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濟的發展起著重要的作用。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、大型化的方向發展。

關鍵詞：水運工程 重力式碼頭 設計施工 研究

現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定。重力式碼頭根據使用要求的不同，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點為我國的對外貿易、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、作業的要求、水電的供應、環保消防等使用要求。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、作業天數以及工期等。重力式碼頭的設計需要考慮到自然環境問題，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范》（JTJ290-98）、《海港水文規范》（JTJ213-98）與《港口工程荷載規范》（JTJ215-98）、《港口工程地基規范》（JTJ250-98）及《港口工程混凝土結構設計規范》（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

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，重現期50年。波高累積頻率，結構穩定及強度：H1%；基床護肩、護底塊石穩定驗算：H5%。設計離泊風速的情況是在港內取 V=22m/s。緊急離泊波高要根據碼頭、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船舶的滿載排水量、泊位的掩護情況，按照《港口工程荷載規范》要求選取。地震設計烈度要采用《中國地震烈度區劃圖》規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，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。

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現問題要及時解決。

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的沉積物厚度和含水量，防止軌道位移和沉降的發生。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調，根據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展，各類新技術的不斷出現，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，所以需要在實踐中不斷的總結和提煉經驗，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濟不斷的發展。

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