10 港口、海洋与机场工程

1、1,第10章 港口、海洋与机场工程,2,10.1 港口工程,原是土木工程的一个分支，随着港口科学技术的发展，已成为相对独立的学科，但仍和土木工程有密切的关系。,港口工程是兴建港口所需工程设施的总称，而港口是供船舶安全进出和停泊的运输枢纽。港口主要包括以下几个方面的内容： 是具有水陆联运设备和条件的，有一定面积的水域和陆域； 是供船舶出入和停泊、旅客及货物集散并交换运输方式的场地； 为船舶提供安全停靠和进行作业的设施，并为船舶提供补给、修理等技术服务和生活服务。,10.1.1 港口工程的简介,3,港口工程分类,按所处的位置分：,河口港、海岸港、河港。,按用途分：,有商港、军港、渔港、避风港等。,按成因分：,有天然港和人工港。,按港口水域在寒冷季节是否冻结分：,有冻港和不冻港。,按潮汐关系、潮差大小、是否修建船闸控制进港分：,有闭口港和开口港。,按进口货物报关手续分：,有报关港和自由港,4,港址的选择,有广阔的经济腹地，以保证有足够的资源； 与腹地有方便的交通运输联系； 与城市发展相协调； 有发展余地，满足30-50年的港口发展要求； 满足船舶航行与停泊要求； 有足够的岸线长度和陆域面积；

2、 能满足船舰调动的迅速性； 对附近水域、陆地及自然景观不产生不利影响； 尽量利用荒地，少占良田。,5,港口的组成,港口水域(航行、运转、锚泊和停泊装卸) 水域包括进港航道、港地、锚地、防波堤等(分为港外水域和港内水域) 港口陆域(供旅客集散、货物装卸、货物堆存和转载之用) 陆域包括码头、港口仓库及货场、铁路及道路、装卸及运输机械、港口辅助生产议备,适当深度和面积，水流平缓，水面稳定,要求有适当的高程，岸线长度和纵深,6,10.1.2 港口水工构筑物,港口水工构造物：码头、防波堤、护岸、船台、滑道、船坞等。,(1)码头,按布置,顺岸式,突堤式,挖入式,按横断面形式,直立式,斜坡式,半直立式,半斜坡式,直立式码头适用于水位变化不大的港口，如河岸港和河口港，水位差较小的河港及运河港也适用。,斜坡式码头适用于水位变化大的上、中游河港或库港,半直立式码头用于高水位较长，而 低水位时间较短的水库港等,半斜坡式码头用于枯水期较长，而洪水期较短的山区河流。,进出港船舶的导航设施（航标、灯塔等）也属于港口水工建筑物的范围。港口水工建筑物的设计，除应满足一般的强度、刚度、稳定性（包括抗地震的稳定性）和沉陷

3、方面的要求外，还应特别注意波浪、水流、泥沙、冰凌等动力因素对港口水工建筑物的作用及环境水（主要是海水）对建筑物的腐蚀作用，并采取相应的防冲、防淤、防渗、抗磨、防腐等措施。,7,按结构形式,重力式码头,板桩式码头,高桩式码头,混合式码头,工作特点是依靠结构本身填料的自重来保持结构的稳定。其结构坚固耐久，能承受较大的地面荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性强；施工比较简单，维修费用少。重力式码头的结构形式主要决定于墙身结构。按墙身的施工方法，重力式码头结构可分为干地现场浇筑(或砌筑)的结构和水下安装的预制结构。,依靠板桩入土部分的侧向土抗力和安设在码头上部的锚结构来维持整体稳定。除特别坚硬或过于软弱的地基外，一般均可采用。板桩式码头结构简单，材料用量少，施工方便，施工速度快，主要构件可在预制厂预制，但结构耐久性不如重力式码头，施工过程中一般不能承受较大波浪作用。,通过桩基础将作用在码头上的荷载传给地基。高桩码头一般可做成透空结构，其结构轻、减弱波浪的效果好、沙石料用量省，适用于可以沉桩的各种地基，特别适用于软土地基。高桩码头的缺点是对地面超载和装卸工艺变化的适应性较差

