基于水運工程重力式碼頭設計施工的研究

李鐘悅

摘 要：作為水陸運輸間的相互交換平臺，港口碼頭對推動國民經(jīng)濟的發(fā)展起著重要的作用。重力式碼頭是港口碼頭中的一種重要的碼頭形式。它因具有較強的抗凍性而被廣泛使用。隨著重力式碼頭的不斷發(fā)展，對重力式碼頭的建設提出了更多、更高的要求，因此對重力式碼頭的設計施工要進行深入的研究，推動其向深水化、大型化的方向發(fā)展。

關鍵詞：水運工程 重力式碼頭 設計施工 研究

現(xiàn)階段我國的碼頭結構主要有板樁碼頭、高樁碼頭以及重力式碼頭三種形式，其中使用較廣泛的是重力式碼頭。重力式碼頭主要是依靠本身的結構重力和填料重力等維持碼頭的穩(wěn)定。重力式碼頭根據(jù)使用要求的不同，在平面布置方面可分為重力式岸壁碼頭和重力墩式碼頭。重力式碼頭憑借自身的諸多優(yōu)點為我國的對外貿(mào)易、碼頭建設等做出了重要的貢獻。

1.重力式碼頭設計組成

1.1重力式碼頭特點

重力式碼頭主要由基礎、墻身、胸墻、棱體、倒濾層、回填料、面層、碼頭設施等部分組成。重力式碼頭的優(yōu)點是由混凝土工藝筑造而成，其岸壁具有耐久性高、結構堅固牢靠等優(yōu)點，一般情況下不需要維修。但是重力式碼頭主要依靠自身的重力來維持碼頭的穩(wěn)定，所以重力式碼頭主要適用于巖石、堅硬粘土和砂質等地基類型，在砂石料較容易獲得的地方，重力式碼頭的造價相對要便宜一些。因此，重力式碼頭的缺點就是砂石用量較大，墻前波浪反射較大。1.2重力式碼頭設計條件

在良好的地基上，例如：巖基、砂土、密實的粘土等地基是重力式碼頭修建的最佳選擇。重力式碼頭的設計條件需要考慮四個方面，首先是自然條件，其中包括水文中的潮位、波浪、風、冰等條件，地質中的地形、地質、地震等因素。其次是使用要求，需要考慮泊位的噸級、船舶的尺度、裝卸的工藝、作業(yè)的要求、水電的供應、環(huán)保消防等使用要求。再次是材料的來源，其中包括：塊石、回填料、材料單價等。最后是施工條件，包括預制場、船機、作業(yè)天數(shù)以及工期等。重力式碼頭的設計需要考慮到自然環(huán)境問題，碼頭的具體使用要求問題，碼頭的建筑材料問題以及施工條件，只有做好充分的實地調查研究和準備工作，才能保證重力式碼頭能夠科學合理的設計，保證重力式碼頭的施工質量。

1.3重力式碼頭結構

重力式碼頭按照墻身結構劃分可分為：方塊碼頭、沉箱碼頭、扶壁碼頭、圓筒碼頭四種形式。方塊碼頭的特點是結構堅固具有持久性，施工比較簡單，維修量較小，鋼材需要量小，除卸荷板外其他部位基本不用。但是方塊碼頭的水下安裝工作量較大、整體性較差、砂石料等材料的用量較大；沉箱碼頭的特點是施工速度快，整體性較好，水上安裝工作量小，材料費用較小。但是沉箱碼頭的耐久性較差，鋼材用量較大，同時需要有預制場和大型設備；扶壁碼頭的特點是混凝土和鋼材用量少，不需要有預制場和下水設施，水下安裝量小，施工速度快。但是施工期抗浪性較差，整體性較差；圓筒碼頭的特點是結構簡單，受力條件好，鋼材混凝土用量少。但是耐久性較差，需要大型船機等設備。

2.重力式碼頭設計標準要求

2.1設計標準

重力式碼頭的設計施工必須要按照《重力式碼頭設計與施工規(guī)范》（JTJ290-98）、《海港水文規(guī)范》（JTJ213-98）與《港口工程荷載規(guī)范》（JTJ215-98）、《港口工程地基規(guī)范》（JTJ250-98）及《港口工程混凝土結構設計規(guī)范》（JTJ267-98）的要求進行設計和施工，以此保證重力式碼頭的科學設計、合理施工。

