新型码头结构在我国港口工程中的运用
吉增光
摘 要：港口工程是我国的重点工程项目，直接关系港口运输效率和港口安全。受到地质因素和现代航运要求，传统码头结构逐渐不能满足当前港口工程的基本需求，容易诱发安全隐患，不利于航运发展。故此，展开对新型码头结构的研究，并对新型码头结构在港口工程中的运用展开分析，旨在提升港口工程的质量与安全，发挥港口工程功能，推动航运的持续健康发展。
关键词：新型码头结构；港口工程；运用；重力式墩码头
中图分类号：TV3 文献标识码：B 文章编号：1006—7973（2018）01-0063-03
码头结构对港口工程的整体安全性与可靠性具有直接的影响，如果港口工程的码头结构出现问题，则会造成码头的整体安全问题。不同的地质类型和自然条件，会对码头的结构选择造成不良影响，如果选型失误，必然导致隐患。当前，新型码头结构的研究不断深入，各类码头结构得到不同程度的运用，需因地制宜，展开新型码头结构的选择。基于此，本文对新型码头结构的类型展开研究，并结合实例，对几种新型码头结构的应用实践展开研究，详细内容如下。
1 新型码头结构的简单概述
港口工程是关系到港口经济的关键，在具体的港口码头施工中，受到港口本身地质因素的影响，则造成传统码头结构无法适应。如果仍旧按照常规码头结构施工，必然会造成安全隐患，威胁码头的安全与稳定。现阶段，国内对新型码头结构的研究不断深入，各类新型码头结构不断应用到港口工程施工中。例如：桶式基础结构码头、重力式码头、双排大管桩码头等。
（1）桶式基础结构码头。该类码头结构的效果较为理想，可提高软土与结构的相互作用力，共同承担上部结构所传递的荷载，其具体优势较为明显。包括：①可工厂化预制，具体的施工中，可择取预制构件的方式展开施工，且水上工艺相对简单，无需运用繁琐的下沉工艺，不用借助大型水上船只，仅仅依靠排水排气能够完成施工，不会对环境造成污染。②施工周期相对较短，且建设中所需施工材料相对较少，资源利用率高，符合绿色施工的基本需求。③可借助充气的方式，将其拔出海面，可实现重复利用。桶式基础结构可作为一种新型的软基处理工艺，可有效提升淤泥地基的处理，使得地基的强度可得到保障，可广泛用于淤泥质海岸港口。
（2）重力式码头。当前，港口工程中，码头结构选择最多的结构为重力式结构。重力式码头主要是借助结构本身及填料的重力，保持结构的稳定，降低结构发生滑移和倾覆的风险。通常情况下，可将重力式码头分为沉箱码头、方块码头、现浇混凝土码头等。但是，重力式码头也存在一定的缺陷，由于其借助自身重力实现稳定，其对基础的承载能力要求相对较高。且由于大型化的特性，使得新型重力式码头容易出现质量问题。但借助有效的施工质量控制，可全面提升重力式码头的应用效果。
（3）新型双排大管桩码头。这类码头主要是借助预应力混凝土的大直径管桩，这类管桩具有良好的承载能力和抗弯强度，且抗腐蚀能力与耐久性较为理想，可广泛用于不同类型的港口工程施工中。
2 新型码头结构在我国港口工程中的运用
新型码头结构对改善港口工程的质量和安全具有十分积极的作用，推动港口工程发挥与航运发展。现针对上述三种新型码头结构为例，结合工程实例，对上述三种码头结构的运用展开研究，详细内容如下。
2.1 桶式基础结构码头的运用
对于桶式基础结构，本文结合连云港港口工程的基本情况，分析其具体运用实践。连云港是典型淤泥质海岸，且港口工程的自然环境复杂，为保障港口的建设，该港口工程中，对桶式基础结构码头进行运用，达到发挥淤泥质土特性，增强地基承载能力的目的。
2.1.1 桶式基础结构形式
桶式基础结构不同于大圆筒结构，且与吸附锚结构也存在明显差异。桶式基础结构可分为筒型结构与扶壁结构，如下图1所示，为桶式基础结构的剖面图。
