港口工程设计与施工

1、第7章 港口工程 港口是综合运输系统中水陆联运的重要枢纽，货物和旅客集散并变换运输方式的场地，它有一定面积的水域和陆域供船舶出入和停泊，可以为船舶提供安全停靠、作业的设施以及提供补给、修理等技术服务和生活服务。连云港港口古代港口工程港口的出现源于古代渔捞的开始。7000年中国河姆渡人前善使舟楫，依山傍水停舟成为港口原型，形成独特的百越文化。断发纹身，善舟楫，铸铜器，洗骨葬商周至春秋战国时期，起步和形成时期，风帆木板桥秦汉时期，风帆改进和船尾舵的出现秦始皇视察黄、腄、成山、芝罘和琅琊等港口徐福东渡唐朝鉴真东渡日本宋元，指南针在船上的应用，福建泉州港成为当时世界上最大的国际贸易海港（公元10世纪-

2、1368年）明朝，陈友谅战船、郑和下西洋国外海港和海运的发展以地中海为中心公元前332年，埃及亚历山大大帝建造了亚利山大港（公元前2世纪-公元10世纪为全球最大港）1368-1484年，威尼斯成为第一大港口，近代海运的发祥地。1100年，灯塔遭强烈地震的洗劫，仅残存下面第一部分，灯塔失去往日的作用，成了一座瞭望台，在台上修建了一座清真寺。1301年和1435年两次地震，塔全毁。 1484-1588年西班牙的巴塞罗那成为第一大港，工商业和文化中心，造船中心，开始殖民扩张近代港口工程水力学创始人之一阿基米德1870年，弗汝德进行船舶模型试验，提出弗汝德定律1885年，雷诺用潮汐水流模型研究水流运动

3、1936年，荷兰建造波浪水槽进行波浪爬高和越顶试验1952年中国试制第一台冲击式生波机1869年和1914年苏伊士运河和巴拿马运河相继完工18世纪伦敦港成为世界最大港口(1588-1894年)1894年，美国超英、德，工业产值第一，纽约港成为世界最大港（1894-1962年），二次世界，各大港口衰落，纽约港依旧繁华。清光绪二十四年，自行开放秦皇岛港，是目前世界最大煤炭输出港现代港口工程1、建材，理论研究（计算机，模型试验）、施工技术（工业化和大规模现代化）发展带动港口工程发展2、日本科教兴国，贸易立国，迅速崛起，横滨港成为世界第一大港（1962-1986）3、欧洲的长足发展使鹿特丹港成为世界最

4、大港，年吞吐量达3亿吨（1986-2005年)4、2005年后，上海凭借中国经济龙头的优势，一举成为世界第一大港口，宁波-舟山，广州港，天津港也已迈入世界前十大港口洋山深水港工程 洋山深水港工程是建设上海国际航运中心的核心，是第一个海岛港，是离上海港最近的深水港，而东海大桥作为洋山港区连接上海陆地的唯一通道，如同上海国际航运中心的一大“动脉”，在洋山港一期工程启动时，东海大桥的贯通，改写了上海不“上海”的历史。2005年12月，一期工程竣工。 港口工程建设 港口分类 按所在位置分海港河港湖港 按用途分商港军港渔港工业港避风港 按成因分天然港人工港一、港口规划与布置1、港口组成 水域：供船舶航行

5、、运转、锚泊和停泊装卸之用，要求有适当的深度和面积，水流平缓，水面稳静。(港口水域可分为港外水域和港内水域。港内水域包括港内航道 、转头水域、港内锚地和码头前水域或港池。在内河港口，为便于控制，船舶逆流靠离岸。当船舶从上游驶向顺岸码头时，先调头，再靠岸；当船舶离开码头驶往下游时，要逆流离岸，然后再调头行驶。为此，要求顺岸码头前水域有足够宽度。 ) 陆域：供旅客上下船、货物装卸、货物堆存和转载之用，要求有适当的高程、岸线长度和纵深。岸边建有码头，岸上设港口仓库、堆场、港区铁路和道路，并配有装卸和运输机械，以及其它各种辅助设施和生活设施。港口的特征参数1、港口深度：大型油轮码头10-20m2、码头

