港口碼頭工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)與工程建設(shè)發(fā)展趨勢分析

蔣虎

（江蘇鹽城港港灣建設(shè)集團(tuán)有限公司，江蘇鹽城 224100）

0 引言

隨著全球貿(mào)易的不斷發(fā)展，港口碼頭工程的需求量和規(guī)模也越來越大。為了保證港口碼頭工程的整體施工質(zhì)量和施工效率，施工單位必須在建設(shè)過程中將項(xiàng)目的特性與相關(guān)工藝要點(diǎn)進(jìn)行有效結(jié)合。這就要求施工單位必須具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識，以便在實(shí)際施工中能夠靈活應(yīng)對各種問題。為了解決港口碼頭施工建設(shè)中的技術(shù)重點(diǎn)、難點(diǎn)問題，必須重視技術(shù)創(chuàng)新和工程研發(fā)，確保工程質(zhì)量和施工效率，在實(shí)際施工中，施工單位要重視施工管理和安全生產(chǎn)，保證港口碼頭工程的施工質(zhì)量和施工效率。此外，施工單位還要根據(jù)項(xiàng)目的特性和規(guī)模，合理調(diào)配人力資源和物資資源，以確保整個施工過程的順利進(jìn)行。

1 碼頭施工概況介紹

1.1 碼頭施工特點(diǎn)

港口碼頭工程建設(shè)對施工技術(shù)和設(shè)備的要求極高，因?yàn)榇蟛糠止こ讨黧w是水上、水下作業(yè)，需要特殊的施工技術(shù)和設(shè)備來完成，施工過程中，需要考慮到潮水、寒流、臺風(fēng)等海上作業(yè)環(huán)境因素，以確保工程質(zhì)量。同時(shí)，港口碼頭工程施工流程非常復(fù)雜，需要綜合應(yīng)用多種工程施工技術(shù)，如鋼筋混凝土、預(yù)制構(gòu)件等技術(shù)以完成建設(shè)任務(wù)。為了提升施工質(zhì)量，現(xiàn)代港口碼頭工程建設(shè)需要應(yīng)用先進(jìn)施工技術(shù)。例如，鋼筋混凝土現(xiàn)澆樁加強(qiáng)樁的施工質(zhì)量管控，提高工程樁基礎(chǔ)的承載力和穩(wěn)定性。此外，還需要使用現(xiàn)代建筑設(shè)備，如塔吊、起重機(jī)等，以加快施工進(jìn)度。為了完成大規(guī)模的建設(shè)任務(wù)，需要借助多種施工技術(shù)和設(shè)備。例如，可以借助BIM和數(shù)字孿生等，以提高工程設(shè)計(jì)和施工過程中的效率和質(zhì)量。

在水下作業(yè)環(huán)境中，施工時(shí)需要小心謹(jǐn)慎，確保不受風(fēng)浪、水流及潮水的影響。使用先進(jìn)的水下施工設(shè)備和技術(shù)，如水下攝像設(shè)備以及部分潛水作業(yè)等，可以有效地避免水下作業(yè)中的安全問題，提高施工效率和質(zhì)量。

1.2 碼頭施工結(jié)構(gòu)構(gòu)成

港口碼頭工程的施工建設(shè)是一個非常復(fù)雜的過程，它包括主體工程和附屬工程兩個部分。主體工程是指港口碼頭的基礎(chǔ)工程，包括水上和水下施工環(huán)節(jié)，需要采用不同的施工技術(shù)。港口碼頭的結(jié)構(gòu)主要有高樁碼頭、重力式碼頭及其他結(jié)構(gòu)。高樁碼頭的主要特點(diǎn)是樁柱較高，能夠承受較大的荷載，重力式碼頭是由混凝土塊組成的，具有較好的穩(wěn)定性和耐久性。

在港口碼頭工程施工中，碼頭前半部分需要承受較大荷載，尤其在安裝機(jī)械設(shè)備時(shí)要求施工穩(wěn)定性非常高。所以，施工方需要采取一系列措施來確保施工的安全和穩(wěn)定性，如采用高強(qiáng)度材料、加強(qiáng)支撐等。港口碼頭工程的附屬工程也非常重要，包括泊位、貨場、堆場等。這些附屬工程的建設(shè)需要與主體工程相互配合，確保整個港口碼頭工程能夠正常運(yùn)營。

