基于水运工程重力式码头设计施工的研究

发表时间:2019/3/8   来源:《基层建设》2018年第36期   作者:刘震坤
[导读] 摘要:作为水陆运输间的相互交换平台,港口码头对推动国民经济的发展起着重要的作用。
        宁波港工程项目管理有限公司  浙江宁波  315800
        摘要:作为水陆运输间的相互交换平台,港口码头对推动国民经济的发展起着重要的作用。重力式码头是港口码头中的一种重要的码头形式。它因具有较强的抗冻性而被广泛使用。随着重力式码头的不断发展,对重力式码头的建设提出了更多、更高的要求,因此对重力式码头的设计施工要进行深入的研究,推动其向深水化、大型化的方向发展。
        关键词:水运工程;重力式码头;设计施工;研究
        现阶段我国的码头结构主要有板桩码头、高桩码头以及重力式码头三种形式,其中使用较广泛的是重力式码头。重力式码头主要是依靠本身的结构重力和填料重力等维持码头的稳定。重力式码头根据使用要求的不同,在平面布置方面可分为重力式岸壁码头和重力墩式码头。重力式码头凭借自身的诸多优点为我国的对外贸易、码头建设等做出了重要的贡献。
        引言
        近年来,随着我国对外贸易的迅速发展,港口码头的重要性越来越凸显。港口码头作为水陆运输之间相互交换的平台,对于我国经济发展的具有十分重要的作用。而重力式码头作为港口码头的形式之一,以其抗冻、强耐久性等优点而得到广泛应用。但是,随着重力式码头朝着深水化、大型化方向发展,又对重力式码头建设提出了更高的要求。本人结合多年工作和理论经验,下面主要就重力式码头设计与施工等方面浅谈几点看法,仅供相关从业人员参考研究。
        1重力式码头简介
        目前,在我国的码头结构中,主要有三种形式即板桩码头、高桩码头和重力式码头。其中,重力式码头的应用较为广泛。所谓重力式码头,就是靠自身的结构和填料等的重力来维持稳定的码头,其根据使用要求的不同,从平面布置上又划分为重力式岸壁码头和重力墩式码头。
        1.1重力式码头的优缺特点。
        重力式码头主要包括:基础、墙身、胸墙、棱体、倒滤层、回填料、面层、码头设施等。其主要有以下优缺点。优点:(1)由混凝土筑成的岸壁耐久性较高、坚固牢靠,一般不需要维修;(2)重力式码头由于主要靠其本身的重力来维持码头的稳定,因而多适用于岩石、坚硬粘土以及砂质等地基类型;(3)在容易获得砂石料的地方,重力式码头的造价相对便宜。缺点:砂石用量较大;墙前波浪反射大。
        1.2重力式码头的设计条件。
        重力式码头宜建在较好的地基上,如岩基、砂土、密实的粘土。其设计条件主要考虑四个方面:(1)自然条件。包括水文(潮位、波浪、风、冰等)、地质(地形、地质、地震等)(2)使用要求。包括泊位吨级、船舶尺度、装卸工艺、作业要求、水电供应、环保消防等。(3)材料来源。包括块石、回填料、材料单价等。(4)施工条件。包括预制场、船机、作业天、工期等。
        1.3重力式码头结构形式。
        按墙身结构来划分,可以将重力式码头分为:方块式、沉箱式、扶壁式、圆筒式四种。(1)方块码头。结构坚固耐久、除卸荷板外基本不用钢材、施工简单,维修量小;水下安装工作量大、整体性差、砂石料用量大。(2)沉箱码头。整体性好,水上安装工作量小,施工速度快,箱内填砂石等,节省费用;耐久性不如方块码头,用钢量大,需要预制场及大型设备。(3)扶壁码头。较沉箱节省混凝土和钢材,不需要专门预制场和下水设施;较方块安装量小,施工速度快;施工期抗浪性差,整体性差。(4)圆筒码头。结构简单,受力条件好,混凝土和钢材用量少;耐久性不如方块,需要大型船机设备。
        2重力式码头设计标准
        2.1国家规范。
        1、《重力式码头设计与施工规范》(JTJ290-98);2、《港口工程荷载规范》(JTJ215-98);3、《海港水文规范》(JTJ213-98);4、《港口工程地基规范》(JTJ250-98);5、《港口工程混凝土结构设计规范》(JTJ267-98)
        2.2基本参数。
        1、设计潮位。设计高水位、设计低水位、极端高水位、极端低水位。2、设计波浪。①重现期50年,施工期考虑5~10年。②波高累积频率,结构稳定及强度:H1%;基床护肩、护底块石稳定验算:H5%。3、设计离泊风速。一般情况,港内取V=22m/s(九级风)。4、紧急离泊波高。根据码头、船舶、拖轮等综合确定。一般情况取:H=1.5~2.0m。5、船舶的法向靠岸速度。根据船舶的满载排水量、泊位的掩护情况,按照《港口工程荷载规范》选取。6、地震设计烈度。采用《中国地震烈度区划图(1990)》确定的基本烈度作为设计烈度。需要采用高于或低于基本烈度作为设计烈度时,应经批准。7、地基土物理力学指标。8、建筑材料、回填材料的物理力学指标宜试验确定,无实测资料,按规范选取。9、码头水深、顶面高程等总体布置参数。10、码头工艺布置尺度及荷载。


        3重力式码头的结构建设
        重力式码头的结构建设主要包括以下几个步骤:
        3.1泵站的建设、围堰填筑以及钢板桩的打设。
        在基槽开挖之前,需要做好以上的工作。首先,在基槽开挖处的边缘进行泵站的建设,其主要目的就是保证基槽内的水位低于基槽开挖的底面。泵站设立好以后,需要在港口的轮渡上以及检修的码头进行围堰填筑以及钢板桩的打设,此外,还需要做出一个施工通道,以便于基槽开挖。
        3.2基槽开挖。
        利用石渣以及其他材料在基槽内铺设通道进行施工,并利用挖掘机进行土方挖掘,定期对于基槽的标高和位置进行测量,发现问题及时处理。
        3.3基床抛石处理。
        利用挖掘机和运送石料的卡车配合进行石头的抛填,并需要保证在抛填的过程中基床的平整。
        3.4基床夯实处理。
        根据相关的设计规范,确定好基床的长宽比之后对于基床做夯实处理,夯实完成后,进行平整和砼垫工程的施工。
        4重力式码头施工简介
        4.1基槽回淤的控制措施。
        基槽回淤引起的问题表现在以下几个方面:首先,基槽开挖完成时,回淤速度加快造成沉积物超过相关标准,引起一定的沉积;其次,基床夯实和抛石完成后,上层的沉积物过重不利于潜水员的正常作业和基床平整工作;最后,基床底部出现的落淤降低基床与墙体的摩擦系数,危害到重力码头的施工作业。为此,需要在基槽挖泥等方面加强质量控制。首先,选择好基槽挖泥所需的施工船型,并根据码头设计的要求开挖一定的深度和宽度。作为码头的基础,基槽质量的优劣直接关系的码头的稳定性和持久性,因此,有必要确定合理的开挖深度并选择合适的船型,以保证基槽的施工质量。其次,对于基槽开挖的工序定期验收,保证基槽的平面位置正确、合理。对于基槽施工中的回淤问题,则需要安排疏浚施工,不断清除淤泥,保证施工的进行。在基槽开挖完成后进行抛石平整的过程中,需要对于回淤沉积物及时清理,保证基槽内含水率小于150%且厚度大于0.3米的沉积物都被清理干净。
        4.2轨道位移和沉降质量控制。
        通常,在重力式码头投入使用之后,会发送码头装卸设备的轨道位移和码头沉降等情况,而且,这种轨道位移和沉降的速度与码头施工的速度在一定程度上呈正相关关系,即前期施工速度越快,后期使用中发生轨道位移和沉降的速度越快。虽然在使用的过程中难免会发送轨道位移和码头沉降等状况,但是如果这种位移和沉降过大,就会影响到机械设备的运转,对于码头的工作顺利进行带来诸多隐患,因此,需要在施工过程中对于如何尽量减少在未来码头投入使用的过程中的轨道位移和沉降进行仔细的分析,做出详细而周密的考虑,提高码头的坚固性和耐久性。首先,在具体施工前以及施工过程中,施工人员需要对于轨道可能发生的位移和沉降进行趋势分析,并给码头预留出合理的沉降和位移量。其次,了解基槽内的沉积物的厚度和含水量以及基床的施工厚度和夯实厚度,并在施工中加以注意,可以有效防止轨道位移和沉降的发生。另外,还可以通过在施工过程中先铺砌面层,在稳定码头主体和填铸材料的沉降和位移之后,再以混凝土大板换上铺砌面层,也可以防止轨道的位移和沉降。事实上,轨道位移和沉降在码头的投入使用过程中不可避免的会发生,所以对于工作人员来说最好的选择还是在施工的时候利用容易调整的轨道,用调整轨道的方式来避免发生沉降和位移等状况。
        4.3抛填棱体顶高程偏低的质量控制。
        所谓抛填棱体顶高程偏低,是由于设计人员和施工人员之间沟通不到位,没有根据当地的工程的实际状况和棱体材料的具体情况进行综合比较造成的,而这样带来的后果就是无法全天候施工,而只能在趁潮时作业,严重影响施工的整体进展情况。为此,首先需要设计人员和施工人员进行有效的沟通,在综合考虑工程状况和棱体材料的基础上做出合理的判断。在具体的施工过程中,则应当适当抬高顶高程的高度,一般情况下需要抬高至胸墙端面路侧最下一级台阶顶高程的位置,然后根据顶高程的高度对胸墙施工,布置起重施工机械和混凝土,堆放钢筋和模板等材料。实践证明,在抬高顶高程高度的情况下,可以降低胸腔施工的难度,大大提高工作效率,推进整体施工的顺利进行,而且,在码头投入使用后的作业过程中,由于顶高程高度的抬高也使得码头的减压效果大大提升。
        5结语
        本文主要对重力式码头的设计与施工工作进行了简单探讨,只是本人的一点看法,不足之处敬请批评。当然,随着我国重力式码头的不断发展,各种新的技术的涌现,对于重力式码头建设要求的不断提高,在重力式码头的设计与施工过程中还会出现各种新问题,这需要我们在今后的实践中不断的总结和提炼经验,通过大家的共同努力不断促进我国重力式码头设计与建设水平的不断提高,为我国的港口运输和经济发展做出积极的贡献。
        参考文献
        [1]张小草,郭健宝,F.GPS在重力式码头结构健康监测中的应用[J].中国水运(下半月),2012(08).
        [2]孙熙平,张宝华,张强,王笑难.重力式码头基床遭水流冲刷后的稳定性分析[J].岩土力学,2010(10).
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