《土木概论》第八章港口及海洋工程.ppt

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1、,第八章 港口及海洋工程,第八章：港口及海洋洋工程,第一节:概述第二节：港口工程的分类与组成第三节：港址的规划布置第四节：港口水工建筑物形式第五节：海洋工程的种类第六节：海洋工程的特点,授课内容：,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,1.港口的含义及作用,3.我国港口基本情况及分布,4.海洋工程概念及简介,2.港口的发展简史,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,1.港口的含义及作用,港口:具有一定的水域和陆域面积及设备条件，供船舶安全进出、停泊和避风，进行货物或旅客的转载作业和船舶修理、供应燃料或其它物资的场所。港口是水陆运输的转载枢纽,港口工程:是兴建港口所需工程设施的总称，是供船舶安全进出

2、和停泊的运输枢纽。,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,2.港口的发展简史,天然港口,古代重要海港大多数修建在地中海沿岸，相传3500年前就已开始建港,人工港口,西顿港和提尔港被认为是最早建造的海港，属古腓尼基国，今黎巴嫩境内,至公元前700年在地中海沿岸意大利的西西里岛和撒丁岛，以及非洲北部海岸和西班牙都曾建港。其中迦太基港最为有名,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,2.港口的发展简史,公元前 332年在古埃及修建亚历山大港，建有拋石防波堤，是世界上第一个建有灯塔的港口,古希腊所建港口规模较小，雅典附近的比雷埃夫斯港是当时最重要的港口,罗马帝国时期所建的奥斯蒂亚港是当时的大型港口之一,15

3、世纪末欧洲至美洲航线的发现和世界商业及航运业的发展，大大促进了港口建设,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,2.港口的发展简史,世界上大规模的港口建设只是在19世纪初出现了蒸汽机船队，船舶尺度、载重量和吃水日益增大，以及为建设人工深水港池和进港航道而采用先进的挖泥机具设备后才发展起来,铁路的建设大大促进了港口建设的发展,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,2.港口的发展简史,中国是航海和海外通商的较早国家之一。远在3000年前就开始了航海活动。碣石(今秦皇岛附近)、转附(今山东芝罘附近)、琅琊(在青岛以南)、会嵇(今宁波)、番禺(在广州以南)等均为古时的海港,汉代番禺是对外贸易的主要港口,第八

4、章：港口及海洋洋工程,一、概述,2.港口的发展简史,至南宋及元代，泉州升居全国外贸第一大港,上海港的地位清末突起，成为中国第一大港,唐、宋时广州、交州、福州、明州、扬州、登州、泉州等港进出外国商船络绎不绝，在很长的历史时期内广州港的规模居中国外贸港口首位,第八章：港口及海洋洋工程,第八章：港口及海洋洋工程,一、概述,4.海洋工程概念及简介,海洋工程:是以开发、利用、保护、恢复海洋资源为目的，并且主体工程位于海岸线向海一侧的新建、改建、扩建工程,第八章：港口及海洋洋工程,海洋工程范围,围填海、海上堤坝工程,海洋矿产资源勘探开发及其附属工程,海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程,

5、人工岛、海上和海底物资储藏设施、跨海桥梁、海底隧道工程,海底管道、海底电（光）缆工程,第八章：港口及海洋洋工程,海洋工程范围,大型海水养殖场、人工鱼礁工程,盐田、海水淡化等海水综合利用工程,海上娱乐及运动、景观开发工程,国家海洋主管部门会同国务院环境保护主管部门规定的其他海洋工程,第八章：港口及海洋洋工程,二、港口工程的分类与组成,(一)港口分类,按用途分：商港、军港、渔港、工业港和避风港,按位置分：内河港、海岸港和河口港,按港口水域在寒冷季节是否冻结：冻港和不冻港,按是否修建船闸控制进港分：闭口港和开口港,按对进口货物是否办理报关手续：报关港和自由港,第八章：港口及海洋洋工程,二、港口工程的

