港口是指，具有水陸聯運設備和條件，供船舶安全進出和停泊的運輸樞紐。港口工程（Port Engineering）是興建港口所需的各項工程設施的工程技術，包括港址選擇、工程規劃設計及各項設施（如各種建築物、裝卸設備、繫船浮筒、航標等）的修建。
基本介紹
- 中文名：港口工程
- 外文名：Port Engineering
- 前景：良好
- 所屬：土木工程
- 港口分類：商港、軍港、漁港、避風港
- 學科：構造地質學
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基本概念
港口工程是指興建港口所需的各項工程設施的工程技術。港口是交通運輸的樞紐，水陸聯運的咽喉；是水陸運輸工具的銜接點和貨物、旅客的集散地。港口工程包括港口的規劃與布置，港口水工建築物（碼頭、防波堤、護岸、船台滑道和船塢等）的設計施工，各種裝卸設備、繫船浮筒、航標等的修建。港口工程也指組成港口的各項設施。港口工程原是土木工程的一個分支，隨著港口工程科學技術的發展，已逐漸成為相對獨立的學科，但仍和土木工程的其他分支，如水利工程、道路工程、鐵路工程、橋樑工程、工民建工程、給排水工程等有著密切的聯繫。
歷史發展
歷史
最原始的港口是天然港口，有天然掩護的海灣、水灣、河口等場所供船舶停泊。隨著商業和航運業的發展，天然港口已不能滿足經濟發展的需要，須興建具有碼頭、防波堤和裝卸機具設備的人工港口，這是港口工程建設的開端。19世紀初出現了以蒸汽機為動力的船舶，於是船舶的噸位、尺度和吃水日益增大，為建造人工深水港池和進港航道需要採用挖泥機具以後，現代港口工程建設才發展起來。陸上交通尤其是鐵路運輸將大量貨物運抵和運離港口，大大促進了港口建設的發展。
前景
中國水利與港口工程建築行業發展迅速。國家政策給水利與港口工程建築行業帶來更多的利好，比如以“水利改革和發展”為主要內容的2011年中央“一號檔案”的下發和水利發展“十二五”規劃的制定。
中國水利與港口工程建築企業大約有2000 家左右，行業競爭相對激烈。未來中國水利設施建設將掀起高潮，10年將投入4萬億元用於水利設施建設。在港口投資方面，2011年前三季度，中國沿海港口建設投資完成額為707.15億元，相比之前略有減少。
從下遊行業需求看，水庫工程、水利調水工程、海堤建設工程、水土保持工程和河道工程未來仍將保持快速增長，為行業提供穩定的需求市場，有效的避開巨觀經濟層面的波動風險，這將是水利和港口工程建築行業的一個亮點。此外，從區域市場看，沿海省市、水利水電資源蘊藏豐富的長江流域和西南地區將保持較快的增速。
水利與港口工程行業尚處於供不應求的時代，企業的成功仍需在需求尚未形成之時就牢牢的鎖定並捕捉到它。那些成功的公司往往都會傾盡畢生的精力及資源搜尋產業的當前需求、潛在需求以及新的需求！同樣，在水利與港口工程建築領域，需求市場與政策導向深刻影響著行業內競爭企業的盈利能力與長遠發展。
隨著國家多項利好政策的出台，以及對民資的鼓勵扶持，水利與港口工程建築行業進入門檻不斷降低，競爭也不斷加劇，國內優秀的水利與港口工程建築企業愈來愈重視對行業市場的研究，特別是對企業發展環境和需求市場趨勢變化的深入研究。正因為如此，一大批國內優秀的水利與港口工程建築品牌迅速崛起，逐漸成為水利與港口工程建築行業中的翹楚！
港口分類
港口按用途分，有商港、軍港、漁港、避風港等；按所處位置分，有河口港、海港和河港等。
河口港
港口工程位於河流入海口或受潮汐影響的河口段內，可兼為海船和河船服務。一般有大城市作依託，水陸交通便利，內河水道往往深入內地廣闊的經濟腹地，承擔大量的貨流量，故世界上許多大港都建在河口附近，如鹿特丹港、倫敦港、紐約港、列寧格勒港、上海港等。河口港的特點是，碼頭設施沿河岸布置，離海不遠而又不需建防波堤，如岸線長度不夠，可增設挖入式港池。
海港
位於海岸、海灣或瀉湖內，也有離開海岸建在深水海面上的。位於開敞海面岸邊或天然掩護不足的海灣內的港口，通常須修建相當規模的防波堤，如大連港、青島港、連雲港、基隆港、義大利的熱那亞港等。供巨型油輪或礦石船靠泊的單點或多點系泊碼頭和島式碼頭屬於無掩護的外海海港，如利比亞的卜拉加港、黎巴嫩的西頓港等。瀉湖被天然沙嘴完全或部分隔開，開挖運河或拓寬、浚深航道後，可在瀉湖岸邊建港，如廣西北海港。也有完全靠天然掩護的大型海港，如東京港、香港港、澳大利亞的悉尼港等。