1.3 碼頭結(jié)構(gòu)形式的選擇原則

港口水工建筑物是各港口的重要組成部分，碼頭所承受的外界荷載較多，其中包括：恒荷載、使用荷載、動水壓力、寒流、臺風(fēng)等，碼頭結(jié)構(gòu)形式應(yīng)結(jié)合自然環(huán)境、碼頭建筑使用年限以及載重要求三因素決定。我國沿海各港區(qū)的潮差都有差異，每個港區(qū)應(yīng)結(jié)合自身的潮水變化及自然條件，選擇適應(yīng)的碼頭結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)也需要考慮各港區(qū)受寒流、臺風(fēng)等外來因素的影響。因潮水變幅較大，為卸去波浪對碼頭樁基基礎(chǔ)的水壓力，可采用波浪放射小、對水流影響小的梁板式高樁碼頭；當(dāng)潮水變幅較小、淤積量較小時(shí)多采用重力式或墩式碼頭。

2 港口碼頭工程設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 土擋埝的施工工藝

袋裝土擋埝是一種常見的防洪措施，施工的質(zhì)量和正確性關(guān)系到后期項(xiàng)目能否順利進(jìn)行，因此需要嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行建設(shè)施工。

在施工過程中，首先需要確定袋裝土擋埝軸線和邊線位置，這可以通過使用GPS或全站儀進(jìn)行實(shí)際測量來完成。軸線和邊線的位置決定了后續(xù)建設(shè)的正確性和穩(wěn)定性，如果位置不準(zhǔn)確，可能導(dǎo)致后期工作的困難和不可預(yù)測的問題。在軸線和邊線的位置確定之后，需要對其進(jìn)行標(biāo)記，才可以進(jìn)行下一個施工環(huán)節(jié)。

施工過程中不僅要嚴(yán)格按照圖紙要求進(jìn)行建設(shè)，還要注意細(xì)節(jié)問題，例如施工過程中的保護(hù)措施、施工材料的質(zhì)量問題等，這些都會直接影響到袋裝土擋埝的穩(wěn)定性和使用壽命。

2.2 沉箱施工工藝

沉箱施工技術(shù)是一種有效防止水壓產(chǎn)生的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁和碼頭建設(shè)等領(lǐng)域，為了保證沉箱施工技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量，需要對各個施工環(huán)節(jié)進(jìn)行管控。在沉箱施工過程中，需要先完成沉箱的封艙蓋板，然后使用吊運(yùn)設(shè)施將沉箱提升至方駁上，再通過駁船運(yùn)輸至安放區(qū)域。在安裝前，需要確認(rèn)機(jī)床頂面和構(gòu)件的型號大小是否符合要求，以確保沉箱能夠正確安裝[1]。除此之外，全面核實(shí)信息內(nèi)容也是保證沉箱安裝質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，在安裝過程中，需要核實(shí)沉箱的尺寸、重量、水平度和垂直度等信息，確保沉箱的安裝質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.3 沖擊鉆孔樁工藝

在進(jìn)行碼頭施工時(shí)，樁基的建設(shè)非常關(guān)鍵，樁基主要是將海堤與線橋聯(lián)系在一起，確保碼頭的穩(wěn)定性，同時(shí)為后續(xù)的港口建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)。在樁基建設(shè)中，采用鉆孔灌漿的工藝可以將樁基與海堤真正連接為一體，為后續(xù)的港口建設(shè)奠定良好的基礎(chǔ)，該工藝具有施工簡單、施工效率高、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于碼頭建設(shè)中。碼頭的穩(wěn)定性對后續(xù)的建設(shè)順利進(jìn)行至關(guān)重要，會影響到碼頭的正常使用。

在進(jìn)行樁基建設(shè)時(shí)，需要使用大型機(jī)械臂對水下的黏土層進(jìn)行沖擊形成一個大小合適的孔洞，并進(jìn)行回填，且至少需要進(jìn)行3次回填。在樁基建設(shè)中，還需要使用起吊機(jī)進(jìn)行鋼護(hù)筒的安放，鋼護(hù)筒是用于保護(hù)樁身的一種材料，它的安放需要保證準(zhǔn)確度和安全性。