6、泊位数：装卸货物和上下旅客泊位以及辅助船舶和修船码头泊位3、码头线长度：泊位数和每个泊位长度，安全间距4、港口陆域高程：根据设计高水位加超高值确定，要求在高水位时不淹没港区。2、港口布置基本类型 自然地形的布置，可称为天然港；适用于疏浚费用不太高的情况。 挖入内陆的布置，为合理利用土地提供了可能性；在泥沙质海岸，当有大片不能耕种的土地时，宜采用这种建港型式。 填筑式的布置，如果港口岸线已充分利用，泊位长度已无法延伸，但仍未能满足增加泊位数的要求时可采用。突出式 挖入式Y形挖入式航道平行挖入式航道老港口增加人工港岛 天然港的建设天然离岸岛的建设 河口港的建设3、我国港口建设项目的建设程序预可行性

7、研究（项目建议书阶段） 主要任务是在踏勘、调研基础上，论证建设项目的必要性、可行性，在此基础上向国家提出建设项目立项的建议，即项目建议书。工程可行性研究 在预可和必要的测量、勘探的基础上对建设方案提出技术、经济的综合论证（二个方案以上）。 工程可行性研究，从各个侧面研究规划实现的可能性，把港口的长期发展规划和近期实施方案联系起来。工程可行性研究为近期建设方案服务，对项目进行技术经济论证和方案比较，通过不同方案的研究，找到投资少、建设工期短、成本低、利润大、综合效益最好的方案.工程可行性研究是确定项目是否可行的最后研究阶段，是编制设计任务书的依据，因此工程投资估算的精确度应控制在10以内。【一般

8、初步可行性研究投资估算精度控制为（2030）】，以后完成的设计概算若超出任务书投资的10，则必须重新立项编报任务书。 工程可行性研究主要研究内容包括：1 现状评价，提出加强薄弱环节的措施；2 预测运量发展，论述运输发展的经济合理性及建设项目的必要性与紧迫性；3 建设的合理规模；4 结合自然条件论证技术的可能性，提出推荐方案，同时论证各方案的优缺点及其对环境的影响；5 进行平面布置设计，确定项目范围、装卸工艺和设备、主要水工建筑工程；6 建设期的三通（水、电、路），征地拆迁和建材供应问题；7 施工条件与工期安排；8 企业组织管理和人员编制；9 投资估算及效益分析；10结论及建议。设计工作阶段（一

9、般为二阶段设计）初步设计：拟定方案，比较方案，推荐方案，编制初步设计说明书（为下一步设计提供一个提纲性的文件）。施工图设计：结构计算、绘图、编制施工图预算及施工组织设计。扩大初步设计（三阶段设计）：主要针对特殊工程，复杂的无经验的工程，局部的技术难关等。建设准备阶段包括征地拆迁，场地准备（三通一平），物资准备，招投标及报批开工日期等。建设实施阶段 概括为按合同条款、开工日期、设计要求、有关的各项技术标准、规范、施工组织设计及控制目标要求等，使工程达到竣工标准。竣工验收阶段 由业主、承包商、监理、质检、设计、施工等各方验收各分部的工程质量及项目的实际生产能力和效益。4 、设计前的资料收集工作自然

10、条件资料 包括地形、地貌资料、地质资料、水文气象资料及河床演变资料等。（码头型式选择，码头选址及平面布置）技术、经济资料 货种、货物规格及包装形式，年不均衡系数，入库场系数、设计船型尺寸、空载满载吃水、排水量等。（码头总平面布置、装卸工艺、库场面积等）使用条件和施工条件 正确选择结构上的作用（载荷），结构型式，使用的构造要求。满足业主的使用要求。施工单位的设备，能力和施工水平。我国大陆海岸线约18000km；大小岛屿6500多个， 岛屿岸线约14000km；流域面积在100km2以上的江河5700余条，总长430,000km；二、我国港口建设概况新中国筑港事业开始的标志：1952年天津新港的修

