港口碼頭工程設計關鍵技術與工程建設發展趨勢分析

蔣虎

（江蘇鹽城港港灣建設集團有限公司，江蘇鹽城 224100）

0 引言

隨著全球貿易的不斷發展，港口碼頭工程的需求量和規模也越來越大。為了保證港口碼頭工程的整體施工質量和施工效率，施工單位必須在建設過程中將項目的特性與相關工藝要點進行有效結合。這就要求施工單位必須具備豐富的實踐經驗和專業知識，以便在實際施工中能夠靈活應對各種問題。為了解決港口碼頭施工建設中的技術重點、難點問題，必須重視技術創新和工程研發，確保工程質量和施工效率，在實際施工中，施工單位要重視施工管理和安全生產，保證港口碼頭工程的施工質量和施工效率。此外，施工單位還要根據項目的特性和規模，合理調配人力資源和物資資源，以確保整個施工過程的順利進行。

1 碼頭施工概況介紹

1.1 碼頭施工特點

港口碼頭工程建設對施工技術和設備的要求極高，因為大部分工程主體是水上、水下作業，需要特殊的施工技術和設備來完成，施工過程中，需要考慮到潮水、寒流、臺風等海上作業環境因素，以確保工程質量。同時，港口碼頭工程施工流程非常復雜，需要綜合應用多種工程施工技術，如鋼筋混凝土、預制構件等技術以完成建設任務。為了提升施工質量，現代港口碼頭工程建設需要應用先進施工技術。例如，鋼筋混凝土現澆樁加強樁的施工質量管控，提高工程樁基礎的承載力和穩定性。此外，還需要使用現代建筑設備，如塔吊、起重機等，以加快施工進度。為了完成大規模的建設任務，需要借助多種施工技術和設備。例如，可以借助BIM和數字孿生等，以提高工程設計和施工過程中的效率和質量。

在水下作業環境中，施工時需要小心謹慎，確保不受風浪、水流及潮水的影響。使用先進的水下施工設備和技術，如水下攝像設備以及部分潛水作業等，可以有效地避免水下作業中的安全問題，提高施工效率和質量。

1.2 碼頭施工結構構成

港口碼頭工程的施工建設是一個非常復雜的過程，它包括主體工程和附屬工程兩個部分。主體工程是指港口碼頭的基礎工程，包括水上和水下施工環節，需要采用不同的施工技術。港口碼頭的結構主要有高樁碼頭、重力式碼頭及其他結構。高樁碼頭的主要特點是樁柱較高，能夠承受較大的荷載，重力式碼頭是由混凝土塊組成的，具有較好的穩定性和耐久性。

在港口碼頭工程施工中，碼頭前半部分需要承受較大荷載，尤其在安裝機械設備時要求施工穩定性非常高。所以，施工方需要采取一系列措施來確保施工的安全和穩定性，如采用高強度材料、加強支撐等。港口碼頭工程的附屬工程也非常重要，包括泊位、貨場、堆場等。這些附屬工程的建設需要與主體工程相互配合，確保整個港口碼頭工程能夠正常運營。

1.3 碼頭結構形式的選擇原則

港口水工建筑物是各港口的重要組成部分，碼頭所承受的外界荷載較多，其中包括：恒荷載、使用荷載、動水壓力、寒流、臺風等，碼頭結構形式應結合自然環境、碼頭建筑使用年限以及載重要求三因素決定。我國沿海各港區的潮差都有差異，每個港區應結合自身的潮水變化及自然條件，選擇適應的碼頭結構形式，同時也需要考慮各港區受寒流、臺風等外來因素的影響。因潮水變幅較大，為卸去波浪對碼頭樁基基礎的水壓力，可采用波浪放射小、對水流影響小的梁板式高樁碼頭；當潮水變幅較小、淤積量較小時多采用重力式或墩式碼頭。

2 港口碼頭工程設計關鍵技術

2.1 土擋埝的施工工藝

袋裝土擋埝是一種常見的防洪措施，施工的質量和正確性關系到后期項目能否順利進行，因此需要嚴格按照圖紙要求進行建設施工。

在施工過程中，首先需要確定袋裝土擋埝軸線和邊線位置，這可以通過使用GPS或全站儀進行實際測量來完成。軸線和邊線的位置決定了后續建設的正確性和穩定性，如果位置不準確，可能導致后期工作的困難和不可預測的問題。在軸線和邊線的位置確定之后，需要對其進行標記，才可以進行下一個施工環節。

