港口码头工程结构设计要点

王宇春

【摘 要】 为保证港口码头工程建设的质量和结构的稳定性，合理的工程结构设计是关键。结合工程实例，通过对影响港口码头工程结构稳定因素的研究，认为港口码头工程结构设计应考虑结构可靠性、服务年限、耐久性、加固设计等因素，以确保港口码头工程质量，更好地为航运服务。

【关键词】 港口码头;工程结构;耐久性;可靠度

0 引 言

港口码头工程的结构是否稳定，直接关系到港口码头的服务能力和安全。港口码头工程的结构设计质量若无法得到保障，则会导致结构失稳，造成港口码头的服务能力不足，最终导致港口码头出现安全问题。为解决港口码头工程结构的安全问题，本文结合工程实例，开展港口码头工程结构设计要点研究。

1 工程概况

某港口码头工程概况：可利用岸线长度为300～400 m;港口区域年平均气温为22.2 ℃，最高气温为;年平均降水量为 mm，日最大降水量为337.9 mm，降雨主要集中在6―9月份，日降水量大于25 mm的天数年平均为27天;最大风速为36 m/s。

现拟建设3个泊位，设计通过能力为250万t，陆域纵深350 m，码头面顶高程5.8 m，底高程2.0 m。本工程结构设计选择梁板式高桩结构，并采用宽桩台设计，结构荷载包括永久作用和可变作用。

2 港口码头工程结构设计要点

按照ISO 2394标准的要求，结构设计应将从结构施工至后续服务中的环境条件因素纳入设计考虑之中。结构的任何一个状况都能体现结构所处的状态，为降低表征结构失效后的安全问题，结构设计应结合具体情况，考虑相应的变量设计和可靠度验算等方法。

结合工程实例分析，得出以下结论：

（1）在正常使用情况下，港口码头工程结构的持久性与服务年限具有关联性;

（2）港口码头工程结构包括短暂状态和异常状态。短暂状态如港口码头工程结构的短期维护中结构暴露或使用。异常状态是港口码头营运过程中常见的问题，发生事故的概率相对较低。结构设计使用年限与设计状况有关。短暂状态下可以按照极限承载力设计的方式，异常状态下应按照正常使用的方式进行设计。

港口码头工程结构设计策略应考虑以下4个方面的因素，以确保港口码头工程结构的安全性。

2.1 结构功能的可靠性

港口码头工程结构功能的可靠性应达到以下标准：（1）能安全承受码头施工期间和码头使用期间可能出现的各种作用力;（2）正常营运状态下，通过维护作业可保证结构的可靠性;（3）正常营运状态下，码头结构应具备良好耐久性;（4）事故发生时，码头结构应保持稳定，不至于损坏。

结构的可靠性可用可靠度进行描述，上述功能中（2）（3）项为可靠度描述。结合结构设计，通过软件模拟对结构可靠度进行分析。结构设计时，应确保承载能力，尤其是极限承载能力必须符合标准，以使结构在极限状态下能够正常使用而不发生损坏，从而保证结构功能的可靠性。

2.2 合理的服务年限

港口码头工程在结构设计时，应重视其服务年限的设计。服务年限的长短与结构可靠性和安全性直接相关。我国在对港口码头工程结构的质量控制中，针对行业内没有明确的设计服务年限规定的情况，明确要求在设计文件中标注服务年限，以保证结构的安全性、适用性和耐久性等在服务年限内符合要求。港口码头环境复杂，对结构的耐久性影响较大，在设计中必须考虑结构耐久性。实例中的港口码头将服务年限设定为50年，并采取相关防腐措施以增强结构的耐久性，保证其在港口服务年限内的可靠性。

2.3 结构功能的耐久性

航运业的发展对港口码头工程结构设计提出了更高的要求。为满足船舶大型化和专业化的需求，需要不断对港口码头工程结构进行优化和改进。在重力式码头设计上，采用开孔消浪沉箱和大直径薄壁钢筋混凝土结构等型式，并辅以爆炸夯实基础的新技术;在防波堤和导堤设计上，将新材料应用于斜坡堤的护面块体、宽肩台式抛石堤等处，以保护堤坝的生态环境。[1]

