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基于唐山港海域防波堤施工方案优化研究

日期:2021年01月12日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:23
论文价格:150元 论文编号:lw202101071434149231 论文字数:32633 所属栏目:建筑施工与管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇建筑施工与管理论文,本文针对唐山港海域中两个重要港口区域——曹妃甸和京唐港——防波堤施工方案进行分析,采用AHP 分析法比选出最优堤型结构形式,通过效用理论和多属性决策投影法推荐了最佳主体结构选材,与原施工方案进行后验并验证一致。此结果验证了模型对于防波堤堤型结构选择和主体结构选材的有效性,推出建模所选取的权重和赋值有一定合理性和科学性,为将模型推广到其他防波堤工程施工方案设计提供了理论支撑,对其他海域新开发港口防波堤工程的设计、施工提供借鉴和参考。同时,证明了原建设、设计、施工单位在施工前期充分考虑了投资、工期、质量、极端环境、后期维护、消浪效果、施工难易、功能延展、地基承载、施工安全、水体扰动与环境保护等因素,实现了科学设计、合理规划的工程目标。


第 1 章 绪论


1.1 选题背景及意义

防波堤的施工方案是港口工程建设的重要组成部分,是大部分港口水工建筑施工的前置工程。作为各类水工建筑物的“前线卫士”,防波堤直接承受巨大的波浪力的作用,能够降低波浪的影响,防御海水的侵袭,维护防波堤防护区域水体的稳定,确保船舶过口门之后在防护区域进出、停靠、作业的平稳[1]。众多防波堤中,一端与岸线相连接、另一端伸向海洋的堤坝称为突堤,两端均未与岸线相连接、孤立在水中的堤坝称为岛堤。与其他水工建筑物相比,防波堤工程一般工期较长,造价偏高,施工困难,质量要求高。因此,防波堤建筑型式、堤身主体材料的选择以及重要施工工序的优化,已经成为水工整体设计和施工方案的重要组成部分。虽然近几十年来,国内、国外的设计师和施工单位在防波堤设计、施工等方面有着突飞猛进的进步和创新,但由于水文情况的地域特殊性、防波堤下部基础的复杂性、区域经济社会发展的差异性,施工选材不经济、防波堤受侵蚀、建构筑物毁损、港口码头失稳、极端气候条件不适应等现象时有发生。尤其是袋装砂防波堤在施工初期容易失稳的问题,尚未得到有效解决。

本课题来源为自拟题目,意义在于通过对防波堤施工方案进行优化研究,建立选材和选型模型,提出工艺优化方案,进一步提高防波堤施工的经济性和便捷性,增强防波堤工程的稳固性和耐久性。

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1.2 国内外研究现状

国内外近百年来水工建构筑物的设计和施工过程中,涌现出很多经典的防波堤施工案例。从不胜枚举的众多案例中选取和本文分析有关联的部分案例进行展示,尤其是针对斜坡式和直立式防波堤,特选取有代表性的案例述说其设计构造和施工重点,旨在为本文防波堤施工方案的优化提供借鉴和参考。

1.2.1 天津港北防波堤

抗日战争时期,日本人在天津港设计、建造了港池最早的防波堤,妄图进一步修建港口,蚕食我国的交通运输领域。随着抗日战争的胜利,日军战败,简陋的防波堤未建成即遭毁坏。随着建国之后我国港口行业的飞速发展,天津港作为全国最大的港口之一,对原来老旧建构筑物进行了全面修复,尤其是最早的港北防波堤的修建更是提上了重要的议事日程。几经改造之后,南、北两端防波堤均焕然一新,与港池、航道交相辉映,环抱着驰名中外的国际最大港口之一,为我国改革开放的快速发展提供了坚实的支撑。为了支撑天津市滨海新区大力发展,不断推动重点项目落地,更好地发挥区域优势,实现招商引资目标的完成,天津港防波堤北段的建设在合理地规划和各方大力支持下,以高标准严要求的理念圆满完成了各项施工任务。

王美茹[2]认为,随着天津港防波堤北段建设吹沙填海的不断推进,应该着重对原掩体进行优化,一次性打开北部防护堵口后,逐步开挖北部港池。

郑军[3]提出,借助掩体进行吹沙造地,建设而成的主航道北侧的防波堤工程,起始于新建的北大港防波堤,贯穿于天津港主航道,终止于南外堤东边 5850 米方位,形成良好的北大围埝,保护着天津港港池的开发建设。

A.H.NIKPOUR[4]等认为,削角王字空心块与方块的混合使用,可以有效地促使波浪在削角斜面上破碎消灭,实现了防波堤稳定、经济、合理。天津港防波堤全国首创性地在堤坝加高过程中使用了削角王字空心块与方块的混合技术。随后,这种设计方案逐渐被各方接受并采纳。