2.4 碼頭沉箱的預(yù)制

碼頭沉箱承擔(dān)著支撐碼頭結(jié)構(gòu)、保護(hù)港口安全的重要功能。沉箱的預(yù)制方式有多種，包括滑道式、橫縱移式、船塢式、吊放式和挖掘式。不同的方式適用于不同的施工環(huán)境和工程要求。比如，滑道式適用于充分利用建筑物、坡道等結(jié)構(gòu)完成預(yù)制工序，橫縱移式適用于低矮空間無法進(jìn)行滑道施工的情況，船塢式適用于較大規(guī)模的碼頭建設(shè)等。沉箱的預(yù)制工序主要包括模板工程、鋼筋工程和澆筑與養(yǎng)護(hù)混凝土工程。模板工程是沉箱預(yù)制的第一步，通過搭建模板和支撐結(jié)構(gòu)來確定沉箱的形狀和尺寸。鋼筋工程是為了增加沉箱的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鋼筋的布置和焊接。而澆筑與養(yǎng)護(hù)混凝土工程是最關(guān)鍵的一步，通過將混凝土澆筑到模板中，并進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和固化，使沉箱具有足夠的強(qiáng)度和承載能力。

在澆筑混凝土?xí)r，一般的順序是先澆筑底板，然后是一側(cè)壁和隔墻。如果沉箱較高，則可以采用分層澆筑的方式，即先澆筑下部分，待其達(dá)到一定強(qiáng)度后，再進(jìn)行上層部分的澆筑。這樣可以避免上層混凝土對下層的壓力過大，確保沉箱整體的穩(wěn)定性。拆模工作必須在混凝土達(dá)到足夠強(qiáng)度后進(jìn)行，通常需要養(yǎng)護(hù)時(shí)間大于10d。拆模時(shí)要小心謹(jǐn)慎，以免對沉箱結(jié)構(gòu)造成損壞。拆模后，還需要進(jìn)行必要的檢查和修補(bǔ)，確保沉箱的質(zhì)量和完整性。

3 港口碼頭工程技術(shù)難點(diǎn)及對策

3.1 鋼板樁施工

在鋼板樁施工過程中，保證傾斜率是該工程技術(shù)的一個難點(diǎn)。在施工過程中，需要嚴(yán)格按照控制點(diǎn)安裝鋼板樁導(dǎo)向架，確保鋼板樁能夠正確地垂直于地面，在鋼板樁下口加大1～4cm的同時(shí)，可以將其做成小角度楔形樁。這樣操作后，楔形樁就能有效避免鋼板樁沉樁時(shí)順打樁方向樁傾斜度的出現(xiàn)，從而提高施工效率和質(zhì)量。

3.2 胸墻建設(shè)的施工

胸墻建設(shè)是一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，但是在胸墻建成后，墻后回填會引起胸墻位移和鋼拉桿受力均勻與否的問題，這是保證施工質(zhì)量和安全的一個難點(diǎn)與關(guān)鍵。對于這個現(xiàn)象需要采取一系列的對策措施，例如，可以采用分層回填的方法，即將回填土按照一定層次分批進(jìn)行填充，每次填充后進(jìn)行壓實(shí)和檢查，以確保胸墻不會因?yàn)榛靥钔恋膲毫Χl(fā)生位移。還可以設(shè)置觀測點(diǎn)，對胸墻的位移和鋼拉桿的受力均勻性進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題。通過對胸墻的變形趨勢進(jìn)行分析和預(yù)測，及時(shí)采取措施，保證胸墻的穩(wěn)定性和安全性[2]。

4 港口碼頭結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢

4.1 需建造一批現(xiàn)代化的港口碼頭，滿足擴(kuò)大市場需求

隨著我國西部經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，東西部地區(qū)之間的物資交流以及對外貿(mào)易規(guī)模不斷擴(kuò)大，這也使大量適箱貨物需要通過集裝箱運(yùn)輸來完成，隨著集裝箱化率的提高，集裝箱運(yùn)量必將迅猛增長。但是，很多現(xiàn)有的港口碼頭已經(jīng)難以滿足貨運(yùn)量特別是集裝箱運(yùn)輸快速增長的需求。為了滿足不斷增長的物流需求和推動西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，一方面，需要進(jìn)一步建造現(xiàn)代化的港口碼頭。在新建港口碼頭的過程中，需要充分考慮到環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡的因素，以及對周邊居民和生態(tài)環(huán)境的影響。同時(shí)，還需要注重節(jié)能減排、科技創(chuàng)新等方面的要求，盡可能地減少對環(huán)境的負(fù)面影響。另一方面，隨著新港口碼頭的投入使用，將有力促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提高東西部地區(qū)物資交流和對外貿(mào)易規(guī)模，同時(shí)也會帶來更多的就業(yè)機(jī)會和經(jīng)濟(jì)效益。而對于物流行業(yè)來說，新港口碼頭的建設(shè)將進(jìn)一步提高集裝箱運(yùn)輸?shù)男屎捅憬菪?，為物流行業(yè)的發(fā)展提供更好的基礎(chǔ)設(shè)施。

