港口碼頭工程精細化設計應用探討

姬銳敏

摘要：為做好港口碼頭工程的精細化設計，文章結合具體工程案例，對港口碼頭精細化設計應用展開探討，分別從總平面的布置、碼頭結構選型及構造、疏浚方式選擇、地基處理、沉箱支承的雙軌道梁作業、沉箱的低配筋作業、碼頭面層施工設計等方面，分析港口碼頭精細化設計方案。結果表明，采用精細化設計方式完成港口碼頭工程建設，可確保工程質量的良好性，有效發揮港口碼頭各項功能，并降低了工程成本，對同類工程項目建設具有借鑒意義。

關鍵詞：港口碼頭;精細化設計;應用實例

中圖分類號：U656.1A471663

0 引言

港口碼頭工程建設對于沿海地區經濟發展至關重要。受粗放型設計理念的影響，當前港口碼頭工程設計存在質量、成本等問題。為改善港口碼頭設計現狀，確保工程得到高質高效建設，就需要及時創新設計理念，根據實際工程情況采取精細化設計方式，以保證其各項功能及作用的有效發揮，這也是此次研究的主要目的所在。

1 工程概況

在廣西沿海的某港口的碼頭工程中，港口的長度約550 m，可設計的港口長度350 m;其港口地區在全年的降水量約2 664 mm，日降水量約200 mm，此區域最高氣溫36 ℃，最低氣溫10 ℃，平均氣溫21 ℃;港口的最高風速和最低風速分別是30 m/s和6 m/s，年平均風速13 m/s。根據現階段港口碼頭的實際需求，需要進行3個泊位的擬建：1號泊位是110 000 t的雜貨泊位;2號泊位是200 000 t多用途的泊位;3號泊位是420 000 t鋼鐵的專用性泊位。在碼頭的設計中，主要包括橫縱梁、停船的部件、面板和水平板等構成，其中橫縱梁與水平板是通過混凝土進行制作的。

2 港口碼頭工程精細化設計應用實例

所謂精細是相對粗放對立而言的，精細化設計的內涵，是指綜合考慮工程項目建設質量、功能要求、經濟性等方面，采用精細化、細節化、具體化的方式，對整個設計過程進行優化，進而改變原有的粗放型設計問題，以達到提升質量、減少浪費的建設效果。將精細化設計理念引入到港口碼頭工程中，需從項目總體平面布置、結構選型與構造、作業過程中遇到的問題等角度分析，確定最優設計方案，確保工程設計及建設的合理性、經濟性。此外，為更好地應用精細化設計理念，根據此次研究工程項目的實際情況，采用了挖巖、地基處理、薄基礎、沉箱支承的雙軌道梁技術、沉箱低配筋等先進技術。

2.1 總平面的布置

從工程總體來看，平面布置是尤為重要的。在本工程碼頭中，按照兩個50 000 t的散貨泊位進行計算，確定使用的岸線長度是520 m，通過考慮后續泊位銜接，實際建成有590 m。碼頭面的高程是4.30 m，前沿的停泊水域其底標高是-14 m。在本工程中，陸域的縱深約477～715 m。在總平面的布置中，除了按照規劃、環保、用地和安全等原則，還要對碼頭的功能、陸域的形態、泊位的長度、總圖的高程、綜合的管網、交通的組織和后續的發展等方面進行綜合考慮。

2.2 碼頭結構選型和構造

由于工程經營的貨種比較多，為了滿足生產的需求，工藝的技術方案一定要合理和經濟。在進行設計時，要對裝卸工藝和機械設備的功能性和靈活性進行考慮。在本工程的場區下，覆巖層的埋藏比較淺，沿著擬建碼頭的走向，其巖面的起伏比較大，這種工程場區的地質條件會對碼頭的選型造成一定難度。若碼頭使用樁基的結構，因為打樁并不能有效進入到較好的土層內，則樁基的穩定性就比較差;若使用嵌巖樁的話，施工的工藝較為復雜，其工程費用也比較高，要求施工的周期也比較長。為了滿足碼頭的使用要求以及符合當地實際施工條件，碼頭的結構采用重力式的沉箱結構。這種沉箱結構設計的特色體現于基槽設置的深度、箱內和墻后的回填、沉箱的規格和軌道梁等部分[1]。