施工過程中不僅要嚴格按照圖紙要求進行建設，還要注意細節問題，例如施工過程中的保護措施、施工材料的質量問題等，這些都會直接影響到袋裝土擋埝的穩定性和使用壽命。

2.2 沉箱施工工藝

沉箱施工技術是一種有效防止水壓產生的技術，廣泛應用于船舶、橋梁和碼頭建設等領域，為了保證沉箱施工技術的應用質量，需要對各個施工環節進行管控。在沉箱施工過程中，需要先完成沉箱的封艙蓋板，然后使用吊運設施將沉箱提升至方駁上，再通過駁船運輸至安放區域。在安裝前，需要確認機床頂面和構件的型號大小是否符合要求，以確保沉箱能夠正確安裝[1]。除此之外，全面核實信息內容也是保證沉箱安裝質量的重要環節，在安裝過程中，需要核實沉箱的尺寸、重量、水平度和垂直度等信息，確保沉箱的安裝質量達到標準要求。

2.3 沖擊鉆孔樁工藝

在進行碼頭施工時，樁基的建設非常關鍵，樁基主要是將海堤與線橋聯系在一起，確保碼頭的穩定性，同時為后續的港口建設奠定良好的基礎。在樁基建設中，采用鉆孔灌漿的工藝可以將樁基與海堤真正連接為一體，為后續的港口建設奠定良好的基礎，該工藝具有施工簡單、施工效率高、質量可靠等優點，因此廣泛應用于碼頭建設中。碼頭的穩定性對后續的建設順利進行至關重要，會影響到碼頭的正常使用。

在進行樁基建設時，需要使用大型機械臂對水下的黏土層進行沖擊形成一個大小合適的孔洞，并進行回填，且至少需要進行3次回填。在樁基建設中，還需要使用起吊機進行鋼護筒的安放，鋼護筒是用于保護樁身的一種材料，它的安放需要保證準確度和安全性。

2.4 碼頭沉箱的預制

碼頭沉箱承擔著支撐碼頭結構、保護港口安全的重要功能。沉箱的預制方式有多種，包括滑道式、橫縱移式、船塢式、吊放式和挖掘式。不同的方式適用于不同的施工環境和工程要求。比如，滑道式適用于充分利用建筑物、坡道等結構完成預制工序，橫縱移式適用于低矮空間無法進行滑道施工的情況，船塢式適用于較大規模的碼頭建設等。沉箱的預制工序主要包括模板工程、鋼筋工程和澆筑與養護混凝土工程。模板工程是沉箱預制的第一步，通過搭建模板和支撐結構來確定沉箱的形狀和尺寸。鋼筋工程是為了增加沉箱的強度和穩定性，根據設計要求進行鋼筋的布置和焊接。而澆筑與養護混凝土工程是最關鍵的一步，通過將混凝土澆筑到模板中，并進行養護和固化，使沉箱具有足夠的強度和承載能力。

在澆筑混凝土時，一般的順序是先澆筑底板，然后是一側壁和隔墻。如果沉箱較高，則可以采用分層澆筑的方式，即先澆筑下部分，待其達到一定強度后，再進行上層部分的澆筑。這樣可以避免上層混凝土對下層的壓力過大，確保沉箱整體的穩定性。拆模工作必須在混凝土達到足夠強度后進行，通常需要養護時間大于10d。拆模時要小心謹慎，以免對沉箱結構造成損壞。拆模后，還需要進行必要的檢查和修補，確保沉箱的質量和完整性。

3 港口碼頭工程技術難點及對策

3.1 鋼板樁施工

在鋼板樁施工過程中，保證傾斜率是該工程技術的一個難點。在施工過程中，需要嚴格按照控制點安裝鋼板樁導向架，確保鋼板樁能夠正確地垂直于地面，在鋼板樁下口加大1～4cm的同時，可以將其做成小角度楔形樁。這樣操作后，楔形樁就能有效避免鋼板樁沉樁時順打樁方向樁傾斜度的出現，從而提高施工效率和質量。

3.2 胸墻建設的施工

胸墻建設是一項重要的基礎設施建設，但是在胸墻建成后，墻后回填會引起胸墻位移和鋼拉桿受力均勻與否的問題，這是保證施工質量和安全的一個難點與關鍵。對于這個現象需要采取一系列的對策措施，例如，可以采用分層回填的方法，即將回填土按照一定層次分批進行填充，每次填充后進行壓實和檢查，以確保胸墻不會因為回填土的壓力而發生位移。還可以設置觀測點，對胸墻的位移和鋼拉桿的受力均勻性進行實時監測，以便及時發現和處理問題。通過對胸墻的變形趨勢進行分析和預測，及時采取措施，保證胸墻的穩定性和安全性[2]。

