港口码头工程设计关键技术与工程建设发展趋势分析

蒋虎

（江苏盐城港港湾建设集团有限公司，江苏盐城 224100）

0 引言

随着全球贸易的不断发展，港口码头工程的需求量和规模也越来越大。为了保证港口码头工程的整体施工质量和施工效率，施工单位必须在建设过程中将项目的特性与相关工艺要点进行有效结合。这就要求施工单位必须具备丰富的实践经验和专业知识，以便在实际施工中能够灵活应对各种问题。为了解决港口码头施工建设中的技术重点、难点问题，必须重视技术创新和工程研发，确保工程质量和施工效率，在实际施工中，施工单位要重视施工管理和安全生产，保证港口码头工程的施工质量和施工效率。此外，施工单位还要根据项目的特性和规模，合理调配人力资源和物资资源，以确保整个施工过程的顺利进行。

1 码头施工概况介绍

1.1 码头施工特点

港口码头工程建设对施工技术和设备的要求极高，因为大部分工程主体是水上、水下作业，需要特殊的施工技术和设备来完成，施工过程中，需要考虑到潮水、寒流、台风等海上作业环境因素，以确保工程质量。同时，港口码头工程施工流程非常复杂，需要综合应用多种工程施工技术，如钢筋混凝土、预制构件等技术以完成建设任务。为了提升施工质量，现代港口码头工程建设需要应用先进施工技术。例如，钢筋混凝土现浇桩加强桩的施工质量管控，提高工程桩基础的承载力和稳定性。此外，还需要使用现代建筑设备，如塔吊、起重机等，以加快施工进度。为了完成大规模的建设任务，需要借助多种施工技术和设备。例如，可以借助BIM和数字孪生等，以提高工程设计和施工过程中的效率和质量。

在水下作业环境中，施工时需要小心谨慎，确保不受风浪、水流及潮水的影响。使用先进的水下施工设备和技术，如水下摄像设备以及部分潜水作业等，可以有效地避免水下作业中的安全问题，提高施工效率和质量。

1.2 码头施工结构构成

港口码头工程的施工建设是一个非常复杂的过程，它包括主体工程和附属工程两个部分。主体工程是指港口码头的基础工程，包括水上和水下施工环节，需要采用不同的施工技术。港口码头的结构主要有高桩码头、重力式码头及其他结构。高桩码头的主要特点是桩柱较高，能够承受较大的荷载，重力式码头是由混凝土块组成的，具有较好的稳定性和耐久性。

在港口码头工程施工中，码头前半部分需要承受较大荷载，尤其在安装机械设备时要求施工稳定性非常高。所以，施工方需要采取一系列措施来确保施工的安全和稳定性，如采用高强度材料、加强支撑等。港口码头工程的附属工程也非常重要，包括泊位、货场、堆场等。这些附属工程的建设需要与主体工程相互配合，确保整个港口码头工程能够正常运营。

1.3 码头结构形式的选择原则

港口水工建筑物是各港口的重要组成部分，码头所承受的外界荷载较多，其中包括：恒荷载、使用荷载、动水压力、寒流、台风等，码头结构形式应结合自然环境、码头建筑使用年限以及载重要求三因素决定。我国沿海各港区的潮差都有差异，每个港区应结合自身的潮水变化及自然条件，选择适应的码头结构形式，同时也需要考虑各港区受寒流、台风等外来因素的影响。因潮水变幅较大，为卸去波浪对码头桩基基础的水压力，可采用波浪放射小、对水流影响小的梁板式高桩码头；当潮水变幅较小、淤积量较小时多采用重力式或墩式码头。

2 港口码头工程设计关键技术

2.1 土挡埝的施工工艺

袋装土挡埝是一种常见的防洪措施，施工的质量和正确性关系到后期项目能否顺利进行，因此需要严格按照图纸要求进行建设施工。

在施工过程中，首先需要确定袋装土挡埝轴线和边线位置，这可以通过使用GPS或全站仪进行实际测量来完成。轴线和边线的位置决定了后续建设的正确性和稳定性，如果位置不准确，可能导致后期工作的困难和不可预测的问题。在轴线和边线的位置确定之后，需要对其进行标记，才可以进行下一个施工环节。