6、分类与组成,（二）港口的组成,海港,港口水域,港口陆域,港池锚地,转头水域,码头,仓库及货场,铁路及道路,装卸及运输机械,辅助设施和生活设施,防波堤,进港航道,第八章：港口及海洋洋工程,第八章：港口及海洋洋工程,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,（二）港口布置,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,港口规划是港口建设的重要前期工作。规划中要认真调查研究，搞好港口腹地的社会经济调查，弄清规划期内的客货种类、数量、流向及建港的自然条件(水文、气象、地质、地貌等)，并按其自然、经济和社会条件选择好港址，确定合理的工程规模，制定合理的总体规划和分

7、阶段实施规划,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,货物吞吐量:一个港口每年从水运转陆运和从陆运转水运的货物数量总和（以吨计)，它是港口工作的基本指标。在港口锚地进行船舶转载的货物数量（以吨计）应计入港口吞吐量,港口吞吐量的预估是港口规划的核心。港口的规模、泊位数目、库场面积、装卸设备数量以及集疏运设施等皆以吞吐量为依据进行规划设计。船舶的性能、尺度及今后发展趋势也是港口规划设计的主要依据,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,规划一般分为选址可行性研究和工程可行性研究两个阶段,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,

8、港址选择的基本要求：,1.有广阔的经济腹地,2.与腹地有方便的交通运输联系,3.与城市发展相协调,4.有发展余地,5.满足船舶航行与停泊要求,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,港址选择的基本要求：,6.有足够的岸线长度和陆域面积，用以布置前方作业地带、库场、铁路、道路及生产辅助设施,7.应注意能满足船舰调动的迅速性，航道进出口与陆上设施的安全隐蔽性以及疏港设施及防波堤的易于修复性等,8.对附近水域生态环境和水、陆域自然景观尽可能不产生不利影响,9.尽量利用荒地劣地，少占或不占良田，避免大量拆迁,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,可行性

9、研究,港口工程可行性研究是在项目建设前必须进行的各项投资前研究工作的最重要阶段，其主要内容是通过全面的调查研究和必要的钻探、测量等工作，进行技术、经济论证，分析、判断建设项目的技术可行性和经济合理性，为确定拟建工程方案是否值得投资提供科学依据,可行性研究视工程的规模一般分为两阶段，即初步可行性研究和工程可行性研究,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（一）港口规划,工程可行性研究的内容,(1)工程项目的历史；,(2)港口现状的评价；,(3)预测运量发展；,(4)建设的合理规模；,(5)建设条件和港址；,(6)工程项目方案；,(7)协作条件；,(8)施工条件及建设工期;,(9)企业组

10、织管理和人员编制,(10)项目对环境的影响,(11)投资估算及投资效益分析,(12)结论及建议.,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（二）港口布置,港口布置必须遵循统筹安排、合理布局、远近结合、分期建设等原则,1.自然地形的布置，可称为天然港；适用于疏浚费用不太高的情况,2.挖入内陆的布置，为合理利用土地提供了可能性；在泥沙质海岸，当有大片不能耕种的土地时，宜采用这种建港型式,第八章：港口及海洋洋工程,三、港址的规划与布置,（二）港口布置,港口布置必须遵循统筹安排、合理布局、远近结合、分期建设等原则,3.填筑式的布置，如果港口岸线已充分利用，泊位长度已无法延伸，但仍未能满足增加泊

11、位数的要求时可采用,虚线表示原海岸线,第八章：港口及海洋洋工程,a.突出式b.挖入式航道和调头地c.Y形挖入式航道d.平行的挖入式航道e.老港口增加人工港岛f.天然港的建设g.天然离岸岛h.河口港,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的作用,3.码头的布置形式(见图),4.码头的断面形式(见图),5.码头的结构形式(见图),2.码头的组成,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的作用,供船舶系靠,装卸货物,上下旅客,第八章：港口及海洋洋工程,码头组成,主体结构,码头设备,上部结构,下部结构,如：胸墙，帽梁，头梁、板和靠船构件。将

12、下部结构的构件连成整体,如：墙身和基础、板桩，桩基等。主要是挡土或传力用的,系船设备,防冲设备,安全设备,工艺设备,路面,第八章：港口及海洋洋工程,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的布置形式,顺岸式：码头的前沿线与自然岸线大体平行，在河港、河口港及部分中小型海港中较为常用。其优点是陆域宽阔、疏运交通布置方便，工程量较小,第八章：港口及海洋洋工程,顺岸式码头的布置形式,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的布置形式,突堤式：码头的前沿线布置成与自然岸线有较大的角度，如大连、天津、青岛等港口均采用了这种型式。其优点是在一定的水

