主要港口建筑物設(shè)計和施工技術(shù)的改進

王健　魏炯

摘要：港口主要建筑物的設(shè)計需要對建筑物在使用中即將承受的復(fù)雜載荷進行計算和分析，以確定建筑物的強度、剛度等設(shè)計參數(shù)。通過運用計算機軟件系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型來模擬建筑物的運行情況，以及結(jié)合實驗室的模擬實驗進行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，能夠優(yōu)化主要港口建筑物的設(shè)計。而施工過程由于受到周期性的潮汐和季節(jié)性的臺風(fēng)等的影響，需要在工藝設(shè)計中提高預(yù)制結(jié)構(gòu)物和裝配構(gòu)件的比例，并且使用高效的施工機械以提高施工效率。本文分析在主要港口建筑物的設(shè)計和施工中應(yīng)用測繪、計算機技術(shù)和大型工程機械等方面的新技術(shù)施行技術(shù)改進的具體方法。

關(guān)鍵詞：主要港口建筑物；設(shè)計和施工；新技術(shù)應(yīng)用；優(yōu)化設(shè)計

由于近現(xiàn)代船舶的噸位極速增加而且貨運需要快速增長，港口建設(shè)所涉及的技術(shù)研究領(lǐng)域也在不斷的擴大，從土木、水力、地質(zhì)到氣象等多個學(xué)科的技術(shù)研究都在港口的規(guī)劃設(shè)計與施工過程中起到了重要作用，并形成了集相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)研究為一體的港口工程學(xué)科。

一、港口主要建筑物的設(shè)計和施工概述

港口主要建筑物的設(shè)計和施工幾乎應(yīng)用了所有土木工程和水力工程的關(guān)鍵技術(shù)，但是又因為特殊的用途、工程地質(zhì)條件和環(huán)境而需要進行更復(fù)雜的載荷分析、特殊的基底處理技術(shù)、獨特的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計以及更高效的施工技術(shù)手段。才能夠?qū)崿F(xiàn)主要建筑物的設(shè)計使用目標(biāo)，并能夠應(yīng)對潮汐、極端氣象條件以及水環(huán)境腐蝕作用等帶來的考驗。因此在港口進行規(guī)劃設(shè)計的階段就需要對擬建港口地點的氣象資料、水文資料和水下陸上工程地質(zhì)條件進行分析和詳細的現(xiàn)場勘察，針對港口的規(guī)劃使用要求論證其經(jīng)濟和技術(shù)兩方面的可行性和初步設(shè)計具體的平面布置、主要建筑物的結(jié)構(gòu)與施工技術(shù)方案等。而在港口主要建筑物的施工過程中重點要根據(jù)氣象信息安排好施工的計劃，確保施工中的建構(gòu)筑物的安全和施工人員與設(shè)備的安全。

二、港口主要建筑物的設(shè)計與施工關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）港口主要建筑物的設(shè)計參數(shù)的分析和計算

對防波堤、碼頭和燈塔等主要建筑物的設(shè)計參數(shù)進行分析和計算是港口工程中最關(guān)鍵的技術(shù)組成部分，由于每一處港口所處的水下工程地質(zhì)條件和變化多端的風(fēng)浪都對主要建筑物的不同結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計提出了特殊要求，因此很難有直接的數(shù)據(jù)信息可以做為參考。而只能根據(jù)其所在位置的波浪、船舶進出港、風(fēng)力以及自身重力等多種動態(tài)變化的載荷的具體作用規(guī)律進行分析和計算，再參照相關(guān)條件的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)確定設(shè)計參數(shù)。并且鑒于港口主要建筑物的工作環(huán)境特點，還要根據(jù)對最大風(fēng)力和最強的波浪沖擊等極限載荷的評估，得到極限情況下建筑物的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，而且考慮建筑物所需的一定抗震性能。所以港口主要建筑物的設(shè)計參數(shù)的確定是一項非常復(fù)雜的技術(shù)，需要使用科學(xué)的數(shù)據(jù)分析方法輔以必要的模擬實驗才能夠完成。