2.3 工程中面對的問題

2.3.1 疏浚方式選擇

在疏浚方式的選擇中，需要對疏浚區的風、浪和流等條件進行綜合考慮，對疏浚土物理力學的指標、疏浚深度、方量和面積以及疏浚土處理的方式等方面都要進行確定。在此工程港池的水域中，其疏浚量有一定的規模，可以調配一些大中型的船機設備。港池的水域在碼頭的前方，水域較為寬闊和固定，對風、浪和流等情況也能夠進行明確控制，在限制的水域內對船機的航行的要求并不是很高。此工程港池的水域內，其疏浚土的主要組成部分包括淤泥、沖積的粉質型黏土、混砂的淤泥、殘積的粉質型黏土、頁巖風化巖和泥質的粉砂巖等，其巖石層的埋藏比較淺，且層理的發育和原巖的結構都比較清晰，為了降低工程對周邊的環境造成大的影響，需要對其泥土資源進行充分利用，在工程港池的水域內通過吹填造陸方式進行泥土疏浚。為了適應土質，對淤泥類土和粉質黏土通過普通絞吸式的挖泥船進行疏浚。在巖石層，為了避免對來往船舶和周邊環境造成影響，不用爆破，而是通過挖巖方式進行疏浚。

2.3.2 地基處理及薄基礎技術

對此工程的地基處理通過堆載和真空的預壓以及強夯組合方法進行。堆載的預壓法能夠對地質的條件具有良好的適應性，有效確保地基的處理效果，且能夠對開挖的土方內全-微風化泥質的粉砂巖和頁巖進行充分利用，從而降低土方外拋量;在除圍堰后的50 m范圍中，出于對圍堰的穩定性考慮，通過插塑料的排水板相關真空預壓法對其進行處理，在碼頭后方的30～90 m回填區通過4 000 kN·m的單擊夯擊實施強夯處理[2]。

對碼頭的基床通過薄基礎的技術進行施工，此工程通過重力式的結構設計方案，能有效解決對地質的相適應，但因為下覆巖層的埋藏比較淺，需要對較厚巖層進行挖除，在充分分析基巖的巖性后，考慮使用大功率的絞吸挖船，通過靜態切割的方式進行開挖，這樣對開挖面下的巖層基本不會產生破壞，也能夠保證巖層較高的承載力，并將切割分層的開挖控制于1 m內。

2.4 引入先進技術

2.4.1 沉箱支承的雙軌道梁技術

一般在胸墻的前沿架設碼頭軌道的梁前軌，在保證碼頭安全性和穩定性的基礎上，出于對其經濟性的考慮，要求沉箱底寬盡可能地減小。此工程對經濟性的效果進行了綜合考慮，其沉箱的寬度很難覆蓋常規軌距的10 m軌道梁的后軌范圍，則軌道梁的后軌一般需要進行單獨性架設。在沉箱的安裝中，通過專用做縫墊的靠板進行安裝，此工程設計的安裝縫寬是8 cm，將硬雜木進行加工為長50 cm、寬10 cm，且厚度分是3 cm、5 cm和8 cm的3種類型縫板，當作調節縫寬的墊靠板，在完成安裝后，通過專職的潛水人員實施下水安裝縫寬和錯牙情況的檢查。

在重力式的沉箱碼頭中，地質、水文、荷載和混凝土材料等因素會對其結構產生很大影響，其中填料具有選擇空間，且碼頭斷面的尺度確定主要是由填料選擇而定的。常用的填料包括砂和石料等，若將石料當作填料，能夠使沉箱的底寬變得更小，則沉箱的造價也會降低，但石料是比較貴的，將石料當作填料，會提高碼頭的造價;將砂當作填料的話，沉箱的底寬會變大，則沉箱的造價就會增加，但砂料是比較便宜的，通過砂料當作填料，總體看來碼頭的造價要更低一點。通過綜合考慮，在此工程的碼頭后方通過回砂當作填料，并運用架軌道梁的后軌思路進行綜合設計[3]。