港口码头在运营过程中，对码头工程结构耐久性产生影响的因素主要是荷载和自然环境等，如果不能有效控制这些因素，则会对港口码头工程结构的安全性和稳定性产生影响。荷载对港口码头工程结构安全性产生直接影响;自然环境对港口码头工程结构的耐久性产生直接影响。自然环境因素对港口码头工程结构造成侵蚀损坏的过程极其缓慢而不易察觉，如果在港口码头工程结构设计时忽视自然环境因素，则会产生安全隐患。

耐久性设计的目的是增强结构的可靠性，避免在服务年限内在结构功能可靠性方面出现问题。海洋环境中的海水、大气中所富含的盐类物质对港口码头工程结构具有明显的腐蚀作用，影响结构的可靠性，最终使结构耐久性降低，产生安全隐患。混凝土结构是港口码头工程结构设计中常采用的结构，也是容易发生结构功能耐久性问题的部分。以混凝土结构功能耐久性为例。

在海洋环境中，混凝土结构不同部位受侵蚀情况。

可通过采用高性能混凝土等措施最大限度增强混凝土结构本身质量，以混凝土低渗透性减轻环境介质侵蚀，提高混凝土结构的耐久性。高性能混凝土的应用见表1。

钢筋结构易受到腐蚀，补充隔离保护措施有：（1）涂施保护层，即预先处理混凝土表面，清除表面杂物，按照规范均匀涂施底漆，然后进行腻子、中涂、面涂等施工;（2）外加电源或牺牲阳极阴极保护法，配合电化学法和物理方法。[2]

影响港口码头工程结构耐久性的其他因素还包括施工材料、施工过程、施工质量等，如果未采取全面的质量控制措施，也会产生安全隐患。

为实现港口码头的结构设计优化，实现对港口码头工程结构耐久度的控制，应综合考虑上述多种因素。[3]

2.4 工程结构加固设计

在港口码头工程结构设计时，应注重结构的加固设计，以避免码头在运营过程中出现结构不坚固的问题，综合提升结构可靠性。实例工程结构选用施工简单、物理力学性能良好的碳纤维布加固方式。

碳纤维布加固是使用黏合剂将碳纤维布粘贴于塑性较强的钢筋上，充分发挥碳纤维布的高强性能优势，达到加固的目的。[4]

3 港口码头工程结构可靠度分析

在具体结构设计中，可采用以下几种可靠度分析方法：

（1）一次二阶矩法。这种方法只需考虑泰勒公式展开的功能函数一次项、常数项等因素，且可以保障随机变量的独立性。这种计算方法简单易行，在工程设计中得到广泛应用。

（2）二次二阶矩法。这种方法能够优化一次二阶矩法。二次二阶矩法考虑交换项和随机变量的二次变换项等因素。这种方法能够完成对可靠度的分析，但实际应用中存在计算繁琐的缺点，效果不够理想，需要进一步完善。

（3）响应面法。计算机仿真技术的完善和有限元软件的开发利用，为结构可靠度分析提供了新方法。当极限状态方程数目大于1时，如果采用迭代法进行求解，则会增加计算的难度。使用响应面法时，假设一些基本变量与未知变量的关系表达，再进行未知参量的计算，不仅能完成可靠度分析，而且还能确保计算精度。

4 结 语

港口码头工程结构设计直接关系到港口码头的服务能力和安全性。本文对工程实例进行分析，认为合理的港口码头工程结构设计应注重码头结构功能的可靠性、服务年限、耐久性、牢固性等因素，以保障港口码头建设质量，更好地服务航运业。

参考文献：

[1] 刘晓锋，黄平华.港口重力式码头的工程建设研究[J].中国水运，2017（8）：51-52.

[2] 牛晓丹，沈奕.港口堆场混凝土铺面基层和面层的合理配置[J].中国水运（下半月），2017（7）：321-322.

[3] 閻新彬.港口码头工程的施工技术浅述[J].中国水运，2018（6）：70-71.

[4] 靳飞腾.港口码头工程结构设计的策略研究[J].工程技术， 2016（11）：87.