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基于水运工程重力式码头设计施工的研究
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 设计施工 研究 重力式码头
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。
1、重力式码头设计组成
1.1重力式码头特点
重力式码头主要由基础、墙身、胸墙、棱体、倒滤层、回填料、面层、码头设施等部分组成。重力式码头的优点是由混凝土工艺筑造而成，其岸壁具有耐久性高、结构坚固牢靠等优点，一般情况下不需要维修。但是重力式码头主要依靠自身的重力来维持码头的稳定，所以重力式码头主要适用于岩石、坚硬粘土和砂质等地基类型，在砂石料较容易获得的地方，重力式码头的造价相对要便宜一些。因此，重力式码头的缺点就是砂石用量较大，墙前波浪反射较大。
1.2重力式码头设计条件
在良好的地基上，例如：岩基、砂土、密实的粘土等地基是重力式码头修建的最佳选择。重力式码头的设计条件需要考虑四个方面，首先是自然条件，其中包括水文中的潮位、波浪、风、冰等条件，地质中的地形、地质、地震等因素。其次是使用要求，需要考虑泊位的吨级、船舶的尺度、装卸的工艺、作业的要求、水电的供应、环保消防等使用要求。再次是材料的来源，其中包括：块石、回填料、材料单价等。最后是施工条件，包括预制场、船机、作业天数以及工期等。重力式码头的设计需要考虑到自然环境问题，码头的具体使用要求问题，码头的建筑材料问题以及施工条件，只有做好充分的实地调查研究和准备工作，才能保证重力式码头能够科学合理的设计，保证重力式码头的施工质量。
1.3重力式码头结构
重力式码头按照墙身结构划分可分为：方块码头、沉箱码头、扶壁码头、圆筒码头四种形式。方块码头的特点是结构坚固具有持久性，施工比较简单，维修量较小，钢材需要量小，除卸荷板外其他部位基本不用。但是方块码头的水下安装工作量较大、整体性较差、砂石料等材料的用量较大;沉箱码头的特点是施工速度快，整体性较好，水上安装工作量小，材料费用较小。但是沉箱码头的耐久性较差，钢材用量较大，同时需要有预制场和大型设备;扶壁码头的特点是混凝土和钢材用量少，不需要有预制场和下水设施，水下安装量小，施工速度快。但是施工期抗浪性较差，整体性较差;圆筒码头的特点是结构简单，受力条件好，钢材混凝土用量少。但是耐久性较差，需要大型船机等设备。
2、重力式码头设计标准要求
2.1设计标准
重力式码头的设计施工必须要按照《重力式码头设计与施工规范》(JTJ290-98)、《海港水文规范》(JTJ213-98)与《港口工程荷载规范》(JTJ215-98)、《港口工程地基规范》(JTJ250-98)及《港口工程混凝土结构设计规范》(JTJ267-98)的要求进行设计和施工，以此保证重力式码头的科学设计、合理施工。
2.2设计参数
设计潮位可参照设计高水位、设计低水位、极端高水位以及极端低水位。设计波浪施工期考虑5-10年，重现期50年。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%。设计离泊风速的情况是在港内取 V=22m/s。紧急离泊波高要根据码头、船舶、拖轮等进行综合确定。一般情况取H=1.5～2.0m。船舶的法向靠岸速度要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》要求选取。地震设计烈度要采用《中国地震烈度区划图》规定的基本烈度作为设计烈度，但是在采用高于或低于基本烈度作为基本参照时，需要有关部门进行审核批准。地基土物理力学指标，需要对建筑材料、回填材料的物理力学指标进行检测，检测合格后才能确定。码头水深、顶面高程等总体布置参数，以及码头工艺布置尺度及荷载也是码头设计施工的重要参数。
3、重力式码头结构建设
3.1基槽开挖准备
在基槽开挖之前，为保证基槽内的水位低于基槽开挖的底面，要在基槽开挖的边缘建设泵站，泵站建好以后在港口的轮渡上和检修的码头上，进行围堰填筑以及钢板桩的打设工作，此外为便于基槽的开挖需要做出一条施工通道。
3.2基槽开挖
基槽的开挖施工采用石渣和其他材料在基槽内进行通道的铺设，使用挖掘机进行土方开挖施工，随时测量基槽的标高和位置对发现问题要及时解决。
3.3基床抛石处理
使用挖掘机和运送石料的卡车进行基床抛石施工，施工过程要保证基床的平整。
3.4基床夯实处理
按照相关规范设计要求，基床做夯实处理前要确定好基床的长宽比，夯实完成后进行平整，并进行砼垫层工程施工。
4、重力式码头施工
4.1基槽回淤控制方法
基槽挖泥的施工船型要认真选择，开挖的深度和宽度要依照相关规范要求进行，对基槽开挖施工工序要进行及时的验收，以此保证基槽的平面位置的正确性和合理性。基槽施工中的回淤问题需要引起重视，并及时进行疏通，保证基槽施工的顺利进行。基槽开挖工作结束后要进行抛石平整，对回淤的沉积物进行及时的清理。
4.2轨道位移、沉降控制
码头施工中，对轨道位移和沉降要进行认真仔细的研究和分析，为码头留出一定的沉降和位移量，施工人员要及时了解基槽内的沉积物厚度和含水量，防止轨道位移和沉降的发生。在实际的使用中，轨道位移和沉降是避免不了的，因此要在施工中，利用比较容易调整的轨道，通过调整轨道尽量减少轨道位移和沉降的发生。
4.3抛填棱体顶高程偏低质量控制
设计人员和施工人员能否进行良好的沟通和配合，关系着工程施工的质量和进度。因此施工人员和设计人员要进行良好的沟通和协调，根据工程的实际情况和棱体材料的情况进行设计和施工。施工中可以适度调高顶高程的高度，这样可以大大降低胸腔施工的难度，提高工作效率，保证施工顺利进行。同时，在码头投入使用后的作业过程中，由于顶高程高度的调高提升了码头的整体减压效果。
5、结束语
随着我国重力式码头的不断发展，各类新技术的不断出现，对重力式码头的建设提出了更高的要求。重力式码头在设计和施工过程中，各种问题不断出现，所以需要在实践中不断的总结和提炼经验，同时对重力式码头的设计施工进行深入的研究，以此促进我国重力式码头设计和建设水平的不断提高，推动我国的港口运输和经济不断的发展。
参考文献：
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