淺談水運(yùn)工程重力式碼頭設(shè)計(jì)施工

jimosea

近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)外貿(mào)易的迅速發(fā)展，港口碼頭的重要性越來(lái)越凸顯。港口碼頭作為水陸運(yùn)輸之間相互交換的平臺(tái)，對(duì)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的具有十分重要的作用。而重力式碼頭作為港口碼頭的形式之一，以其抗凍、強(qiáng)耐久性等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。但是，隨著重力式碼頭朝著深水化、大型化方向發(fā)展，又對(duì)重力式碼頭建設(shè)提出了更高的要求。本人結(jié)合多年工作和理論經(jīng)驗(yàn)，下面主要就重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工等方面淺談幾點(diǎn)看法，僅供相關(guān)從業(yè)人員參考研究。

1 重力式碼頭簡(jiǎn)介

目前，在我國(guó)的碼頭結(jié)構(gòu)中，主要有三種形式即板樁碼頭、高樁碼頭和重力式碼頭。其中，重力式碼頭的應(yīng)用較為廣泛。所謂重力式碼頭，就是靠自身的結(jié)構(gòu)和填料等的重力來(lái)維持穩(wěn)定的碼頭，其根據(jù)使用要求的不同，從平面布置上又劃分為重力式岸壁碼頭和重力墩式碼頭。

1.1重力式碼頭的優(yōu)缺特點(diǎn)。重力式碼頭主要包括：基礎(chǔ)、墻身、胸墻、棱體、倒濾層、回填料、面層、碼頭設(shè)施等。其主要有以下優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)：(1)由混凝土筑成的岸壁耐久性較高、堅(jiān)固牢靠，一般不需要維修；(2)重力式碼頭由于主要靠其本身的重力來(lái)維持碼頭的穩(wěn)定，因而多適用于巖石、堅(jiān)硬粘土以及砂質(zhì)等地基類型；(3)在容易獲得砂石料的地方，重力式碼頭的造價(jià)相對(duì)便宜。缺點(diǎn)：砂石用量較大；墻前波浪反射大。

1.2重力式碼頭的設(shè)計(jì)條件。重力式碼頭宜建在較好的地基上，如巖基、砂土、密實(shí)的粘土。其設(shè)計(jì)條件主要考慮四個(gè)方面：(1)自然條件。包括水文（潮位、波浪、風(fēng)、冰等）、地質(zhì)（地形、地質(zhì)、地震等）(2)使用要求。包括泊位噸級(jí)、船舶尺度、裝卸工藝、作業(yè)要求、水電供應(yīng)、環(huán)保消防等。(3)材料來(lái)源。包括塊石、回填料、材料單價(jià)等。(4)施工條件。包括預(yù)制場(chǎng)、船機(jī)、作業(yè)天、工期等。

1.3重力式碼頭結(jié)構(gòu)形式。按墻身結(jié)構(gòu)來(lái)劃分，可以將重力式碼頭分為：方塊式、沉箱式、扶壁式、圓筒式四種。（1）方塊碼頭。結(jié)構(gòu)堅(jiān)固耐久、除卸荷板外基本不用鋼材、施工簡(jiǎn)單，維修量小；水下安裝工作量大、整體性差、砂石料用量大。（2）沉箱碼頭。整體性好，水上安裝工作量小，施工速度快，箱內(nèi)填砂石等，節(jié)省費(fèi)用；耐久性不如方塊碼頭，用鋼量大，需要預(yù)制場(chǎng)及大型設(shè)備。（3）扶壁碼頭。較沉箱節(jié)省混凝土和鋼材，不需要專門預(yù)制場(chǎng)和下水設(shè)施；較方塊安裝量小，施工速度快；施工期抗浪性差，整體性差。（4）圓筒碼頭。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力條件好，混凝土和鋼材用量少；耐久性不如方塊，需要大型船機(jī)設(shè)備。

2 重力式碼頭設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

2.1國(guó)家規(guī)范。1、《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTJ290-98）；2、《港口工程荷載規(guī)范》（JTJ215-98）；3、《海港水文規(guī)范》（JTJ213-98）；4、《港口工程地基規(guī)范》（JTJ250-98）；5、《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ267-98）