这两种结构形式下部结构没有差异，且力学原理相同，均是借助壳体空间将软土封在体内，直接将外部荷载传递到结构底部。筒型结构形式运用盖板，将上部结构与下部结构连接，这种连接方式可以理解为刚性连接，而扶壁结构则是借助一个平面与基础桶盖接触，运用该平面，将所产生的水平力與竖向力传递到筒体，但不会传递弯矩。为保持扶壁结构的稳定性，具体扶壁结构构建中，运用压重与其重量实现稳定。在实际结构形式运用中，需结合因地制宜的原则，展开对结构形式的选择。
2.1.2 结构使用功能
在研究桶式基础结构形式后，对其具体功能展开研究。可将桶式基础结构分为防波堤结构和岸壁结构。在实际的港口工程施工中，如仅仅需求防波和减淤的能力，则选择桶式基础波堤结构，这样可顺利减轻波浪对港口的干扰。具体运用中，下部结构插入淤泥，但不进入土层。桶式基础岸壁结构，能承担水平土压力，需进入土层，结合位移情况展开设计，可使之适应土体蠕变。
2.1.3 应用实例
以连云港港口工程为例，对其具体运用展开研究。具体分为防波堤工程和港区岸壁工程。
（1）防波堤工程可分为东堤与西堤两个部分，其长度分别为12206.18m与9561.56m，借助详细的地质勘察工作，获取区域地质信息。得到淤泥层厚度8.5m，平均潮位下水深8m，现将防波堤设置在-3～5m的等深线。具体施工中，如果选择斜坡堤结构，不仅会导致服务年限降低，还会造成造价增高，不利于工程需求。故此，择取桶式基础防波堤结构，其可在降低成本的基础上，增强防波堤效果，较比斜坡防波堤，成本可以节省2.3亿元，工期缩减14个月，效果显著。
（2）岸壁工程中的运用。港区内择取环抱式防波堤掩护，可形成一个岸线长达33.5km的码头岸线。对于港区内的岸线，则选择桶式基础岸壁结构，在具体的施工中，运用这类码头结构，可节省工程造价10亿元。
由此可见，连云港码头运用新型桶式基础结构，其在适应连云港淤泥质土的基础上，可有效降低港口工程的工程造价，效果显著。
2.2 重力式码头结构的运用
重力式码头结构是当前码头建筑中使用较为普遍的码头结构，借助码头结构本身和填料的重力，规避结构滑移与倾覆。现本文结合某一具体港口工程对其运用展开研究。该工程二期设计年吞吐量100万t，三期设计140万t，设计最低水位17.5m，码头面高程26m。其地质资料中，③层粉质粘土qf为45，qR为1100，fak为180。通过详细对区域地质研究，得到港口未出现不良地质因素，稳定性、承载力良好，可展开重力式码头结构运用。
该港口工程，择取重力式码头结构，墙身与盖板均为现浇结构，墙身断面形式选择有底单层空心块体，界面形式为III字形，并间隔15展开变形缝设置，墙身厚度0.8m，底部壁厚0.8m，盖板厚度0.6m。选择混凝土垫层，厚度控制在0.15m。如下图2所示，为本工程具体的重力式码头结构图。
本工程选择重力式空箱结构，具有施工简单、快捷、造价低廉等特点，尽管会出现一些沉降和排水等问题，但比传统高框架结构的钻孔灌注桩施工，效果更为显著，适应本工程的基本需求。
此外，在具体重力式结构码头运用中，需展开有效的结构计算工作，具体的计算内容包括：自重力，船舶系缆力与撞击力、地基承载力、抗倾系如表1所示，为荷载及相关力的计算结果。
在具体施工中，结合具体地质条件和开挖方式，确认开挖高度，规避淤泥回淤。在底板和胸腔浇筑中，需注意裂缝处理，强化监控，保障结构稳定。为避免沉降和位移，施工过程中，需预留位移与沉降量，确保重力式结构码头的稳定可靠。
2.3 新型双排大管桩码头