（二）施工過程中對半成品的保護與加快施工進度的方法

港口主要建筑物的施工基本需要在風(fēng)浪變化較大的水面上完成，因此除了需要對有一定規(guī)律的潮汐產(chǎn)生的波浪沖擊有所防備，還要考慮季節(jié)性的風(fēng)暴和臺風(fēng)等極端氣象條件對施工中的半成品的破壞作用。所以通常首先在施工工藝設(shè)計階段就基于上述特殊施工環(huán)境需要，不僅要確保構(gòu)建筑物的結(jié)構(gòu)強度等技術(shù)指標(biāo)的實現(xiàn)，還要對其施工所需要的時間進行精確估算，避免施工過程中結(jié)構(gòu)的完整性受到損壞。其次是從施工技術(shù)的角度采取預(yù)防措施，通過設(shè)置保護性的設(shè)施保護未完工的建筑結(jié)構(gòu)的完整。而基于加快施工進度的考慮，建筑物的主體結(jié)構(gòu)一般設(shè)計成裝配構(gòu)件，在陸上預(yù)制場完成其建造后運至現(xiàn)場進行組裝，但是通常運輸和吊裝機械設(shè)備等會制約預(yù)制構(gòu)件的體積和重量。

（三）施工中的測量控制網(wǎng)的布置和關(guān)鍵控制點的復(fù)核放線

由于在水面上進行施工，因此港口主要建筑物在施工中測量控制網(wǎng)點的布置比較困難，通常采用打樁或錨定標(biāo)志物來標(biāo)記測量控制點，因此數(shù)據(jù)測量的精確度不容易控制。加之水面上使用傳統(tǒng)測繪儀器和設(shè)備也有一定的難度，所以在施工中進行測量放線和基準(zhǔn)點復(fù)核等方面經(jīng)常面臨技術(shù)上的難題。

三、施行港口主要建筑物的設(shè)計與施工技術(shù)改進的主要途徑

（一）運用現(xiàn)代測繪技術(shù)優(yōu)化設(shè)計和施工中的平面布置與測量放線

港口工程中主要建筑物的平面布置是設(shè)計中非常重要的一個方面，而施工中精確控制平面布置的施工精確度是港口能夠滿足預(yù)期的使用效果的關(guān)鍵。因此在港口主要建筑物的平面設(shè)計勘察和施工測量中，應(yīng)用以GPS定位技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)的地理信息系統(tǒng)、和RTK技術(shù)等現(xiàn)代測繪技術(shù)手段，可以提高勘察和測量的數(shù)據(jù)質(zhì)量，并且利用GIS技術(shù)能夠直觀的分析各測控點的空間定位和地理信息，得到更精確的設(shè)計和施工質(zhì)量控制參考數(shù)據(jù)。

（二）通過實驗室模擬裝置與專業(yè)分析軟件優(yōu)化設(shè)計方案

鑒于港口主要建筑物載荷的多樣和動態(tài)變化規(guī)律的分析困難，通過在實驗室中的模擬裝置模擬其使用環(huán)境中的波浪變化，根據(jù)現(xiàn)場測定的風(fēng)力、浪高、波形變化規(guī)律等方面的數(shù)據(jù)，在模擬裝置中進行相關(guān)建筑物結(jié)構(gòu)的載荷實驗，獲取相對精確的技術(shù)參數(shù)以便優(yōu)化建筑物的基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式、材料的應(yīng)用以及施工的工藝設(shè)計方案。

（三）開發(fā)和使用大型機械設(shè)備提高工程的施工效率

港口主要建筑物的施工受氣象和工程地質(zhì)與環(huán)境條件的制約比較明顯，為了避免惡劣氣象條件影響建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)完整性在施工過程中受到破壞，一般會將其主體分為兩個以上的構(gòu)件進行陸上預(yù)制，而水上部分的施工以拖運、吊裝、沉降或者對構(gòu)件進行打樁施工為主。由于這種施工方法受到運輸、吊裝和打樁等工程機械性能的制約，因此針對施工的要求設(shè)計和使用具有特殊功能的大型機械設(shè)備來完成相應(yīng)的水上施工，能夠進一步提高港口主要建筑物的施工效率。

四、結(jié)束語

港口主要建筑物的設(shè)計和施工技術(shù)由于港口工程的施工條件越來越復(fù)雜而在不斷的進步，在發(fā)達國家已經(jīng)有了越來越成熟的專業(yè)計算機設(shè)計軟件，解決設(shè)計、施工以及維護和管理方面的數(shù)據(jù)分析問題，并且在港口工程機械的研發(fā)使用方面也有很多矚目的成果。