4、，耐久性不如重力式码头和板桩式码头，构件易破坏且难修复。,8,(2) 防波堤,防波堤一般位于港口水域外围，用以抵御风浪、阻止波浪和漂砂进入港内、保证港内有平稳水面的水工建筑物。此外，防波堤还可起到防止港池淤积、波浪冲蚀岸线及防冰、防冻的作用。,防波堤的形式比较多样，结构形式的选择主要取决于水深、潮差、波浪、地质等自然条件及材料来源、使用要求和施工条件等，经方案比较决定。,9,防波堤通常可按平面形式和结构形式进行分类，按防波堤堤线平面布置形式有单突堤式、双突堤式、岛堤式和混合式。,10,类型有： 斜坡式 直立式 混合式 透空式 浮式防波堤 喷气消波 射水消波,理论和实验研究表明，波浪的能量大部分集中在水体的表层，在表层两倍和三倍波高的水层厚度内分别集中了90%和98%的波能。由此产生了适应波能该分布特点的特殊形式防波堤，包括透空式防波堤(透空堤)、浮式防波堤(浮堤)、压气式防波堤(喷气堤)和水力式防波堤(射水堤)等。,11, 斜坡式防波堤。常用的型式有堆石防波堤和堆石棱体上加混凝土护面块体的防波堤。斜坡式防波堤对地基承载力的要求较低，可就地取材；施工较为简易，不需要大型起重设备，损坏后易

5、于修复。波浪在坡面上破碎，反射较轻微，消波性能较好。一般适用于软土地基。缺点是材料用量大，护面块石或人工块体因重量较小，在波浪作用下易滚落走失，须经常修补。 直立式防波堤。可分为重力式和桩式。重力式一般由墙身、基床和胸墙组成，墙身大多采用方块式沉箱结构，靠建筑物本身重量保持稳定，结构坚固耐用，材料用量少，其内侧可兼作码头，适用于波浪及水深均较大而地基较好的情况。缺点是波浪在墙身前反射，消波效果较差。桩式一般由钢板桩或大型管桩构成连续的墙身，板桩墙之间或墙后填充块石，其强度和耐久性较差，适用于地基土质较差且波浪较小的情况。 混合式防波堤。采用较高的明基床，是直立式上部结构和斜坡式堤基的综合体，适用于水较深的情况。目前防波堤建设日益走向深水，大型深水防波堤大多采用沉箱结构。在斜坡式防波堤上和混合式防波堤的下部采用的人工块体的类型也日益增多，消波性能愈来愈好。,12, 透空式防波堤由不同结构形式的支墩和在支墩之间没入水中一定深度的挡浪结构组成。利用挡浪结构挡住波能传播，以达到减小港内波浪的目的。它不能阻止泥沙入港，也不能减小水流对港内水域的干扰，一般适用于水深较大、波浪不大又无防沙要求的水库

6、港和湖泊港。 浮式防波堤由浮体和锚链系统组成，利用浮体反射、吸收、转换和消散波能以减小堤后的波浪。其修建不受地基和水深的影响，修建迅速，拆迁容易。但由于锚链系统设备复杂，可靠性差，未得到广泛应用，仅用于局部水域的短期防护。 压气式防波堤利用安装在水中的带孔管道释放压缩空气，形成空气帘幕来达到降低堤后波高的目的。射水力式防波堤利用在水面附近的喷嘴喷射水流，直接形成与入射波逆向的水平表面流，以达到降低堤后波高的目的。这两种防波堤有很多相似之处，如不占空间，基建投资少，安装和拆迁方便，但仅适用于波长较短的陡波，应用上受到限制，而且动力消耗很大，运转费用很高。,13,(3) 护岸工程,采用混凝土、块石或其他材料做成障碍物的形式直接或间接地保护河岸，并保持适当的整治线和适当水深的便于通航的一种工程。,直接护岸： 护坡 护岸墙,间接护岸： 潜堤 丁坝,直接护岸是利用护坡或护岸墙等形式加固天然岸边，抵抗侵蚀。,利用沿岸建筑的丁坝或潜堤，促使岸滩前发生淤积，已形成稳定的新岸坡。,14,护坡 护坡一般是用于加固岸坡。,护坡坡度常较天然岸坡为陡，以节省工程量，但也可接近于天然岸坡的坡度。,15,护岸墙 护

7、岸墙多用于保护陡岸，以往常将墙面做成垂直或接近垂直的。当波浪冲击墙面时，激溅很高，下落水体对于墙后填土有很大的破坏力。此外，护坡和护岸墙的混合式护岸也颇多采用，在坡岸的下部做护坡，在上部建成垂直的墙，这样可以缩减护坡的总面积，对墙脚也有保护。,16,潜堤 间接护岸不直接修建护岸，而是通过修造其他构筑物消减波浪、改变水流方向、拦截水流，达到护岸的目的，所修建的这些构筑物就是间接护岸。常见的有潜堤、丁坝等形式。潜堤位置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，并将堤的顶面做成斜坡状。修筑潜堤的作用不仅是消减波浪，也是一种积极的护岸措施。,17,丁坝 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。丁坝的结构形式很多，有透水的、不透水的；其横断面形式有直立式的、斜坡式的。,18,(4) 航道工程 船舶进出港，必须在规定的航道内航行，一是为了贯彻航行规则，减少事故，二来则是为了引导船舶沿着足够水深的路线行驶。航道可分为天然航道和人工航道。天

