港口码头建设规划原则及设计优化策略探讨

港口码头建设规划原则及设计优化策略探讨

龙群

中交第二航务工程勘察设计院有限公司广州分公司

摘要：本文主要对港口码头建设规划原则、设计要点和设计优化策略进行了分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：港口码头建设；优化设计

一、引言

港口码头的建设是一个庞大的工程，需要足够的资金、人力、物力和时间

才能够完成，因此，做好港口码头建设前的规划和设计优化尤为重要。本文主要对港口码头建设规划原则、设计要点和设计优化策略进行了分析与探讨，以供同仁参考。

二、港口码头建设规划原则

首先，港口码头工程建设必须遵守国家有关经济建设的法律、法规，贯彻执行国家有关港口建设的方针和技术经济政策，以及合理利用资源、节约用地、节约能源、节约用水、加强环境保护和职业安全卫生等有关规定。同时，港口码头的布置应充分利用水域和岸线，码头前方、库场及集疏运等各环节的通过能力应互相适应，协调发展，因地制宜地采用多种集疏运方式，尽快形成装卸效率高、集疏运畅通、配套设施较为完善的综合生产运输体系。另外，港口码头工程的建设规模应根据设计年吞吐量、设计船型、货种、资金条件和企业经济效益等因素综合考虑确定。一般情况可按下列规模划分：设计年吞吐量为250000～450000ｔ的通用泊位，设计船型宜为10000DWT级以下；设计年吞吐量为350000～60000ｔ的通用泊位，设计船型宜为10000～20000DWT级；设计年吞吐量为450000～700000t的通用泊位，设计船型宜为20000DWT级以上。

三、港口码头建设设计要点分析

（1）设计资料的准备。港口码头设计前期，必须认真研究和分析有关资料，包括港口的现状，港口所在地的地形地质条件、水文气象条件、设计船型、施工队的施工能力、主要投资项目单价。其中主要的投资项目单价包括挖泥单价、填土单价、征地动迁、港内铁路、港外道路、生活办公设施、水电供应等等。这些将成为最后港口码头投资的主要内容。

（2）港口建设规模确定。首先，先用时间序列法预测港口的吞吐量，再根据设计船型的平均装卸量、泊位的日装卸效率来算出船流密度。然后由M/M/S排队模型算出各类码头的最优泊位数作为港口的设计泊位。M/M/S排队模型精髓为：其中Ns为船舶在港船数，Cs为船舶在港日均费用，Cb为泊位日平均营运费；第二步，我们用海港总平面布置规范中的公式计算港口库场、堆场面积；第三步我们得先计算防波堤长度，计算中我们用到水文学知识用波浪绕射原理对其进行估算；计算公式为H1=Ho*Kd其中，Kd为绕射系数。防波堤是一个港口能否安全运行的重要屏障，不容忽视。

（3）港口码头的水域设计。水域具体有泊位水深、泊位宽度、泊位长度、码头高顶程、港池底高程、航道底高程、航道宽度、港池宽度、防波堤口门宽度和回旋水域等参数。这些数据的计算方法在《港口规划与布置》一书中有详细的说明。

（4）港口码头的陆域设计。陆域具体有码头集疏运布置、码头前沿线、堆场的具体布置形式、以及码头上运输机械的种类与数量、生产生活辅助区等地区的布置。其中集疏运布置根据后方交通条件以及港口性质进行布置；码头前沿线根据泊位数量按规范进行平均分配；至于运输机械则根据港口规模来确定。最后生产生活辅助区则按照《海港总平面设计规范》进行设计。