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第 2 章 唐山港海域情况及工程设计要求


2.1 曹妃甸港海域自然条件

河北唐山南部的海域,冉冉升起了曹妃甸这颗熠熠发光的明珠。滩地水浅平缓,岸线转折迂回,背靠渤海深槽,海底常年稳定[13]。尤其是借助发达的京、津、唐工业区域,融合交织成四通八达的交通网络。大自然的馈赠,为曹妃甸工业区的大规模开发建设提供了优质的深水良港和土地资源。在对外运输交流方面,华北、东北甚至全世界,都可以看到曹妃甸港口进出的船舶。近几年来,曹妃甸早已成为唐山的国际运输、贸易、物流中心,成为河北的率先发展经济增长极,成为京津冀协同发展示范区的标兵,成为链接东北亚经济带的重要纽带。

2.1.1 地理位置

曹妃甸港位于渤海西岸,地处唐山市曹妃甸区南部海域,南临渤海湾的 20~30m 主深槽,外海波浪不易侵入,自然条件优越,坐拥建设大型专业港区的难得资源。京津冀港口开发建设的龙头天津港,距曹妃甸港东部 38 海里。旅游胜地秦皇岛,距曹妃甸港西部 92 海里。

表 1 风速、风向频率统计表

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2.2 京唐港海域自然条件

唐山港京唐港港区是最早的唐山港代名词,在大清河口南边保卫着渤海湾北侧砂质最活跃、产业最集中、发展最迅速、位置最重要的华北重工业码头,成为了我国“北煤南运”的重要运输通道,也是挖入式港口在我国的首次实践[15]。说到“挖入式”港口布置,就不得不提到将加工、堆放、装载集一身的京唐港。京唐港的存在,除了能保障了唐山地区的煤矿和铁矿运输,还为建成长岸线、多码头的先进港区创造了条件。至今,京唐港已发展成为乐亭新区、唐山片区乃至华北地区散杂货运输的重要门户,综合运输交通成为了其赖以生存的重要功能,涅槃重生的唐山市高速发展的危化品综合利用、钢铁冶炼、煤炭交易等产业,造就了如今欣欣向荣繁荣发展的京唐港港区。

交通便利常为了京唐港港区初始发展的重要筹码,贯穿于华北地区的京秦、大秦、京沈三条铁路主线,与卑水、唐遵、唐港、汉张等几条铁路交织在一起,形成了全国少见的水、路两栖网络。迁曹铁路正线里程达 232 公里,是港区建设的“命脉工程”,将为唐山港构筑起最经济、最便捷的后方交通体系,为港口集疏运打开通道,为环渤海地区的经济迅猛腾飞注入强大动力。

唐山港建成通航以来,唐山市的工业发展随着港口的开发建设不断推进,华北地区丰富的自然资源借助港口的建设普惠到全国各地,煤炭运输成为唐山港重要经济来源,矿石运输的兴起和钢铁企业转型升级,更是助推了唐山港与重工业的融合发展。同时发展了高新技术、汽车、机电产品、化工产品、畜牧产品、农产品等货物种类的运输市场,吞吐量连年增长,进入了发展快车道。

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第 5 章 施工工艺控制与改进


5.1 原施工流程和重点施工工艺

在原施工方案中,曹妃甸港工程实际施工于 21 世纪初,由于施工时间相对久远,有些新兴技术尚未运用到防波堤施工领域。京唐港工程袋装砂做堤心样板工程较少,施工经验有限。在施工流程和具体施工方法上都有值得完善的方面。现对此两工程原施工方法整理如下:

5.1.1 曹妃甸港海域工程原施工流程和重点工艺

对曹妃甸港海域工程原施工方案进行整理可得:

1) 施工流程

图 4 曹妃甸港海域工程原施工流程

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结论

随着“一带一路”倡议逐步深入和国际贸易的日益频繁,港口发展前景不可限量,防波堤的施工方案在港口规划、建设过程中的地位与日俱增。本文针对唐山港海域中两个重要港口区域——曹妃甸和京唐港——防波堤施工方案进行分析,采用AHP 分析法比选出最优堤型结构形式,通过效用理论和多属性决策投影法推荐了最佳主体结构选材,与原施工方案进行后验并验证一致。此结果验证了模型对于防波堤堤型结构选择和主体结构选材的有效性,推出建模所选取的权重和赋值有一定合理性和科学性,为将模型推广到其他防波堤工程施工方案设计提供了理论支撑,对其他海域新开发港口防波堤工程的设计、施工提供借鉴和参考。同时,证明了原建设、设计、施工单位在施工前期充分考虑了投资、工期、质量、极端环境、后期维护、消浪效果、施工难易、功能延展、地基承载、施工安全、水体扰动与环境保护等因素,实现了科学设计、合理规划的工程目标。

本文通过对施工工艺的优化进行论证,得出管理和技术两个层次的系统优化方案。既实现了管理水平稳步提升、施工和作业安全符合要求,又减少了环境带来的不可控风险、提高了理坡精度、节约了测量工期、优化了堤顶标高控制、解决了袋装砂初期稳定性差的难题。对防波堤施工方案的选择科学建模,对施工工艺的改进不断探索,对新工艺、新方法、新理念的施工大胆尝试,终将会形成系统的防波堤施工经验,推动防波堤施工方案走向成熟。

参考文献(略)

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