION 4, Published by Interpave, 2007.

内河集装箱码头堆场铺面创新设计 篇3

1 集装箱码头传统操作工艺存在的问题

（1）集装箱码头现有装卸工艺以场地使用为核心，在资源的有效配置及其效能的充分发挥方面存在瓶颈。为此，有必要利用相关设备技术参数及其高度标准化的优势，创新装卸工艺，优化资源使用效能。

（2）集装箱码头场地机械资源配置满足覆盖绝大部分场区低密度分布的要求，由此带来场地设备作业率低、单位工作时间产出量小等负面影响。

（3）五洲国际码头运行数据显示，在传统操作模式下，轨道式集装箱龙门起重机（以下简称轨道吊）运行时间占登录时间的比例为32.8%，等待时间占比为67.2%，也就是说，轨道吊司机平均2/3的上机工作时间均在无动作等待中。

2 集装箱码头自动化堆场综合管理系统设计

2.1 设计目标

（1）在分析集装箱码头传统操作工艺存在问题的基础上，结合顺岸型码头的布局，分析并完善集装箱堆场全自动化轨道吊作业（涉及场到车、车到场、场到场、应急作业等）流程；同时，分析并形成轨道吊与集卡协同作业工艺模式，提出内集卡和外集卡在全自动化轨道吊跨内的远程控制工艺模式。

（2）综合运用视频图像采集技术、超声波传感检测技术、3D激光扫描技术、无线射频技术等，设计和研发远程监控系统、大车防撞系统、吊具定位及防摇系统、集装箱目标定位系统、轨道吊电控系统等，形成轨道吊全自动远程操控关键核心技术。

（3）在集装箱码头原有生产作业系统的基础上，开发生产控制优化系统和堆场任务管理系统，实现原有系统与自动化堆场系统的集成，形成集卡与轨道吊协同作业码头操作系统；通过集卡-轨道吊智能识别定位技术和集卡自动引导技术，实现轨道吊与集卡智能协同作业。

（4）开发自动化堆场综合管理系统软硬件平台，实现全自动化轨道吊与生产作业管理系统的有机结合；开发堆场作业指令智能优选技术和堆场中控技术等，实现轨道吊异步吊箱和远程操控作业；应用集卡防吊起技术、目标定位技术、防撞技术、视频监控技术、远程喊话技术等，保障自动化堆场的安全运行和管理。

2.2 设计框架

五洲国际码头自动化堆场综合管理系统主要由生产指挥中心、中央控制室、自动轨道吊等组成，其通过数据接口与码头原有的COSMOS操作管理系统有机结合。集装箱码头自动化堆场综合管理系统架构如图1所示。

2.3 设计内容

2.3.1 智能集卡跟踪系统

智能集卡跟踪系统集成用于集卡车号识别和定位的有源射频识别技术，并结合电子发卡器实现外集卡入闸发卡和出闸收卡的智能物联模式。该物联模式利用信息提示牌及闸道系统、集卡引导系统，配合红绿灯等多重保护装置完善系统功能，实现集卡准确定位，是解决堆场与岸线平行布局码头自动化模式的关键技术。

2.3.2 堆场任务管理系统

堆场任务管理系统用于堆场资源的管理和分配。首先，该系统根据客户信息，在堆场为集港集装箱预留箱区；其次，该系统按照集装箱的目的港、航线、质量、尺寸等，实现集装箱分类，便于后期集装箱在预留箱区的箱位分配。箱位分配采用启发式算法，按照系统默认选项或操作人员设置的选项进行，规则与算法的参数和模式选择相关。如果堆场没有合适的预留箱区，则需要人工为集装箱安排箱位。堆场任务管理系统不仅实现箱位分配，而且能够有效获取箱区、贝位、箱位等信息，通过可视化界面快速管理和浏览集装箱堆场。

2.3.3 码头生产控制优化系统

码头生产控制优化系统通过指令优选，对作业指令进行系统排列，并根据优先级进行优化后逐条发送给轨道吊，以便轨道吊按照优化后的作业指令进行作业。优先级原则为默认规则，根据指令到达时间并结合集卡定位进行指令作业。如果优先级原则为经济优先规则，系统按照轨道吊当前贝位由近至远、先出口方向后进口方向的原则进行指令排序，轨道吊按此顺序作业；如果优先级原则为航运优先规则，系统按照轨道吊指令先航运后陆运的原则进行指令排序，轨道吊按此顺序作业；如果优先级原则为陆运优先规则，系统按照轨道吊指令先陆运后航运的原则进行指令排序，轨道吊按此顺序作业；如果优先级原则为倒箱优先规则，系统按照轨道吊指令先倒箱后航运和陆运的原则进行指令排序，轨道吊按此顺序作业。

2.3.4 设备远程中央监控系统

设备远程中央监控系统可以显示起重机的所有信息，模拟仿真起重机，监控设备异常信息，并具有提供设备故障帮助信息以及故障追踪诊断的功能。设备维护画面通常用来监控起重机各个工作组的状态，包括发动机运行时间、制动器和计数器工作状态等。性能报表便于客户获悉起重机运行和生产状况，包括任意时间内集装箱作业量查询、起重机各大机构工作时间及故障发生次数等。设备远程中央监控系统提供的故障报表具有故障过滤、故障帮助、保存打印等功能，例如，当设备发生故障时，系统可以通过发送短信和邮件的方式通知用户。设备远程中央监控系统架构如图2所示。

2.3.5 中央控制室

中央控制室由多个远程操作台组成，操作员通过多个远程操作台监控更多个自动轨道吊。远程操作台包括1台主机、3台显示器、1个输入/输出模块、按钮手柄和1套通信设备。在地面集卡装卸位的侧面安装双向广播设备，该设备与远程操作台上的通信设备进行广播通信。当监控中心监控人员需要提醒自动轨道吊下的集卡司机或指挥集卡司机时，可以使用监控中心的远程操作台，通过设在自动轨道吊大车位置的扩音喇叭进行喊话。监控人员可以根据远程操作台显示的信息远程监控整个自动化堆场，也可以辅助某台自动轨道吊完成较精细的动作（如抓箱等）或处理应急事件。

2.3.6 自动轨道吊

自动轨道吊设计涉及轨道吊可编程逻辑控制器和自动化控制器。轨道吊可编程逻辑控制器主要实现自动轨道吊与远程操作台的信号切换和对接以及轨道吊机构的半自动运行等功能。自动化控制器主要实现自动控制数据处理和系统数据采集：一方面，其直接与轨道吊上原有可编程逻辑控制器通信模块进行实时交互，实现对轨道吊各机构运行的半自动化控制；另一方面，其与远程中央控制室系统服务器进行通信。中央控制室系统服务器为中央控制室数据处理中心，负责与COSMOS码头操作系统通信以及远程操作台动态分配。

3 结束语

五洲国际码头通过实施自动化堆场综合管理系统，在保证整体作业效率的前提下，实现堆场全自动化作业和管理，提高堆场作业智能化水平，实现全天候作业，大幅降低码头生产作业成本。自动化堆场综合管理系统的成功应用推进五洲国际码头整体堆场的全自动化改造，进而使该码头率先建成天津港首个全自动化、智能化集装箱码头堆场。

集装箱码头自动化堆场综合管理系统是形成智能化堆场轨道吊自动操控的关键技术，为港口建设全自动化集装箱码头提供强有力的技术支撑，是集装箱码头实施堆场自动化改造的成功探索，有助于提高集装箱码头整体效率，推动“智慧港口”的建设和发展。