2.2基本參數(shù)。1、設(shè)計(jì)潮位。設(shè)計(jì)高水位、設(shè)計(jì)低水位、極端高水位、極端低水位。2、設(shè)計(jì)波浪。①重現(xiàn)期50年，施工期考慮5～10年。②波高累積頻率，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及強(qiáng)度：H1%；基床護(hù)肩、護(hù)底塊石穩(wěn)定驗(yàn)算：H5%。3、設(shè)計(jì)離泊風(fēng)速。一般情況，港內(nèi)取V=22m/s（九級(jí)風(fēng)）。4、緊急離泊波高。根據(jù)碼頭、船舶、拖輪等綜合確定。一般情況?。篐＝1.5~2.0m。5、船舶的法向靠岸速度。根據(jù)船舶的滿載排水量、泊位的掩護(hù)情況，按照《港口工程荷載規(guī)范》選取。6、地震設(shè)計(jì)烈度。采用《中國(guó)地震烈度區(qū)劃圖（1990）》確定的基本烈度作為設(shè)計(jì)烈度。需要采用高于或低于基本烈度作為設(shè)計(jì)烈度時(shí)，應(yīng)經(jīng)批準(zhǔn)。7、地基土物理力學(xué)指標(biāo)。8、建筑材料、回填材料的物理力學(xué)指標(biāo)宜試驗(yàn)確定，無(wú)實(shí)測(cè)資料，按規(guī)范選取。9、碼頭水深、頂面高程等總體布置參數(shù)。10、碼頭工藝布置尺度及荷載。

3 重力式碼頭的結(jié)構(gòu)建設(shè)

重力式碼頭的結(jié)構(gòu)建設(shè)主要包括以下幾個(gè)步驟：

3.1泵站的建設(shè)、圍堰填筑以及鋼板樁的打設(shè)。在基槽開挖之前，需要做好以上的工作。首先，在基槽開挖處的邊緣進(jìn)行泵站的建設(shè)，其主要目的就是保證基槽內(nèi)的水位低于基槽開挖的底面。泵站設(shè)立好以后，需要在港口的輪渡上以及檢修的碼頭進(jìn)行圍堰填筑以及鋼板樁的打設(shè)，此外，還需要做出一個(gè)施工通道，以便于基槽開挖。

3.2基槽開挖。利用石渣以及其他材料在基槽內(nèi)鋪設(shè)通道進(jìn)行施工，并利用挖掘機(jī)進(jìn)行土方挖掘，定期對(duì)于基槽的標(biāo)高和位置進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。

3.3基床拋石處理。利用挖掘機(jī)和運(yùn)送石料的卡車配合進(jìn)行石頭的拋填，并需要保證在拋填的過(guò)程中基床的平整。

3.4基床夯實(shí)處理。根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，確定好基床的長(zhǎng)寬比之后對(duì)于基床做夯實(shí)處理，夯實(shí)完成后，進(jìn)行平整和砼墊工程的施工。

4 重力式碼頭施工簡(jiǎn)介

4.1基槽回淤的控制措施?；刍赜僖鸬膯?wèn)題表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，基槽開挖完成時(shí)，回淤速度加快造成沉積物超過(guò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，引起一定的沉積；其次，基床夯實(shí)和拋石完成后，上層的沉積物過(guò)重不利于潛水員的正常作業(yè)和基床平整工作；最后，基床底部出現(xiàn)的落淤降低基床與墻體的摩擦系數(shù)，危害到重力碼頭的施工作業(yè)。為此，需要在基槽挖泥等方面加強(qiáng)質(zhì)量控制。首先，選擇好基槽挖泥所需的施工船型，并根據(jù)碼頭設(shè)計(jì)的要求開挖一定的深度和寬度。作為碼頭的基礎(chǔ)，基槽質(zhì)量的優(yōu)劣直接關(guān)系的碼頭的穩(wěn)定性和持久性，因此，有必要確定合理的開挖深度并選擇合適的船型，以保證基槽的施工質(zhì)量。其次，對(duì)于基槽開挖的工序定期驗(yàn)收，保證基槽的平面位置正確、合理。對(duì)于基槽施工中的回淤問(wèn)題，則需要安排疏浚施工，不斷清除淤泥，保證施工的進(jìn)行。在基槽開挖完成后進(jìn)行拋石平整的過(guò)程中，需要對(duì)于回淤沉積物及時(shí)清理，保證基槽內(nèi)含水率小于150%且厚度大于0.3米的沉積物都被清理干凈。