11、复和开港；我国自行设计施工的第一座大型港口：1956年，湛江港；我国港口、航道建设进入新时期：1973年周总理：三年改变港口面貌。党的十一届三中全会以来，我国沿海主要港口在大型化、机械化和专业化方面步入世界先进水平：到1995年底，拥有深水泊位400多个，总吞吐能力超过7亿吨。 40多年来，港口水工建筑物（码头）的结构型式有了很大的变化： 短桩小跨、实体重型、就地浇注、长桩大跨、空心轻型、预制安装重大技术技术成就和具有国际水平的创新成果：大型格型钢板桩码头结构、大直径预应力砼管柱（武汉外贸码头）和大园筒的应用等。问题： 目前我国自然条件较好的海湾和海岸已基本用完，今后筑港更多地处于各种复杂的条

12、件下，或浪高流急或海滩平缓或地基松软等，同时在适应新的装卸工艺，提高装卸效率，综合利用水资源等方面也对港口水工建筑物的建设提出了新的要求。连云港港口水工建筑物是港口的重要组成部分,一般包括：码头(Quay)防波堤(Seawall)护岸(Retaining Wall)船台滑道(Slipway & Slideway)船坞(Dock)等三 港口水工建筑物1、码头：供船舶系靠、装卸货物或上下旅客的建筑物的总称。码头的分类1.按用途分类 货运码头 客运码头 工作船用码头 渔码头 军用码头等. 2、按平面布置分类顺岸式：满堂式、引桥式。突堤式：窄突堤、宽突堤。（主要用于海港）墩 式：常用于外海开敞式码头岛

13、 式：不设引桥的墩式码头，主要用于装卸液体货物。 3、按断面形式分类直立式：多用于水位变幅不大的港口，如海岸港、河口港。斜坡式：多用于水位变幅较大的港口，如上、中游河港或水库港。半斜坡式：适用于枯水期较长而洪水期较短的山区河港。半直立式：适用于高水位时间较长，而低水位时间较短的情况，水库港。4、按地理位置分类海港，河港，水库港，河口港等对水位差8m以下的货运的货运码头，宜建直立式；对水位差817m的件杂货码头，主要采用直立式，对散货码头主要采用斜坡式；对水位差17m以上，以建斜坡式为主，也可因地制宜建一些其它形式。港口工程规范4、按结构型式分类 实体式（重力式，板桩式），透空式，混合式。重力式

14、工作原理：是依靠结构本身及其上面填料的重量来维持稳定。优点：耐久性好，能抵抗大船、漂浮物的撞击，对超载、工艺变化适应能力最强。缺点：波浪反射严重，泊稳条件差，地基应力大，一般须作抛石基床。适用条件：地质条件较好的地基。板桩式工作原理：依靠板桩入土部分的侧向土抗力和安设在板桩上部的锚碇结构来维持稳定。优点：耐久性好（相对），结构简单，材料用量少，便于预制，可以先打桩，后开挖港池。缺点：波浪反射严重，泊稳条件差，对钢板桩需采取防锈措施，增加费用，对开挖超深反应敏感（应预留0.5m）。适用条件：能打板桩的地基，万吨级以下的泊位，适用于有掩护的海港。透空式工作原理：通过桩台将作用在码头上的荷载经桩基传

15、给地基。优点：波浪反射小，泊稳条件好，砂石用量少，对开挖超深适应能力强。缺点：对地面超载、工艺变化的适应能力差，水平承载能力低，耐久性差，须设叉桩（大直径管柱例外）。适用条件：软土地基。寸滩集装箱码头结构图架空斜坡式长江万州红花地码头混合式 根据当地的地质、水文、材料、施工条件和码头的使用要求，也可采用各种不同型式的混合结构。如：前板桩高桩码头，后板桩高桩码头，透空重力式结构等。码头的组成部分 、上部结构的作用 直接承受船舶荷载和地面使用荷载，并将这些荷载传给下部结构、将下部结构的构件连成整体、设置码头设施，如防冲设施、系船设施等。、下部结构的作用 支承上部结构，形成直立岸壁、将作用在上部结构