四、港口码头建设设计优化策略

（1）科学、合理的确定港口码头的设计使用年限。对于码头工程结构来说，科学、合理的确定设计使用年限对于结构设计十分重要。国务院颁布实施的《建设工程质量管理条例》中指出：“设计文件应当符合国家规定的设计深度要求，注明工程合理使用年限。”国家建设部针对国内有的行业没有对设计使用年限做出具体的规定的情况，建设部指出：“须由建设单位与设计单位签订合同时予以明确，并由设计单位在设计文件中注明。”在设计使用年限内结构应当满足耐久性、适用性、安全性的要求。对于港口工程结构来说，由于所处的环境复杂、腐蚀性物质较多，因而需要特别注重结构的耐久性要求。港口工程大多位于海岸线上，工程施工投入较大，结构建好后正常使用的年限较长；此外，港口码头工程使用期间所承受的荷载作用有着不可预见性和可变性，以降低设计年限来达到降低工程投入的目的是不切实际的，所以，应当科学合理的确定结构的安全等级和设计使用年限。国家规定的结构设计标准，对于安全等级为一级的结构，若出现损坏环境影响、社会损失、经济损失较大，而且会对人的生命安全造成威胁的，可以定50年为结构的设计使用年限；而梁板式码头需要依据结构的使用要求和资金投入情况，确定设计使用年限，若大于30年时应当采用必要的措施以提升结构的耐久性。

（2）保证设计的可靠性。在工作中，使用可靠度来衡量工程结构的可靠性，它是指结构在设计使用年限内，在正常条件下，完成预定功能的概率。在可靠度的定义中，结构的正常条件和设计使用年限，是依据工程结构设计来对未来预期使用情况作的规定，使其能够提高可靠度的正确性，以便可以与实际的环境条件和使用条件相符。设计上，使用结构的极限状态来表征结构的规定功能。《规范》中对极限状态的定义为：“整个结构或者结构的一部分超过某一特定状态下就不

能满足设计指定的某一功能的要求。”它包括正常使用极限状态和承载能力极限状态，后者是因结构变形过大或者达到最大承载能力而不能继续承受荷载的状态。在结构施工期间和正常施工期间，能够安全承受外部荷载作用；满足结构正常使用功能的要求；在码头结构正常使用情况下，应当具有足够的耐久性；当出现突发性事故时，结构应当可以维持整体性，即不出现坍塌事故。

（3）抗震设计。在重力式码头结构抗震设计当中，除开验算码头的抗滑移和抗倾覆之外，同时，还应该对结构的竖向沉降变形和水平残余变形加以密切地关注。另外，还应该加强结构的整体性。比如，方块重力墩和重力式方块码头，就应该将其整体性提高，就可以采取以下几种措施：第一，将方块的层数尽量减少，在方块之间可以预留出竖向空洞和槽，插入型钢或者是钢筋笼，并且将水泥混凝土灌注进入；第二，胸墙最好是采取现场浇筑的方式，这样才可以并联成为一块。为了防止沉降，将地基的承载力增强，还可以利用真空预压、抢夯法、桩基等加固的方式，做好相应的处理。而板桩码头以及高桩码头在处理地基的时候，其方式同重力式码头是基本一致的。另外，在结构设计上还应该考虑到整体的结构，并且还应该保证在同一段板桩码头上的锚碗结构形式能够保持一致。应该考虑到相对于横纵轴均对称布置方式的基桩以及码头纵向的刚度设计；对处于地震区域的高桩码头，应该使用应力混凝土桩。码头结构的平面布置应该尽可能平整、简单；如果平面较为复杂，还应该使用分缝的方式，比如在设置抗震缝的时候，应该将码头平面分成为若干个独立的单元。上部结构应该采用强度高、质量轻以及具备整体性好的结构与构件，这样可以将结构自重和地震惯性力减少，同时，也可以为其提供较好的刚度。在码头的前后状态间还可以设置出隔震缓冲材料，这样可以减轻以及缓和喷桩产生的影响。

五、结语

总之，港口码头作为运输链上的一个重要环节和区域经济发展的一大助力，应做到合理配置港口资源，优化区域集疏运布局体系，完善管理信息系统，降低作业成本，以不断提高港口内部物流网络运作效率。因此，在港口码头建设规划和设计时，一定要考虑好各方面的问题，做好设计优化，发挥港口码头的交通枢纽作用。

参考文献

[1]王雪婷.中日美高桩码头抗震设计方法对比研究[D].大连理工大学，2010.

[2]贡金鑫.港口结构抗震设计方法的发展（1）[J].水运工程，2012，06：92-96.