施工过程中不仅要严格按照图纸要求进行建设，还要注意细节问题，例如施工过程中的保护措施、施工材料的质量问题等，这些都会直接影响到袋装土挡埝的稳定性和使用寿命。

2.2 沉箱施工工艺

沉箱施工技术是一种有效防止水压产生的技术，广泛应用于船舶、桥梁和码头建设等领域，为了保证沉箱施工技术的应用质量，需要对各个施工环节进行管控。在沉箱施工过程中，需要先完成沉箱的封舱盖板，然后使用吊运设施将沉箱提升至方驳上，再通过驳船运输至安放区域。在安装前，需要确认机床顶面和构件的型号大小是否符合要求，以确保沉箱能够正确安装[1]。除此之外，全面核实信息内容也是保证沉箱安装质量的重要环节，在安装过程中，需要核实沉箱的尺寸、重量、水平度和垂直度等信息，确保沉箱的安装质量达到标准要求。

2.3 冲击钻孔桩工艺

在进行码头施工时，桩基的建设非常关键，桩基主要是将海堤与线桥联系在一起，确保码头的稳定性，同时为后续的港口建设奠定良好的基础。在桩基建设中，采用钻孔灌浆的工艺可以将桩基与海堤真正连接为一体，为后续的港口建设奠定良好的基础，该工艺具有施工简单、施工效率高、质量可靠等优点，因此广泛应用于码头建设中。码头的稳定性对后续的建设顺利进行至关重要，会影响到码头的正常使用。

在进行桩基建设时，需要使用大型机械臂对水下的黏土层进行冲击形成一个大小合适的孔洞，并进行回填，且至少需要进行3次回填。在桩基建设中，还需要使用起吊机进行钢护筒的安放，钢护筒是用于保护桩身的一种材料，它的安放需要保证准确度和安全性。

2.4 码头沉箱的预制

码头沉箱承担着支撑码头结构、保护港口安全的重要功能。沉箱的预制方式有多种，包括滑道式、横纵移式、船坞式、吊放式和挖掘式。不同的方式适用于不同的施工环境和工程要求。比如，滑道式适用于充分利用建筑物、坡道等结构完成预制工序，横纵移式适用于低矮空间无法进行滑道施工的情况，船坞式适用于较大规模的码头建设等。沉箱的预制工序主要包括模板工程、钢筋工程和浇筑与养护混凝土工程。模板工程是沉箱预制的第一步，通过搭建模板和支撑结构来确定沉箱的形状和尺寸。钢筋工程是为了增加沉箱的强度和稳定性，根据设计要求进行钢筋的布置和焊接。而浇筑与养护混凝土工程是最关键的一步，通过将混凝土浇筑到模板中，并进行养护和固化，使沉箱具有足够的强度和承载能力。

在浇筑混凝土时，一般的顺序是先浇筑底板，然后是一侧壁和隔墙。如果沉箱较高，则可以采用分层浇筑的方式，即先浇筑下部分，待其达到一定强度后，再进行上层部分的浇筑。这样可以避免上层混凝土对下层的压力过大，确保沉箱整体的稳定性。拆模工作必须在混凝土达到足够强度后进行，通常需要养护时间大于10d。拆模时要小心谨慎，以免对沉箱结构造成损坏。拆模后，还需要进行必要的检查和修补，确保沉箱的质量和完整性。

3 港口码头工程技术难点及对策

3.1 钢板桩施工

在钢板桩施工过程中，保证倾斜率是该工程技术的一个难点。在施工过程中，需要严格按照控制点安装钢板桩导向架，确保钢板桩能够正确地垂直于地面，在钢板桩下口加大1～4cm的同时，可以将其做成小角度楔形桩。这样操作后，楔形桩就能有效避免钢板桩沉桩时顺打桩方向桩倾斜度的出现，从而提高施工效率和质量。

3.2 胸墙建设的施工

胸墙建设是一项重要的基础设施建设，但是在胸墙建成后，墙后回填会引起胸墙位移和钢拉杆受力均匀与否的问题，这是保证施工质量和安全的一个难点与关键。对于这个现象需要采取一系列的对策措施，例如，可以采用分层回填的方法，即将回填土按照一定层次分批进行填充，每次填充后进行压实和检查，以确保胸墙不会因为回填土的压力而发生位移。还可以设置观测点，对胸墙的位移和钢拉杆的受力均匀性进行实时监测，以便及时发现和处理问题。通过对胸墙的变形趋势进行分析和预测，及时采取措施，保证胸墙的稳定性和安全性[2]。

