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第91章 深水港口建设技术(2)

港口设计是指利用交通部颁布的规范作工具,使拟建设的港口满足使用条件的过程。港口设计的主要内容包括总平面布置、装卸工艺、水工结构、配套工程、概算等。

1.现行主要规范

(1)海港总平面设计规范;

(2)海港水文规范;

(3)港口工程地质勘察规范;

(4)港口工程地基规范;

(5)港口工程荷载规范;

(6)水运工程抗震设计规范;

(7)港口工程混凝土结构设计规范;

(8)港口工程钢结构设计规范;

(9)重力式码头设计与施工规范;

(10)高桩码头设计与施工规范;

(11)港口工程桩基规范;

(12)板桩码头设计与施工规范;

(13)防波堤设计与施工规范;

(14)港口工程环境保护规范。

2.港口设计的主要内容

1)总平面布置

总平面布置包括水域布置及陆域布置两大部分。水域布置主要包括锚地、航道、防波堤、船舶掉头及码头停泊水域等。陆域布置主要包括货物装卸、储存和疏运三大系统,相应的建筑及设备有码头、库场、装卸及运输机械、道路及铁路等。港口总平面布置的任务是将港口各个作业系统和各组成部分有机的结合起来。使货物在港口安全、迅速地转运。

最近几年我国建设的深水港口水域布置水平与当前世界水平相当。港口的陆域布置向宽突堤、长顺岸方向发展,尤其在现代化的集装箱码头设计中,采用长顺岸(主要便于集装箱岸桥集中作业)、大纵深的方案居多。如在上海港五号沟港区的建设中,为适应集装箱岸桥高效作业的需要,甚至改变了挖人式港池的方案,而改为长顺岸方案。

为提高装卸效率,阿姆斯特丹港建成了世界第一座可在船舶两侧进行装卸的船坞式集装箱泊位,泊位长400m,港池宽57m,水深20m。泊位设计吞吐能力为100万TEU/年。

2)装卸工艺

港口装卸工艺是否合理,不仅影响码头工程量、造价和施工进度,而且与码头建成后的使用效率有密切关系。因此装卸工艺设计是港口设计的重要环节。

(1)装卸工艺设计的主要内容

①装卸工艺流程的设计,方案比较和技术经济论证;

②定型机械的选型;

③提出非定型机械的主要技术参数;

④确定码头泊位及仓库、货场、铁路装卸线的通过能力,轮廓布置和主要尺寸等;

⑤向有关工种提供设计数据。

(2)港口装卸货物的分类

①件杂货。如袋装、捆装、桶装、无包装(如钢材)等货物。

②集装箱。集装箱是成组运输的一种主要形式,从20世纪60年代问世以来,在世界海运市场掀起了一场件杂货集装箱化的革命,集装箱运输形式被广泛采用。船用集装箱按装载货物可分为装一般干杂货的货箱、装冷冻货的冷藏箱、装运果品蔬菜之类的通风集装箱和液体货箱;按尺寸可分为20ft、40ft和超大、超宽非标准集装箱,20ft集装箱被称为标准集装箱,简称TEU。

③散货。散货包括散装粮食、煤炭、矿石、砂石料等。

④液体货物。通过我国港口的液体货物,主要是原油、成品油、液体化工晶、液化石油气、液化天然气等属于易燃液体,在进行此类液体货物装卸工艺设计时,尤其要与消防设计紧密配合。

对应以上4类货物的装卸工艺设计,分别被称之为件杂货、集装箱、散货、液体货物装卸工艺设计。

(3)货物在港装卸过程

①水—水中转。例如从内河船舶上卸下,直接装上沿海或远洋船舶运走,操作在锚地或靠在码头的船舶外档进行。

②卸船。货物通过码头的装卸机械(如门机、集装箱装卸桥等)从船上卸下,装上水平运输机械(如拖车、叉车、拖挂车等)被运到堆场、仓库或直接运走。

③装船。装船过程与卸船正好相反。

我国港口的大型液体、散货泊位(油、矿、煤、化肥、粮)和集装箱的装卸工艺技术,经20余年的建设发展均已达到高度机械化、自动化、高效率和符合环保的世界水平。目前装卸工艺的设计正向着如何更能提高装卸效率、更能适应船舶大型化的需要这一方向发展。在装卸工艺设计、参数选取以及大型设备的选型等方面,科技含量较高。本章第四、五节将着重介绍。

3)水工结构

主要介绍码头、防波堤两部分。

(1)码头

码头是供船船系靠、停泊使用的,在此进行货物装卸和旅客上下等作业。按结构形式可分为重力式、板桩式、高桩式和混合式等几种。深水码头主要采用重力式和高桩式两种。

①重力式码头。靠自重(包括结构重量和结构范围的填料重量)来抵抗滑动和倾斜。因此,自重一般均较大,需设置基础,通过它将外力传到较大面积的地基上。重力式结构一般适用于较好的地基。如大连地区、青岛地区、日照地区等。重力式码头可分为方块结构、沉箱结构、扶壁结构等。一般由下列几部分组成。

②高桩码头。一般适用于软土地基,我国沿海及大江两岸软土地基分布较广。因此,高桩码头在我国港口应用较多。如上海地区、宁波地区、天津地区、黄骅地区、深圳地区、长江中下游等。

高桩码头主要由上部结构、基桩、挡土结构、码头设备等组成。

(2)防波堤

防波堤的目的是形成一片比较平稳的水域,以供船舶停泊使用。主要作用有防波、阻砂、防流冰等。

防波堤按其断面形式及对波浪的影响有斜坡式、直立式、混合式、透空式、浮式,以及喷气消波设备和喷水消波设备等多种类型。

目前港工界采用的防波堤主要有斜坡式(如黄骅港防波堤、连云港西大堤、长江口分流堤等)、直立式(如大连港防波堤等)。

①斜坡式防波堤。由石块及人工块体堆筑而成,如地基条件较好,一般不需建造基床;如地基软弱,则需设置垫层、换砂、铺设土工布或用其他方法予以改善。堤顶可设或不设胸墙。

常用的斜坡式防波堤有堆石堤和在堆石棱体上加混凝土异形护面块体两种,一般采用后者。

混凝土异形护面块体目前大约有100多种,我国常用的有栅栏板、四脚锥体、四脚空心方块、扭工字块、钩连块体等数种。

②直立式防波堤。可分为重力式、桩式和格形钢板桩等几种形式。在此主要介绍重力式防波堤。

重力式防波堤一般可分为3个基本组成部分,即基床、水下部分和水上部分。

基床用碎石堆成,用以平整海底,减小地基应力,保护基土,使之免受波浪和水流冲刷,增加建筑物的稳定性。基床可分为明基床和暗基床。

水上部分常采用现场浇筑的整体式混凝土结构,以加强堤身的整体性。水下部分是重力式防波堤的主体,按照它的结构,可把防波堤分别称为方块式、沉箱式等。

从我国已建成的码头结构、防波堤结构形式来看,与国外所采用的结构形式相类似;从设计总体水平来看,我们并不比外国差。近几十年来,我们结合工程区域的地质、水文、施工等条件,创造出一些新的结构形式。我国与国外的差距主要体现在:在创建新的结构形式上人员、资金投入力度不足;在结构计算中我国软件(尤其三维软件)水平不高。

4)配套工程

港口配套工程主要包括给排水、消防、供电照明、有线通信、无线通信、自动控制、计算机管理、环境保护、土建工程等。

以上各专业的设计遵循交通部和各专业部门的规范进行。总体设计水平与国内各相关专业相当。