雖然將砂當作填料增加了沉箱的底寬變，但出于經濟性的效果考慮，其沉箱的寬度并不能實現對軌距10 m軌道梁的后軌架設。因此，設計出類似吊車的梁支撐型式，通過在沉箱的前后壁相應頂部加設牛腿構造的方式，來增加沉箱項部的寬度，并且在沉箱橫隔板上進行連系梁的設置，讓前后梁通過井字梁型式在沉箱的頂上進行固定，從而解決前后軌的沉降位移不一致的問題。

2.4.2 沉箱的低配筋技術

在此工程區域內，外海波浪受到河床地形和水深影響而呈現逐漸消減的狀態，則進入到此工程水域的波浪往往很小。在距離此工程3 km的位置存在沉箱出運的專用性預制場，沉箱通過半潛駁方式拖運至施工的現場進行安裝比較方便。這種方式中，沉箱結構的受力在施工中并不重要，沉箱結構的強度主要由碼頭完成建成持久性的作用而決定，因此在對擬定的沉箱尺寸進行設計中，需要對倉格進行合理設置，即對單個的沉箱設置2個橫向艙格，設置3個縱向的艙格，并對沉箱的前后壁和隔板跨度以及厚度進行控制，就能夠減小外荷載的作用，對沉箱所需配筋進行優化，就能夠滿足沉箱結構的強度要求。

2.5 碼頭面層施工設計

碼頭面層使用整體式的鋼模板，面層的模板由桁架式的鋼模組成，而前后模通過胸墻內預埋有錐臺螺母和三腳架當作底面的支撐，且通過上下雙層的拉條實施固定。對底層的拉條，通過30 mm的圓鋼且外套有40PVC管使用，而上層拉條通過背靠背式20 mm的雙槽鋼夾30 mm的圓鋼使用，以發揮支頂和拉固的作用。對于使用的預埋件，主要由專業的廠家定制，如井圈和井蓋、螺栓以及托纜槽等，在專業廠家的定制后還要對預埋件進場報驗進行嚴格控制。按照先防腐、后安裝的工藝程序，對外加的工件進行工廠化的防腐處理，對現場的加工件進行除銹處理后再按照設計實施防腐處理[4]。

在施工前，一定要對測量放樣進行嚴格控制，按照水平控制的標志對標高面進行控制。對面層要進行三次抹面、壓光處理，并適時進行拉毛，第一遍的抹壓一般是在混凝土澆筑5 h后進行，等混凝土振搗密實后，通過木抹子對面層進行抹壓，一直到出漿結束;在混凝土澆筑6～7 h后，通過鐵抹子實施第二遍的抹壓，將凹坑和砂眼等處填實;在混凝土澆筑7～8 h后，通過鐵抹子實施第三遍的壓光，將全部抹紋進行壓平、壓光，最后通過排刷橫向進行拉毛收面處理。在面層的混凝土完成終凝后，按照5等份的段長均分來對胸墻的面層表層實施切縫處理，控制4 cm內的深度。此外，混凝土結硬后，可以通過土工布的覆蓋并加蓋砂子來實施濕養，避免水分蒸發而導致裂縫的產生。

3 結語

由于港口碼頭工程建設要求的不斷提高，精細化設計理念的應用將會越來越廣泛。此次研究，通過采取精細化設計，在保證港口碼頭功能需求及安全性的前提下，從多個環節對工程設計進行了優化、細化，節約了大量工程成本，由此可見，精細化設計在港口碼頭工程中有著較高應用價值。但在工程實踐中涉及的影響因素較多，港口碼頭工程所處環境復雜，為更好地推廣精細化設計理念和方法，仍需加大對該方面的研究力度，在實踐和總結中不斷改善、創新。

參考文獻：

[1]萬德凱，王 洪. 港口碼頭工程精細化設計探究[J]. 讀天下，2016（16）：133.

[2]李春輝. 淺析港口碼頭工程結構設計要點[J]. 華東科技（綜合），2019（3）：92.

[3]何元瑭. 港口碼頭工程精細化設計應用實例[J]. 中國水運（下半月），2015，15（7）：268-271.

[4]陳 斌. 廈門港嵩嶼港區二期碼頭工程精細化施工[J]. 工程建設與設計，2017（2）：115-116.

收稿日期：2020-05-08