4 港口码头结构的发展趋势

4.1 需建造一批现代化的港口码头，满足扩大市场需求

随着我国西部经济的不断发展，东西部地区之间的物资交流以及对外贸易规模不断扩大，这也使大量适箱货物需要通过集装箱运输来完成，随着集装箱化率的提高，集装箱运量必将迅猛增长。但是，很多现有的港口码头已经难以满足货运量特别是集装箱运输快速增长的需求。为了满足不断增长的物流需求和推动西部地区经济的持续发展，一方面，需要进一步建造现代化的港口码头。在新建港口码头的过程中，需要充分考虑到环境保护和生态平衡的因素，以及对周边居民和生态环境的影响。同时，还需要注重节能减排、科技创新等方面的要求，尽可能地减少对环境的负面影响。另一方面，随着新港口码头的投入使用，将有力促进西部地区经济的发展，提高东西部地区物资交流和对外贸易规模，同时也会带来更多的就业机会和经济效益。而对于物流行业来说，新港口码头的建设将进一步提高集装箱运输的效率和便捷性，为物流行业的发展提供更好的基础设施。

4.2 改建或重建现代化码头，适应运输方式的需求

近年来，随着国际贸易的不断增长，船舶运输行业也在不断发展壮大。为了适应市场需求，船舶向着大型化、专业化方向发展。同时，货物运输也采用了更加高效的集装箱方式，不仅能够提高运输效率，还能降低成本、减少损耗。随着航运业的发展，原有的斜坡式码头已经不能适应现代化的需求，这种码头在装卸货物时存在许多缺陷，例如操作不灵活、装卸效率低下等，这就亟须改建或重建现代化码头，以满足市场的需求。现代化码头具有许多优点，例如操作灵活、装卸效率高、安全性能好等，这种码头可以更好地适应船舶的大型化、专业化需求，也可以更好地适应集装箱运输的需求。现代化码头还可以提高港口的竞争力，促进经济发展。改建或重建现代化码头，是需要投入大量的资金和人力资源的，以及制订科学合理的规划方案，确保改建或重建过程中的安全和效率，并取得良好的经济效益。

4.3 增加投资资金，对码头结构升级扩建

过去由于资金缺乏，许多港口选择建造造价相对较低的斜坡式码头，这种码头的优点是可以在狭窄的海岸线上建造，而且建造成本相对较低。但是这种码头缺点也很多，如装卸效率较低，只能适应一些小型货物的装卸，并且难以进行扩建和升级。近十多年来，随着经济的快速发展和融资渠道的多样化，资金不再是主要制约因素，许多港口开始考虑如何选择合适的码头结构来满足高效率的装卸要求和未来发展的需要，因此，选择码头结构已经成为许多港口进行升级和扩建的重要因素[3]。在选择码头结构时，港口会考虑货物类型、装卸要求、海岸线条件、未来发展规划等，选择可以进行扩建和升级的码头结构，以适应未来的发展需求。

4.4 优化装卸工艺效率

直立式码头和斜坡式码头是两种常见的码头类型，它们有着各自的优缺点，直立式码头由于机械设备位于固定的位置，因此不受水位和风浪的影响，具有高效率和大吞吐量的优点，货物可以直接从船舶卸下，再通过机械设备转运到码头上。与斜坡式码头相比，直立式码头不需要额外的运输环节，因此装卸效率更高、成本更低。斜坡式码头是将装卸机械设在趸船上的一种码头类型，由于机械设备随着船舶移动，因此易受水位和风浪的影响。另外，斜坡式码头多了一个斜坡运输环节，需要将货物从船舶上移至斜坡上，再通过机械设备转运到码头上。这种额外的运输环节使得斜坡式码头的装卸效率较低、成本较高、吞吐量也较小[4]。因此，应根据不同码头的装卸效率进行装卸工艺类型优化。

5 结语

随着港口码头工程的不断发展，施工技术的应用已成为关键点，为了确保总体施工质量，需要持续提升技术使用熟练程度。目前，直立式码头的优越性逐渐显现，成为港口发展的趋势。直立式码头提高了港区陆域面积和码头泊位利用率，减少船待港时间，降低装卸成本，充分发挥港口综合效益。在未来发展中，港口码头的设计将能够适应港口国民经济发展，能够适应港口船舶的进出口需求以及适应不同的天气条件。