4 港口碼頭結構的發展趨勢

4.1 需建造一批現代化的港口碼頭，滿足擴大市場需求

隨著我國西部經濟的不斷發展，東西部地區之間的物資交流以及對外貿易規模不斷擴大，這也使大量適箱貨物需要通過集裝箱運輸來完成，隨著集裝箱化率的提高，集裝箱運量必將迅猛增長。但是，很多現有的港口碼頭已經難以滿足貨運量特別是集裝箱運輸快速增長的需求。為了滿足不斷增長的物流需求和推動西部地區經濟的持續發展，一方面，需要進一步建造現代化的港口碼頭。在新建港口碼頭的過程中，需要充分考慮到環境保護和生態平衡的因素，以及對周邊居民和生態環境的影響。同時，還需要注重節能減排、科技創新等方面的要求，盡可能地減少對環境的負面影響。另一方面，隨著新港口碼頭的投入使用，將有力促進西部地區經濟的發展，提高東西部地區物資交流和對外貿易規模，同時也會帶來更多的就業機會和經濟效益。而對于物流行業來說，新港口碼頭的建設將進一步提高集裝箱運輸的效率和便捷性，為物流行業的發展提供更好的基礎設施。

4.2 改建或重建現代化碼頭，適應運輸方式的需求

近年來，隨著國際貿易的不斷增長，船舶運輸行業也在不斷發展壯大。為了適應市場需求，船舶向著大型化、專業化方向發展。同時，貨物運輸也采用了更加高效的集裝箱方式，不僅能夠提高運輸效率，還能降低成本、減少損耗。隨著航運業的發展，原有的斜坡式碼頭已經不能適應現代化的需求，這種碼頭在裝卸貨物時存在許多缺陷，例如操作不靈活、裝卸效率低下等，這就亟須改建或重建現代化碼頭，以滿足市場的需求?，F代化碼頭具有許多優點，例如操作靈活、裝卸效率高、安全性能好等，這種碼頭可以更好地適應船舶的大型化、專業化需求，也可以更好地適應集裝箱運輸的需求?，F代化碼頭還可以提高港口的競爭力，促進經濟發展。改建或重建現代化碼頭，是需要投入大量的資金和人力資源的，以及制訂科學合理的規劃方案，確保改建或重建過程中的安全和效率，并取得良好的經濟效益。

4.3 增加投資資金，對碼頭結構升級擴建

過去由于資金缺乏，許多港口選擇建造造價相對較低的斜坡式碼頭，這種碼頭的優點是可以在狹窄的海岸線上建造，而且建造成本相對較低。但是這種碼頭缺點也很多，如裝卸效率較低，只能適應一些小型貨物的裝卸，并且難以進行擴建和升級。近十多年來，隨著經濟的快速發展和融資渠道的多樣化，資金不再是主要制約因素，許多港口開始考慮如何選擇合適的碼頭結構來滿足高效率的裝卸要求和未來發展的需要，因此，選擇碼頭結構已經成為許多港口進行升級和擴建的重要因素[3]。在選擇碼頭結構時，港口會考慮貨物類型、裝卸要求、海岸線條件、未來發展規劃等，選擇可以進行擴建和升級的碼頭結構，以適應未來的發展需求。

4.4 優化裝卸工藝效率

直立式碼頭和斜坡式碼頭是兩種常見的碼頭類型，它們有著各自的優缺點，直立式碼頭由于機械設備位于固定的位置，因此不受水位和風浪的影響，具有高效率和大吞吐量的優點，貨物可以直接從船舶卸下，再通過機械設備轉運到碼頭上。與斜坡式碼頭相比，直立式碼頭不需要額外的運輸環節，因此裝卸效率更高、成本更低。斜坡式碼頭是將裝卸機械設在躉船上的一種碼頭類型，由于機械設備隨著船舶移動，因此易受水位和風浪的影響。另外，斜坡式碼頭多了一個斜坡運輸環節，需要將貨物從船舶上移至斜坡上，再通過機械設備轉運到碼頭上。這種額外的運輸環節使得斜坡式碼頭的裝卸效率較低、成本較高、吞吐量也較小[4]。因此，應根據不同碼頭的裝卸效率進行裝卸工藝類型優化。

5 結語

隨著港口碼頭工程的不斷發展，施工技術的應用已成為關鍵點，為了確?？傮w施工質量，需要持續提升技術使用熟練程度。目前，直立式碼頭的優越性逐漸顯現，成為港口發展的趨勢。直立式碼頭提高了港區陸域面積和碼頭泊位利用率，減少船待港時間，降低裝卸成本，充分發揮港口綜合效益。在未來發展中，港口碼頭的設計將能夠適應港口國民經濟發展，能夠適應港口船舶的進出口需求以及適應不同的天氣條件。