这类结构具体运用中，先前后两排大管桩施工，设置钢连杆连接，给予分层抛沙，深层搅拌加固处理抛沙体与自然地基，从而达到加固目的。可分为三次回填砂，并给予有效加固。这类码头结构在具体运用中，具有其本身的特点，包括降低桩侧压力，促使港口工程可以在水深较大，吨位较大与地质条件相对较差的环境中运用，可有效降低施工成本，提升港口工程施工效率，很好的耐受港口腐蚀等效果。
针对新型双排大管桩码头可展开有效改进工作，促使新型双排大管桩码头的运用效果更为理想，具体的改进为：具体设计中，将阻滑作用纳入到整体稳定计算中，从而控制管桩间距。再考虑固体转动影响，控制嵌固点的选取。分析板桩内力，选择嵌固点法使同一结构用相同假定分析，减少相关计算工作量。
3 结束语
研究分析新型码头结构在港口工程中的运用，分别对重力式码头结构、桶式基础结构和双排大管桩码头结构展开研究，并结合实例，分别对各种新型码头结构在港口工程中的運用进行阐述，从而明确具体新型码头结构的优缺点及运用要点，从而满足港口工程的基本需求，综合提升港口工程的质量与安全，满足航运需求，推动航运发展。
参考文献：
[1]陈浩群，李武.新型结构在连云港港口工程中的应用[J]. 水运工程， 2013（10）：83-88.
[2]张海民.新型重力式码头在安徽内河港口工程中的应用[J].工程与建设， 2014（5）：647-649.
[3]陈峰. 新型重力式码头在工程中的应用[J]. 商品与质量， 2016（19）：48-49.
[4]张育林， 冯先导， 林红星，等. 无锚板桩新型施工码头结构的设计与应用[J].中国港湾建设， 2016，36（6）：29-31.
[5]高志伟，唐照评.疏排管桩新型码头结构的实际工程运用[J].中国港湾建设， 2015（4）：21-23.
[6]丁友林. 新型材料在港口工程中应用可能性的探讨[J]. 科技风， 2015（16）：147-147.
摘 要：港口工程是我国的重点工程项目，直接关系港口运输效率和港口安全。受到地质因素和现代航运要求，传统码头结构逐渐不能满足当前港口工程的基本需求，容易诱发安全隐患，不利于航运发展。故此，展开对新型码头结构的研究，并对新型码头结构在港口工程中的运用展开分析，旨在提升港口工程的质量与安全，发挥港口工程功能，推动航运的持续健康发展。
关键词：新型码头结构；港口工程；运用；重力式墩码头
中图分类号：TV3 文献标识码：B 文章编号：1006—7973（2018）01-0063-03
码头结构对港口工程的整体安全性与可靠性具有直接的影响，如果港口工程的码头结构出现问题，则会造成码头的整体安全问题。不同的地质类型和自然条件，会对码头的结构选择造成不良影响，如果选型失误，必然导致隐患。当前，新型码头结构的研究不断深入，各类码头结构得到不同程度的运用，需因地制宜，展开新型码头结构的选择。基于此，本文对新型码头结构的类型展开研究，并结合实例，对几种新型码头结构的应用实践展开研究，详细内容如下。
1 新型码头结构的简单概述
港口工程是关系到港口经济的关键，在具体的港口码头施工中，受到港口本身地质因素的影响，则造成传统码头结构无法适应。如果仍旧按照常规码头结构施工，必然会造成安全隐患，威胁码头的安全与稳定。现阶段，国内对新型码头结构的研究不断深入，各类新型码头结构不断应用到港口工程施工中。例如：桶式基础结构码头、重力式码头、双排大管桩码头等。