2.2設計參數(shù)

設計潮位可參照設計高水位、設計低水位、極端高水位以及極端低水位。設計波浪施工期考慮5-10年，重現(xiàn)期50年。波高累積頻率，結構穩(wěn)定及強度：H1%；基床護肩、護底塊石穩(wěn)定驗算：H5%。設計離泊風速的情況是在港內(nèi)取 V=22m/s。緊急離泊波高要根據(jù)碼頭、船舶、拖輪等進行綜合確定。一般情況取H=1.5～2.0m。船舶的法向靠岸速度要根據(jù)船舶的滿載排水量、泊位的掩護情況，按照《港口工程荷載規(guī)范》要求選取。地震設計烈度要采用《中國地震烈度區(qū)劃圖》規(guī)定的基本烈度作為設計烈度，但是在采用高于或低于基本烈度作為基本參照時，需要有關部門進行審核批準。地基土物理力學指標，需要對建筑材料、回填材料的物理力學指標進行檢測，檢測合格后才能確定。碼頭水深、頂面高程等總體布置參數(shù)，以及碼頭工藝布置尺度及荷載也是碼頭設計施工的重要參數(shù)。

3.重力式碼頭結構建設

3.1基槽開挖準備

在基槽開挖之前，為保證基槽內(nèi)的水位低于基槽開挖的底面，要在基槽開挖的邊緣建設泵站，泵站建好以后在港口的輪渡上和檢修的碼頭上，進行圍堰填筑以及鋼板樁的打設工作，此外為便于基槽的開挖需要做出一條施工通道。

3.2基槽開挖

基槽的開挖施工采用石渣和其他材料在基槽內(nèi)進行通道的鋪設，使用挖掘機進行土方開挖施工，隨時測量基槽的標高和位置對發(fā)現(xiàn)問題要及時解決。

3.3基床拋石處理

使用挖掘機和運送石料的卡車進行基床拋石施工，施工過程要保證基床的平整。

3.4基床夯實處理

按照相關規(guī)范設計要求，基床做夯實處理前要確定好基床的長寬比，夯實完成后進行平整，并進行砼墊層工程施工。

4.重力式碼頭施工

4.1基槽回淤控制方法

基槽挖泥的施工船型要認真選擇，開挖的深度和寬度要依照相關規(guī)范要求進行，對基槽開挖施工工序要進行及時的驗收，以此保證基槽的平面位置的正確性和合理性。基槽施工中的回淤問題需要引起重視，并及時進行疏通，保證基槽施工的順利進行。基槽開挖工作結束后要進行拋石平整，對回淤的沉積物進行及時的清理。

4.2軌道位移、沉降控制

碼頭施工中，對軌道位移和沉降要進行認真仔細的研究和分析，為碼頭留出一定的沉降和位移量，施工人員要及時了解基槽內(nèi)的沉積物厚度和含水量，防止軌道位移和沉降的發(fā)生。在實際的使用中，軌道位移和沉降是避免不了的，因此要在施工中，利用比較容易調整的軌道，通過調整軌道盡量減少軌道位移和沉降的發(fā)生。

4.3拋填棱體頂高程偏低質量控制

設計人員和施工人員能否進行良好的溝通和配合，關系著工程施工的質量和進度。因此施工人員和設計人員要進行良好的溝通和協(xié)調，根據(jù)工程的實際情況和棱體材料的情況進行設計和施工。施工中可以適度調高頂高程的高度，這樣可以大大降低胸腔施工的難度，提高工作效率，保證施工順利進行。同時，在碼頭投入使用后的作業(yè)過程中，由于頂高程高度的調高提升了碼頭的整體減壓效果。

5.結束語

隨著我國重力式碼頭的不斷發(fā)展，各類新技術的不斷出現(xiàn)，對重力式碼頭的建設提出了更高的要求。重力式碼頭在設計和施工過程中，各種問題不斷出現(xiàn)，所以需要在實踐中不斷的總結和提煉經(jīng)驗，同時對重力式碼頭的設計施工進行深入的研究，以此促進我國重力式碼頭設計和建設水平的不斷提高，推動我國的港口運輸和經(jīng)濟不斷的發(fā)展。

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