4.2軌道位移和沉降質(zhì)量控制。通常，在重力式碼頭投入使用之后，會(huì)發(fā)送碼頭裝卸設(shè)備的軌道位移和碼頭沉降等情況，而且，這種軌道位移和沉降的速度與碼頭施工的速度在一定程度上呈正相關(guān)關(guān)系，即前期施工速度越快，后期使用中發(fā)生軌道位移和沉降的速度越快。雖然在使用的過(guò)程中難免會(huì)發(fā)送軌道位移和碼頭沉降等狀況，但是如果這種位移和沉降過(guò)大，就會(huì)影響到機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)于碼頭的工作順利進(jìn)行帶來(lái)諸多隱患，因此，需要在施工過(guò)程中對(duì)于如何盡量減少在未來(lái)碼頭投入使用的過(guò)程中的軌道位移和沉降進(jìn)行仔細(xì)的分析，做出詳細(xì)而周密的考慮，提高碼頭的堅(jiān)固性和耐久性。首先，在具體施工前以及施工過(guò)程中，施工人員需要對(duì)于軌道可能發(fā)生的位移和沉降進(jìn)行趨勢(shì)分析，并給碼頭預(yù)留出合理的沉降和位移量。其次，了解基槽內(nèi)的沉積物的厚度和含水量以及基床的施工厚度和夯實(shí)厚度，并在施工中加以注意，可以有效防止軌道位移和沉降的發(fā)生。另外，還可以通過(guò)在施工過(guò)程中先鋪砌面層，在穩(wěn)定碼頭主體和填鑄材料的沉降和位移之后，再以混凝土大板換上鋪砌面層，也可以防止軌道的位移和沉降。事實(shí)上，軌道位移和沉降在碼頭的投入使用過(guò)程中不可避免的會(huì)發(fā)生，所以對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)最好的選擇還是在施工的時(shí)候利用容易調(diào)整的軌道，用調(diào)整軌道的方式來(lái)避免發(fā)生沉降和位移等狀況。

4.3拋填棱體頂高程偏低的質(zhì)量控制。所謂拋填棱體頂高程偏低，是由于設(shè)計(jì)人員和施工人員之間溝通不到位，沒(méi)有根據(jù)當(dāng)?shù)氐墓こ痰膶?shí)際狀況和棱體材料的具體情況進(jìn)行綜合比較造成的，而這樣帶來(lái)的后果就是無(wú)法全天候施工，而只能在趁潮時(shí)作業(yè)，嚴(yán)重影響施工的整體進(jìn)展情況。為此，首先需要設(shè)計(jì)人員和施工人員進(jìn)行有效的溝通，在綜合考慮工程狀況和棱體材料的基礎(chǔ)上做出合理的判斷。在具體的施工過(guò)程中，則應(yīng)當(dāng)適當(dāng)抬高頂高程的高度，一般情況下需要抬高至胸墻端面路側(cè)最下一級(jí)臺(tái)階頂高程的位置，然后根據(jù)頂高程的高度對(duì)胸墻施工，布置起重施工機(jī)械和混凝土，堆放鋼筋和模板等材料。實(shí)踐證明，在抬高頂高程高度的情況下，可以降低胸腔施工的難度，大大提高工作效率，推進(jìn)整體施工的順利進(jìn)行，而且，在碼頭投入使用后的作業(yè)過(guò)程中，由于頂高程高度的抬高也使得碼頭的減壓效果大大提升。

5結(jié)語(yǔ)

本文主要對(duì)重力式碼頭的設(shè)計(jì)與施工工作進(jìn)行了簡(jiǎn)單探討，只是本人的一點(diǎn)看法，不足之處敬請(qǐng)批評(píng)。當(dāng)然，隨著我國(guó)重力式碼頭的不斷發(fā)展，各種新的技術(shù)的涌現(xiàn)，對(duì)于重力式碼頭建設(shè)要求的不斷提高，在重力式碼頭的設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中還會(huì)出現(xiàn)各種新問(wèn)題，這需要我們?cè)诮窈蟮膶?shí)踐中不斷的總結(jié)和提煉經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)大家的共同努力不斷促進(jìn)我國(guó)重力式碼頭設(shè)計(jì)與建設(shè)水平的不斷提高，為我國(guó)的港口運(yùn)輸和經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出積極的貢獻(xiàn)。