4.2 改建或重建現(xiàn)代化碼頭，適應(yīng)運(yùn)輸方式的需求

近年來，隨著國際貿(mào)易的不斷增長，船舶運(yùn)輸行業(yè)也在不斷發(fā)展壯大。為了適應(yīng)市場需求，船舶向著大型化、專業(yè)化方向發(fā)展。同時(shí)，貨物運(yùn)輸也采用了更加高效的集裝箱方式，不僅能夠提高運(yùn)輸效率，還能降低成本、減少損耗。隨著航運(yùn)業(yè)的發(fā)展，原有的斜坡式碼頭已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化的需求，這種碼頭在裝卸貨物時(shí)存在許多缺陷，例如操作不靈活、裝卸效率低下等，這就亟須改建或重建現(xiàn)代化碼頭，以滿足市場的需求?，F(xiàn)代化碼頭具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如操作靈活、裝卸效率高、安全性能好等，這種碼頭可以更好地適應(yīng)船舶的大型化、專業(yè)化需求，也可以更好地適應(yīng)集裝箱運(yùn)輸?shù)男枨蟆，F(xiàn)代化碼頭還可以提高港口的競爭力，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。改建或重建現(xiàn)代化碼頭，是需要投入大量的資金和人力資源的，以及制訂科學(xué)合理的規(guī)劃方案，確保改建或重建過程中的安全和效率，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

4.3 增加投資資金，對碼頭結(jié)構(gòu)升級擴(kuò)建

過去由于資金缺乏，許多港口選擇建造造價(jià)相對較低的斜坡式碼頭，這種碼頭的優(yōu)點(diǎn)是可以在狹窄的海岸線上建造，而且建造成本相對較低。但是這種碼頭缺點(diǎn)也很多，如裝卸效率較低，只能適應(yīng)一些小型貨物的裝卸，并且難以進(jìn)行擴(kuò)建和升級。近十多年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和融資渠道的多樣化，資金不再是主要制約因素，許多港口開始考慮如何選擇合適的碼頭結(jié)構(gòu)來滿足高效率的裝卸要求和未來發(fā)展的需要，因此，選擇碼頭結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為許多港口進(jìn)行升級和擴(kuò)建的重要因素[3]。在選擇碼頭結(jié)構(gòu)時(shí)，港口會考慮貨物類型、裝卸要求、海岸線條件、未來發(fā)展規(guī)劃等，選擇可以進(jìn)行擴(kuò)建和升級的碼頭結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)未來的發(fā)展需求。

4.4 優(yōu)化裝卸工藝效率

直立式碼頭和斜坡式碼頭是兩種常見的碼頭類型，它們有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，直立式碼頭由于機(jī)械設(shè)備位于固定的位置，因此不受水位和風(fēng)浪的影響，具有高效率和大吞吐量的優(yōu)點(diǎn)，貨物可以直接從船舶卸下，再通過機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)到碼頭上。與斜坡式碼頭相比，直立式碼頭不需要額外的運(yùn)輸環(huán)節(jié)，因此裝卸效率更高、成本更低。斜坡式碼頭是將裝卸機(jī)械設(shè)在躉船上的一種碼頭類型，由于機(jī)械設(shè)備隨著船舶移動，因此易受水位和風(fēng)浪的影響。另外，斜坡式碼頭多了一個斜坡運(yùn)輸環(huán)節(jié)，需要將貨物從船舶上移至斜坡上，再通過機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)到碼頭上。這種額外的運(yùn)輸環(huán)節(jié)使得斜坡式碼頭的裝卸效率較低、成本較高、吞吐量也較小[4]。因此，應(yīng)根據(jù)不同碼頭的裝卸效率進(jìn)行裝卸工藝類型優(yōu)化。

5 結(jié)語

隨著港口碼頭工程的不斷發(fā)展，施工技術(shù)的應(yīng)用已成為關(guān)鍵點(diǎn)，為了確?？傮w施工質(zhì)量，需要持續(xù)提升技術(shù)使用熟練程度。目前，直立式碼頭的優(yōu)越性逐漸顯現(xiàn)，成為港口發(fā)展的趨勢。直立式碼頭提高了港區(qū)陸域面積和碼頭泊位利用率，減少船待港時(shí)間，降低裝卸成本，充分發(fā)揮港口綜合效益。在未來發(fā)展中，港口碼頭的設(shè)計(jì)將能夠適應(yīng)港口國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，能夠適應(yīng)港口船舶的進(jìn)出口需求以及適應(yīng)不同的天氣條件。