（1）桶式基础结构码头。该类码头结构的效果较为理想，可提高软土与结构的相互作用力，共同承担上部结构所传递的荷载，其具体优势较为明显。包括：①可工厂化预制，具体的施工中，可择取预制构件的方式展开施工，且水上工艺相对简单，无需运用繁琐的下沉工艺，不用借助大型水上船只，仅仅依靠排水排气能够完成施工，不会对环境造成污染。②施工周期相对较短，且建设中所需施工材料相对较少，资源利用率高，符合绿色施工的基本需求。③可借助充气的方式，将其拔出海面，可实现重复利用。桶式基础结构可作为一种新型的软基处理工艺，可有效提升淤泥地基的处理，使得地基的强度可得到保障，可广泛用于淤泥质海岸港口。
（2）重力式码头。当前，港口工程中，码头结构选择最多的结构为重力式结构。重力式码头主要是借助结构本身及填料的重力，保持结构的稳定，降低结构发生滑移和倾覆的风险。通常情况下，可将重力式码头分为沉箱码头、方块码头、现浇混凝土码头等。但是，重力式码头也存在一定的缺陷，由于其借助自身重力实现稳定，其对基础的承载能力要求相对较高。且由于大型化的特性，使得新型重力式码头容易出现质量问题。但借助有效的施工质量控制，可全面提升重力式码头的应用效果。
（3）新型双排大管桩码头。这类码头主要是借助预应力混凝土的大直径管桩，这类管桩具有良好的承载能力和抗弯强度，且抗腐蚀能力与耐久性较为理想，可广泛用于不同类型的港口工程施工中。
2 新型码头结构在我国港口工程中的运用
新型码头结构对改善港口工程的质量和安全具有十分积极的作用，推动港口工程发挥与航运发展。现针对上述三种新型码头结构为例，结合工程实例，对上述三种码头结构的运用展开研究，详细内容如下。
2.1 桶式基础结构码头的运用
对于桶式基础结构，本文结合连云港港口工程的基本情况，分析其具体运用实践。连云港是典型淤泥质海岸，且港口工程的自然环境复杂，为保障港口的建设，该港口工程中，对桶式基础结构码头进行运用，达到发挥淤泥质土特性，增强地基承载能力的目的。
2.1.1 桶式基础结构形式
桶式基础结构不同于大圆筒结构，且与吸附锚结构也存在明显差异。桶式基础结构可分为筒型结构与扶壁结构，如下图1所示，为桶式基础结构的剖面图。
这两种结构形式下部结构没有差异，且力学原理相同，均是借助壳体空间将软土封在体内，直接将外部荷载传递到结构底部。筒型结构形式运用盖板，将上部结构与下部结构连接，这种连接方式可以理解为刚性连接，而扶壁结构则是借助一个平面与基础桶盖接触，运用该平面，将所产生的水平力與竖向力传递到筒体，但不会传递弯矩。为保持扶壁结构的稳定性，具体扶壁结构构建中，运用压重与其重量实现稳定。在实际结构形式运用中，需结合因地制宜的原则，展开对结构形式的选择。
2.1.2 结构使用功能
在研究桶式基础结构形式后，对其具体功能展开研究。可将桶式基础结构分为防波堤结构和岸壁结构。在实际的港口工程施工中，如仅仅需求防波和减淤的能力，则选择桶式基础波堤结构，这样可顺利减轻波浪对港口的干扰。具体运用中，下部结构插入淤泥，但不进入土层。桶式基础岸壁结构，能承担水平土压力，需进入土层，结合位移情况展开设计，可使之适应土体蠕变。
2.1.3 应用实例
以连云港港口工程为例，对其具体运用展开研究。具体分为防波堤工程和港区岸壁工程。
（1）防波堤工程可分为东堤与西堤两个部分，其长度分别为12206.18m与9561.56m，借助详细的地质勘察工作，获取区域地质信息。得到淤泥层厚度8.5m，平均潮位下水深8m，现将防波堤设置在-3～5m的等深线。具体施工中，如果选择斜坡堤结构，不仅会导致服务年限降低，还会造成造价增高，不利于工程需求。故此，择取桶式基础防波堤结构，其可在降低成本的基础上，增强防波堤效果，较比斜坡防波堤，成本可以节省2.3亿元，工期缩减14个月，效果显著。
（2）岸壁工程中的运用。港区内择取环抱式防波堤掩护，可形成一个岸线长达33.5km的码头岸线。对于港区内的岸线，则选择桶式基础岸壁结构，在具体的施工中，运用这类码头结构，可节省工程造价10亿元。
