港口碼頭工程結構設計要點

韓 亮

（河北港口集團有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 口碼頭工程結構設計要點

按照ISO2394 標準的要求，結構設計應將從結構施工至后續服務中的環境條件因素納入設計考慮之中。結構的任何一個狀況都能體現結構所處的狀態，為降低表征結構失效后的安全問題，結構設計應結合具體情況，考慮相應的變量設計和可靠度驗算等方法。結合工程實例分析，得出以下結論：1） 在正常使用情況下，港口碼頭工程結構的持久性與服務年限具有關聯性；2） 港口碼頭工程結構包括短暫狀態和異常狀態。短暫狀態如港口碼頭工程結構的短期維護中結構暴露或使用。異常狀態是港口碼頭營運過程中常見的問題，發生事故的概率相對較低。結構設計使用年限與設計狀況有關。短暫狀態下可以按照極限承載力設計的方式，異常狀態下應按照正常使用的方式進行設計。港口碼頭工程結構設計策略應考慮以下4 個方面的因素，以確保港口碼頭工程結構的安全性。

1.1 結構功能的可靠性

港口碼頭工程結構功能的可靠性應達到以下標準：1）能安全承受碼頭施工期間和碼頭使用期間可能出現的各種作用力；2） 正常營運狀態下，通過維護作業可保證結構的可靠性；3） 正常營運狀態下，碼頭結構應具備良好耐久性；4） 事故發生時，碼頭結構應保持穩定，不至于損壞。結構的可靠性可用可靠度進行描述，上述功能中（2） （3） 項為可靠度描述。結合結構設計，通過軟件模擬對結構可靠度進行分析。結構設計時，應確保承載能力，尤其是極限承載能力必須符合標準，以使結構在極限狀態下能夠正常使用而不發生損壞，從而保證結構功能的可靠性。

1.2 合理的服務年限

港口碼頭工程在結構設計時，應重視其服務年限的設計。服務年限的長短與結構可靠性和安全性直接相關。我國在對港口碼頭工程結構的質量控制中，針對行業內沒有明確的設計服務年限規定的情況，明確要求在設計文件中標注服務年限，以保證結構的安全性、適用性和耐久性等在服務年限內符合要求。港口碼頭環境復雜，對結構的耐久性影響較大，在設計中必須考慮結構耐久性。實例中的港口碼頭將服務年限設定為50年，并采取相關防腐措施以增強結構的耐久性，保證其在港口服務年限內的可靠性。

1.3 結構功能的耐久性

航運業的發展對港口碼頭工程結構設計提出了更高的要求。為滿足船舶大型化和專業化的需求，需要不斷對港口碼頭工程結構進行優化和改進。在重力式碼頭設計上，采用開孔消浪沉箱和大直徑薄壁鋼筋混凝土結構等型式，并輔以爆炸夯實基礎的新技術；在防波堤和導堤設計上，將新材料應用于斜坡堤的護面塊體、寬肩臺式拋石堤等處，以保護堤壩的生態環境。港口碼頭在運營過程中，對碼頭工程結構耐久性產生影響的因素主要是荷載和自然環境等，如果不能有效控制這些因素，則會對港口碼頭工程結構的安全性和穩定性產生影響。荷載對港口碼頭工程結構安全性產生直接影響；自然環境對港口碼頭工程結構的耐久性產生直接影響。自然環境因素對港口碼頭工程結構造成侵蝕損壞的過程極其緩慢而不易察覺，如果在港口碼頭工程結構設計時忽視自然環境因素，則會產生安全隱患。耐久性設計的目的是增強結構的可靠性，避免在服務年限內在結構功能可靠性方面出現問題。海洋環境中的海水、大氣中所富含的鹽類物質對港口碼頭工程結構具有明顯的腐蝕作用，影響結構的可靠性，最終使結構耐久性降低，產生安全隱患。混凝土結構是港口碼頭工程結構設計中常采用的結構，也是容易發生結構功能耐久性問題的部分。以混凝土結構功能耐久性為例，設計方案見圖1。

在海洋環境中，混凝土結構不同部位受侵蝕情況見圖2。

圖1 混凝土結構功能耐久性設計方案

圖2 混凝土結構不同部位受侵蝕情況

可通過采用高性能混凝土等措施最大限度增強混凝土結構本身質量，以混凝土低滲透性減輕環境介質侵蝕，提高混凝土結構的耐久性。高性能混凝土的應用見表1。

表1 高性能混凝土的應用

鋼筋結構易受到腐蝕，補充隔離保護措施有：1） 涂施保護層，即預先處理混凝土表面，清除表面雜物，按照規范均勻涂施底漆，然后進行膩子、中涂、面涂等施工；2） 外加電源或犧牲陽極陰極保護法，配合電化學法和物理方法。影響港口碼頭工程結構耐久性的其他因素還包括施工材料、施工過程、施工質量等，如果未采取全面的質量控制措施，也會產生安全隱患。為實現港口碼頭的結構設計優化，實現對港口碼頭工程結構耐久度的控制，應綜合考慮上述多種因素。

1.4 工程結構加固設計

在港口碼頭工程結構設計時，應注重結構的加固設計，以避免碼頭在運營過程中出現結構不堅固的問題，綜合提升結構可靠性。實例工程結構選用施工簡單、物理力學性能良好的碳纖維布加固方式。碳纖維布加固是使用黏合劑將碳纖維布粘貼于塑性較強的鋼筋上，充分發揮碳纖維布的高強性能優勢，達到加固的目的。

2 結語

為了能夠不斷提高港口工程施工建設的綜合水準，就需港口工程建設者提高對碼頭結構的重視程度，結合實際的施工建設要求及情況，科學地運用新型的碼頭結構，以便更好地提升碼頭結構的穩定性，確保港口工程高質量竣工，為我國海上運輸業提供更為便利的基礎設施條件。