16、和本身上的荷载传给地基。、码头设备 用于船舶的系靠和装卸作业等。2、防波堤 防波堤：为港口提供掩护条件，阻止波浪和漂沙进入港内，保持港内水面的平稳和所需的水深，同时，兼有防沙、防冰的作用，堤的内侧可兼作码头，或安放系锚设备，供船舶停靠，节省投资。 防波堤的型式按平面形式分 突堤：一端与岸连接,另一端伸向海中，组成港口的口门。 岛堤：两端均不与岸相连，位于离岸一定距离的水域中，设有堤根，只有堤头和堤身。 按断面结构分类 斜坡式：由堤心石，护面，护底组成（一般）。 优点、消浪功能好，波浪大部分不反射；、对地基承载要求不高，损坏后易修复；、施工容易，一般不需大型起重设备，便于就地取材；缺点、护面块石

17、易被波浪冲走，需经常维修，增加后期费用；、堤两侧不能直接作系靠船舶的码头之用。适用范围 适用于水深不大（2028），地基承载能力有限的情况。 若作直立式：地基承载力不够； 若作斜坡式：材料用量太大（斜坡堤材料用量大致与水深的平方成正比。 缺点 、确定斜坡顶标高，要经济，技术比较 、论证方案稳定性，需作模型试验，增加设计费用，延长设计时间。 特殊形式的防波堤 理论和试验研究表明，波浪能量大部分集中在水体表面，在表层23倍波高范围内集中在水体表面，在表面23倍波高范围内集中9098的能量，因此产生了适应波能这一特殊形式的防波堤。 透空防波堤 优点：比较经济，施工也容易 缺点：不能阻止泥沙进入，不能

18、减少水流对港内水域的干扰。 适用条件：水深较大，波浪小，无防砂要求的水库港，湖泊港等。 浮式防波堤 由有一定吃水的浮涵或浮排和锚系组成。 A、优点 不受水深，地质条件限制；易拆除，易修建，较经济。 B、缺点 锚链设备复杂，可靠性差，易走锚，不能阻止泥沙进入港内，不能减少水流对港内水域的影响。 C、适用条件 波陡大，水位变幅大的渔港或作临时防护。 喷气式，喷水式防波堤 原理：使波长变短，波陡变大，直到波浪破碎，消耗波能。 优点：施工简单，基建投资少，安装，拆迁方便。 缺点：动力消耗大，运输费用高。 适用：围堰施工，打捞沉船及临时的装卸作业。 防波堤的类型斜坡式直立式混合式透空式浮式喷气消波设备喷

19、水消波设备营口港鲅鱼圈滚装码头护岸工程 1996年竣工的珠海电厂5万t码头防波堤，堤长1,400m为抛石斜波堤四脚空心块护面结构。 3、护岸建筑 护岸方法 一类是直接护岸，即利用护坡和护岸墙等加固天然岸边，抵抗侵蚀。 一类是间接护岸，即利用在沿岸建筑的丁坝或潜堤，促使岸滩前发生淤积，以形成稳定的新岸坡。 直接护岸建筑：斜面式护坡、直立式护岸墙、混合式护岸墙断面图护坡和护岸墙的混合结构 间接护岸建筑 潜堤：利用潜堤促淤就是将潜堤布置在波浪的破碎水深以内而临近于破碎水深之处，大致与岸线平行，堤顶高程应在平均水位以下，并将堤的顶面作成斜坡状，这样可以减小波浪对堤的冲击和波浪反射，而越过堤顶的水量较多。 丁坝：自岸边向外伸出，对斜向朝着岸坡行进的波浪和与岸平行的沿岸流都具有阻碍作用，同时也阻碍了泥沙的沿岸运动，使泥沙落淤在丁坝之间，使滩地增高，原有岸地就更为稳固。港口工程与人类生存的关系港口工程与资源：岸线是一种