13、域范围内可以建设较多的泊位，缺点是突堤宽度往往有限，每泊位的平均库场面积较小，作业不方便,第八章：港口及海洋洋工程,突堤式码头的布置形式,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的布置形式,挖入式：港池由人工开挖形成，在大型的河港及河口港中较为常见，也适用于泻湖及沿岸低洼地建港，利用挖方填筑陆域，有条件的码头可采用陆上施工。近年来日本建设的鹿岛港、中国的唐山港均属这一类型。,第八章：港口及海洋洋工程,荷兰鹿特丹港,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的布置形式,随着船舶大型化和高效率装卸设备的发展，外海开敞式码头已被逐步推广使用，

14、并且已被应用于大型散货码头,第八章：港口及海洋洋工程,大连港30万吨矿石专用码头,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,1.码头的布置形式,在岸线有限制或沿岸浅水区较宽的港口以及某些特殊要求的企业（如石化厂），岛式港方案已在开始发展，日本建成的神户岛港属于这一类型,第八章：港口及海洋洋工程,港岛式,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,2.码头的断面形式,直立式码头：岸边有较大的水深，便于大船系泊和作业，不仅在海港中广泛采用，在水位差不太大的河港也常采用。,斜坡式：适用于水位变化较大的情况，如天然河流的上游和中游港口,第八章：港口及海洋洋工程,三

15、、港口水工建筑物形式,（一）码头,2.码头的断面形式,半直立式：适用于高水时间较长而低水时间较短的情况，如水库港,半斜坡式：适用于枯水时间较长而高水时间较短的情况，如天然河流上游的港口,第八章：港口及海洋洋工程,a.直立式b.斜坡式c.半直立式d.半斜坡式,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑物形式,（一）码头,3.码头的结构形式,重力式：是靠自重（包括结构重量和结构范围内的填料重量）来抵抗滑动和倾复的。这种结构一般适用于较好的地基,板桩式：是靠打入土中的板桩来挡土的，它受到较大的土压力。所以板桩式码头目前只用于墙高不大的情况，一般在10米以下,第八章：港口及海洋洋工程,三、港口水工建筑

16、物形式,（一）码头,3.码头的结构形式,高桩式：主要由上部结构和桩基两部分组成。高桩式码头一般适用于软土地基,根据当地的地质、水文、材料、施工条件和码头使用要求等，也可采用混合式结构,第八章：港口及海洋洋工程,a.重力式b.板桩式c.高桩式d.高桩栈式e.混合式,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,1防波堤的主要功能,三、港口水工建筑物形式,2防波堤的平面布置(图),3防波堤的类型(图),第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,1防波堤的主要功能,三、港口水工建筑物形式,主要功能：为港口提供掩护条件，阻止波浪和漂沙进入港内，保持港内水面的平稳和所需要的水深，同时，兼有防沙、防冰的作用,第八

17、章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,2防波堤的布置形式,三、港口水工建筑物形式,单突堤：系在海岸适当地点筑堤一条，伸入海中，使堤端达适当深水处,当波浪频率比较集中在某一方位，泥沙运动方向单一，或港区一侧已有天然屏障时可采用A1或A2式。但在沿岸泥沙活跃地区，不宜采用。A3式适用于海岸已有天然湾澳，其水域已足以满足港区使用的情况,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,2防波堤的布置形式,三、港口水工建筑物形式,双突堤：双突堤系自海岸两边适当地点，各筑突堤一道伸入海中，遥相对峙,B1式双突堤用于海底平坦的开敝海岸。但此种堤式只适用于中、小型海港。B2式用于海底坡度较陡，希望形成较宽港区的中型海港