8、然航道指的是在低潮时其水深已足够船舶航行需要无需人工开挖的航道。而为了满足船舶航行所需的深度和宽度等要求，需进行疏浚的航道称为人工航道。,整治线与航道,19,10.1.3 现代港口工程 按照我国生产力布局和水资源“T”形分布的特点，重点建设贯通东南沿海的海上运输大通道和主要通航河流的内河航道。全国水运主通道布局是发展“两纵三横”共5条水运主通道。,“两纵”是沿海南北主通道和京杭运河淮河主通道； “三横”是长江及其主要支流主通道，西江及其支流主通道，黑龙江松花江主通道; 除沿海南北主通道外，内河主通道由通航千吨级船队的四级航道组成，共20条河流，总长约1.5万公里。,20,现代港口工程发展趋势 港口的总体布置包括码头的布置，水域、陆域面积的大小，库场与码头泊位的相对位置，作业区的划分以及港内交通线路的布置等。港口的总体布置合理，不仅能充分利用港区的自然条件，避免大量的填方，减少外堤长度，保证最小的建筑工程量和最低的建筑费用，而且能使船舶方便安全地进出港区、靠离码头进行作业，提高船舶装卸效率。现代港口已成为全球综合运输的核心，现代港口建设发展的主要趋势包括：,现代港口的大型化 ； 现代港口

9、的集装箱化 ; 现代港口的深水化 ; 信息化、 网络化趋势 ； 向物流服务中心转化 ； 普遍重视环境保护 ；,21,(1) 现代港口的大型化 为适应现代运输技术的发展，尤其是船舶大型化对港口自然条件和设备要求的提高，因此加速大型港口码头的建设、扩大港口规模是当前港口发展的显著特点。特别是“十五”期间。相继建成了各类大型化专业码头，如湛江港和大连港的30万吨级原油码头；秦皇岛港的10万吨级和15万吨级煤炭码头；日照港的7万吨级粮食码头及30万吨容量的筒仓等。,22,(2) 现代港口的集装箱化 随着国际集装箱多式联运的发展，集装箱化程度越来越高，集装箱吞吐量已经成为衡量港口作用和地位的主要标志，利用以港口为枢纽，形成水路、公路、铁路、航空等多种运输方式相结合的运输网络，集装箱的吞吐能力已经成为各港口竞争最为重要的组成部分。,23,(3) 现代港口的深水化 船舶大型化趋势对现代港口航道和泊位水深提出了更高要求。随着船舶大型化，散货船大都在15万-20万吨级，集装箱船则向超巴拿马型发展，进港航道水深不断加大，使得现代港口朝着深水化的方向发展。其中，香港是一个优良的深水港，曾被喻为世界三大天然海港之一；而正在建设的洋山深水港将成为世界最大的海岛型深水人工港。,24,(4) 现代港口展的信息化、网络化趋势 随着港口装卸运输向多样化、协调化、一体化方向发展，港口管理也采用各种先进设备和手段，使管理水平适应现代综合运输的需要，港口普遍采用先进的导航、助航设备和现代化的通信联络技术。电子计算机广泛应用于港口，向经营管理、数据交换、生产调度、监督机制和装卸操纵信息化、网络化方向发展。,25,(5) 现代港口向物流服务中心转化 如今的国际运输业经营者正在向综合物流服务的提供者转化，它们的服务范围从原来的“门到门”向“货架到货架”转化，服务内容也从原来单纯的运输服务转变为除提供运输服务外，还提供诸如包装、储贮、配送等增值服务，这就对处于综合运输系统中心地位的现代港口的功能提出了新的要求。,26,(6) 绿色港口建设是大势所趋 随着现代运输技术的发展，人们对于港口周围环境的保护也提出了要求。港口的污染不仅涉及水域和陆域，而且涉及空气的污染和噪声污染，现代港口的建设已将环保列为重要项目。,27,指在海洋区域设置或建造工程构筑物，如海洋石油钻井、储油平台、海上导航灯塔等。包

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