由此可见，连云港码头运用新型桶式基础结构，其在适应连云港淤泥质土的基础上，可有效降低港口工程的工程造价，效果显著。
2.2 重力式码头结构的运用
重力式码头结构是当前码头建筑中使用较为普遍的码头结构，借助码头结构本身和填料的重力，规避结构滑移与倾覆。现本文结合某一具体港口工程对其运用展开研究。该工程二期设计年吞吐量100万t，三期设计140万t，设计最低水位17.5m，码头面高程26m。其地质资料中，③层粉质粘土qf为45，qR为1100，fak为180。通过详细对区域地质研究，得到港口未出现不良地质因素，稳定性、承载力良好，可展开重力式码头结构运用。
该港口工程，择取重力式码头结构，墙身与盖板均为现浇结构，墙身断面形式选择有底单层空心块体，界面形式为III字形，并间隔15展开变形缝设置，墙身厚度0.8m，底部壁厚0.8m，盖板厚度0.6m。选择混凝土垫层，厚度控制在0.15m。如下图2所示，为本工程具体的重力式码头结构图。
本工程选择重力式空箱结构，具有施工简单、快捷、造价低廉等特点，尽管会出现一些沉降和排水等问题，但比传统高框架结构的钻孔灌注桩施工，效果更为显著，适应本工程的基本需求。
此外，在具体重力式结构码头运用中，需展开有效的结构计算工作，具体的计算内容包括：自重力，船舶系缆力与撞击力、地基承载力、抗倾系如表1所示，为荷载及相关力的计算结果。
在具体施工中，结合具体地质条件和开挖方式，确认开挖高度，规避淤泥回淤。在底板和胸腔浇筑中，需注意裂缝处理，强化监控，保障结构稳定。为避免沉降和位移，施工过程中，需预留位移与沉降量，确保重力式结构码头的稳定可靠。
2.3 新型双排大管桩码头
这类结构具体运用中，先前后两排大管桩施工，设置钢连杆连接，给予分层抛沙，深层搅拌加固处理抛沙体与自然地基，从而达到加固目的。可分为三次回填砂，并给予有效加固。这类码头结构在具体运用中，具有其本身的特点，包括降低桩侧压力，促使港口工程可以在水深较大，吨位较大与地质条件相对较差的环境中运用，可有效降低施工成本，提升港口工程施工效率，很好的耐受港口腐蚀等效果。
针对新型双排大管桩码头可展开有效改进工作，促使新型双排大管桩码头的运用效果更为理想，具体的改进为：具体设计中，将阻滑作用纳入到整体稳定计算中，从而控制管桩间距。再考虑固体转动影响，控制嵌固点的选取。分析板桩内力，选择嵌固点法使同一结构用相同假定分析，减少相关计算工作量。
3 结束语
研究分析新型码头结构在港口工程中的运用，分别对重力式码头结构、桶式基础结构和双排大管桩码头结构展开研究，并结合实例，分别对各种新型码头结构在港口工程中的運用进行阐述，从而明确具体新型码头结构的优缺点及运用要点，从而满足港口工程的基本需求，综合提升港口工程的质量与安全，满足航运需求，推动航运发展。
参考文献：
[1]陈浩群，李武.新型结构在连云港港口工程中的应用[J]. 水运工程， 2013（10）：83-88.
[2]张海民.新型重力式码头在安徽内河港口工程中的应用[J].工程与建设， 2014（5）：647-649.
[3]陈峰. 新型重力式码头在工程中的应用[J]. 商品与质量， 2016（19）：48-49.
[4]张育林， 冯先导， 林红星，等. 无锚板桩新型施工码头结构的设计与应用[J].中国港湾建设， 2016，36（6）：29-31.
[5]高志伟，唐照评.疏排管桩新型码头结构的实际工程运用[J].中国港湾建设， 2015（4）：21-23.
[6]丁友林. 新型材料在港口工程中应用可能性的探讨[J]. 科技风， 2015（16）：147-147.