18、。B3式多建于迎面风浪特大，海底坡度较陡而水深之海岸。B4式为海岸已有天然湾澳，湾口中央为深水的情况，筑堤费用亦较省,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,2防波堤的布置形式,三、港口水工建筑物形式,岛堤：岛堤系筑堤海中，形同海岛，专拦迎面袭来的波浪与漂沙,C1式岛堤堤身与岸平行，可形成窄长港区，适用于海岸平直、水深足够、风浪迎面而方向变化范围不大的情况。C2式适用于港址海岸稍具湾形而水深的情况。港内水域进深长度不够时，C2式堤比C1式距岸较远，可以增加港内水域面积。C3式堤用于已有足够宽的水域之湾澳，两岸水较深而湾口有暗礁或沙洲,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,2防波堤的布置形式,

19、三、港口水工建筑物形式,混合堤：亦称混合堤系由突堤与岛堤混合应用而成。大型海港多用此类堤式,D1式堤系因突堤端有回浪而必须再建岛堤以阻挡。D2式系岛堤建于双突堤口外，以阻挡强波侵入港内。D3式适合于岸边水深大，海底坡度甚陡的地形。D4式适用于岸边水深不大，海底坡度平缓，须借防浪堤在海中围成大片港区的情况。D5式适用于已有良好掩护并足够开阔的天然湾澳,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,3防波堤的类型,三、港口水工建筑物形式,斜坡式：一般适用于地基土壤较差，水深较小及当地盛产石料的情况。,优点：它对地基承载力的要求较低；施工比较简单，在施工过程中或建成之后，如有损坏，修复较易；在使用方面，由

20、于波浪在坡面上破碎和较少反射，所以消波性能良好,缺点是：需要的材料数量大，斜坡上的护面石块或人工块体如重量不足，将受波浪作用而滚落走失，需要经常修补；在使用方面，堤的内侧不能用作靠船码头,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,3防波堤的类型,三、港口水工建筑物形式,立式：适用于海底土质坚实，地基承载能力较好和水深大于波浪破碎水深的情况,优点：当水深较大时，它所需的材料比斜坡式堤节省；在使用上，其内侧可兼供靠船之用,缺点：由于波浪在墙面反射，消波的效果较差，影响港内水面平静；同时，直立式堤的地基应力较大，不均匀沉降可使堤墙产生裂缝；建成后如发生损坏，较难修复,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防

21、波堤,3防波堤的类型,三、港口水工建筑物形式,混合式：是直立式上部结构和斜坡式堤基的综合体，适用于水深较大的情况，比较经济合理,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,3防波堤的类型,三、港口水工建筑物形式,透空式防波堤:在材料使用上和经济上看来都较为合理，特别适用于水深较大、波浪较小的条件。但透空式堤不能阻止泥沙入港，也不能减小水流对港内水域的干扰,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,3防波堤的类型,三、港口水工建筑物形式,浮式防波堤:较适合于波浪较陡和水位变化幅度较大的场合，又由于它易于拆迁，因而可以用作临时工程的防浪措施,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,3防波堤的类型,三、港

22、口水工建筑物形式,喷气消波设备是利用水下管中喷出的空气与水掺和所形成的空气帘幕来削减波浪的。,最大优点是：当喷气管安设在足够的水深时，船舶可以经越其上驶入港内，畅航无阻。喷气消波设备的初期投资小，造价与水深无关，施工简单，拆迁方便。,缺点是：运转费用较高,第八章：港口及海洋洋工程,（二）防波堤,3防波堤的类型,三、港口水工建筑物形式,喷水消波设备的消波作用是利用逆着波向的喷射水流，阻碍波浪前进，使波长缩短，波浪破碎，从而消耗波浪的能量，使波高减小,第八章：港口及海洋洋工程,（三）护岸,1护岸的作用,三、港口水工建筑物形式,2护岸的种类(图),第八章：港口及海洋洋工程,（三）护岸,1护岸的作用,

23、三、港口水工建筑物形式,天然河岸或海岸，因受波浪、潮汐、水流等自然力的破坏作用，会产生冲刷和侵蚀现象。因此，要修建护岸建筑物，用于防护海岸或河岸免遭波浪或水流的冲刷,第八章：港口及海洋洋工程,（三）护岸,1护岸的分类,三、港口水工建筑物形式,直接护岸：即利用护坡和护岸墙等加固天然岸边，抵抗侵蚀,间接护岸：即利用在沿岸建筑的丁坝或潜堤，促使岸滩前发生淤积，以形成稳定的新岸坡,第八章：港口及海洋洋工程,1直接护岸,第八章：港口及海洋洋工程,2间接护岸,第八章：港口及海洋洋工程,（四）潜堤,三、港口水工建筑物形式,潜堤:利用潜堤促淤就是将潜堤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

24、行，堤顶高程应在平均水位以下，并将堤的顶面作成斜坡状，这样可以减小波浪对堤的冲击和波浪反射，而越过堤顶的水量较多,第八章：港口及海洋洋工程,（五）丁坝,三、港口水工建筑物形式,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，同时也阻碍了泥沙的沿岸运动，使泥沙落淤在丁坝之间，使滩地增高，原有岸地就更为稳固。,第八章：港口及海洋洋工程,（六）仓库、贷场,三、港口水工建筑物形式,仓库、货场是港口的储存系统，其主要作用是加速车船周转，提高港口吞吐能力。,港口仓库、货场的要求：,2库场的位置必须与货物装卸工艺流程、铁路和道路布置统一考虑，港口仓库通常与码头线平行布置；,1

25、容积和通过能力必须与码头线的通过能力相适应；,第八章：港口及海洋洋工程,（六）仓库、贷场,三、港口水工建筑物形式,4仓库结构要经济耐用；,5有的河港仓库应考虑洪水淹没的特殊问题。,3仓库的构造与设备必须适应货物性质，能保护货物，方便库内运输，便利货物的收发，并满足防火、防潮和通风等要求；,港口仓库、货场的要求：,第八章：港口及海洋洋工程,五、海洋工程的种类,(三)钻井平台,1.海上钻进平台的演变(图),2.海上钻进平台分类(图),第八章：港口及海洋洋工程,水钻由浅到深、离岸由近及远、开式由固定到移动,第八章：港口及海洋洋工程,五、海洋工程的种类,(三)钻井平台,2.海上钻进平台分类(图),固定

26、式栈桥平台,坐底式钻井平台,自升式钻井平台,半潜式平台,钻井船,第八章：港口及海洋洋工程,坐底式平台,第八章：港口及海洋洋工程,自升式钻井平台,第八章：港口及海洋洋工程,半潜式钻井平台,第八章：港口及海洋洋工程,钻井船,第八章：港口及海洋洋工程,五、海洋工程的种类,(二)生产平台,生产平台又叫浮油平台，是专门从事海上油、气等生产性开采、处理、储藏、监控、测量等作业的平台,形式：可以是单个平台，也可以是几个不同用途平台用引桥相连，组成石油生产基地,第八章：港口及海洋洋工程,五、海洋工程的种类,(三)生活平台,供工作人员生活食宿的平台,(四)近海平台,在近海水域供施工作业，并能自行升降的单一甲板平

27、台,第八章：港口及海洋洋工程,六、海洋工程特点,要综合考虑风、波浪、海流、海水盐分、冰冻、温度变化以及地震等多种因素，且具有很大的随机性，因此对海洋工程构筑物的设计和构造影响极大,1环境条件复杂且随机性大,第八章：港口及海洋洋工程,六、海洋工程特点,往往深入水下直达海度，因而比陆上建筑物的尺度大得多,2结构尺度大且设计安全度要求高,由于海洋情况复杂且随机性大，设计时不易获得可靠的数据，所以设计中的安全度要求比陆上建筑物设计时定得高。,第八章：港口及海洋洋工程,六、海洋工程特点,海洋工程除一般恒载和活荷载外，还要考虑波浪荷载、冰荷载、施工安装荷载、地震作用力、事故作用力和超孔隙压力等,3结构设计时须考虑多种力的作用,第八章：港口及海洋洋工程,六、海洋工程特点,如海洋工程构筑物要在港湾内或大型船坞内建造，然后拖运和下沉就位等；施工时经常需要潜水人员进行水下作业的检查观测,4施工方法特殊,思考题,港口由哪些部分组成？码头建筑的形式分哪几种？简述防波堤的四大类型及各自的实用条件？海洋平台的结构有哪几部分组成？讨论我国港口及海洋工程的发展前景,