河港
位於天然河流或人工運河上的港口，包括湖泊港和水庫港。湖泊港和水庫港水面寬闊，有時風浪較大，因此同海港有許多相似處，如往往需修建防波堤等。蘇聯古比雪夫、齊姆良斯克等大型水庫上的港口和中國洪澤湖上的小型港口均屬此類。
港口組成
水域
1、進港航道要保證船舶安全方便地進出港口，必須有足夠的深度和寬度、適當的位置、方向和彎道曲率半徑，避免強烈的橫風、橫流和嚴重淤積，儘量降低航道的開闢和維護費用。當港口位於深水岸段，低潮或低水位時天然水深已足夠船舶航行需要時，無須人工開挖航道，但要標誌出船舶出入港口的最安全方便路線。如果不能滿足上述條件並要求船舶隨時都能進出港口，則須開挖人工航道。人工航道分單向航道和雙向航道。大型船舶的航道寬度為80～300米，小型船舶的為50～60米。
2、錨泊地指有天然掩護或人工掩護條件能抵禦強風浪的水域，船舶可在此錨泊、等待靠泊碼頭或離開港口。如果港口缺乏深水碼頭泊位，也可在此進行船轉船的水上裝卸作業。內河駁船船隊還可在此進行編、解隊和換拖（輪）作業。
3、港池指直接和港口陸域毗連，供船舶靠離碼頭、臨時停舶和調頭的水域。港池按構造形式分，有開敞式港池、封閉式港池和挖入式港池。港池尺度應根據船舶尺度、船舶靠離碼頭方式、水流和風向的影響及調頭水域布置等確定。開敞式港池內不設閘門或船閘，水面隨水位變化而升降。封閉式港池池內設有閘門或船閘，用以控制水位，適用於潮差較大的地區。挖入式港池在岸地上開挖而成，多用於岸線長度不足，地形條件適宜的地方。
陸域
指港口供貨物裝卸、堆存、轉運和旅客集散之用的陸地面積。陸域上有進港陸上通道（鐵路、道路、運輸管道等）、碼頭前方裝卸作業區和港口後方區。前方裝卸作業區供分配貨物，布置碼頭前沿鐵路、道路、裝卸機械設備和快速周轉貨物的倉庫或堆場（前方庫場）及候船大廳等之用。港口後方區供布置港內鐵路、道路、較長時間堆存貨物的倉庫或堆場（後方庫場）、港口附屬設施（車庫、停車場、機具修理車間、工具房、變電站、消防站等）以及行政、服務房屋等。為減少港口陸域面積，港內可不設後方庫場。
設備
技術特徵
港口水深
港口的重要標誌之一。表明港口條件和可供船舶使用的基本界限。增大水深可接納吃水更大的船舶，但將增加挖泥量，增加港口水工建築物的造價和維護費用。在保證船舶行駛和停泊安全的前提下，港口各處水深可根據使用要求分別確定，不必完全一致。對有潮港，當進港航道挖泥量過大時，可考慮船舶乘潮進出港。現代港口供大型乾貨海輪停靠的碼頭水深10～15米，大型油輪碼頭10～20米。
碼頭泊位數
根據貨種分別確定。除供裝卸貨物和上下旅客所需泊位外，在港內還要有輔助船舶和修船碼頭泊位。
碼頭線長度
根據可能同時停靠碼頭的船長和船舶間的安全間距確定。
港口陸域高程
根據設計高水位加超高值確定，要求在高水位時不淹沒港區。為降低工程造價，確定港區陸域高程時，應儘量考慮港區挖、填方量的平衡。港區擴建或改建時，碼頭前沿高程應和原港區後方陸域高程相適應，以利於道路和鐵路車輛運行。同一作業區的各個碼頭通常採用同一高程。
工程規劃
港口建設牽涉面廣，關係到臨近的鐵路、公路和城市建設，關係到國家的工業布局和工農業生產的發展。必須按照統籌安排、合理布局、遠近結合、分期建設的原則制定全國，特別是沿海港口的建設規劃。貫徹深水深用、淺水淺用的原則，合理開發利用或保護好國家的港口資源。制定規劃前要做好港口腹地的社會經濟調查，弄清建港的自然條件，選擇好港址，確定合理的工程規模和總體規劃，進行可行性研究後，制定實施規劃。有些港口，如運輸燃料或原材料為主的中小型專業性港口，也可不經過前兩個階段，直接制定實施規劃。
港口建設和所在城市的建設和發展息息相關，港口規劃應和所在城市發展規劃密切配合和協調。環境問題在總體規劃中必須放在重要位置考慮，適當配置臨海、臨江公園和臨海療養設施，嚴格防止對周圍環境的污染，創造出美好的空間，使港口對城市生活提供美好的側面，成為市民休息的場所。
港址選擇
港口規劃工作的重要步驟，港口經濟腹地範圍、交通、工農業生產和礦藏情況及貨種、貨流和貨運量情況是確定港址的重要依據；要廣泛調查研究，分析論證。自然條件是決定港址的技術基礎，故對有條件建港的地區應進行港口工程測量、濱海水文、氣象、地質、地貌等方面的深入調查研究，輔以必要的科學實驗，然後對港址進行比較選擇，務求做到技術上可能，經濟上合理。
平面布置
港口工程設計的首要工作。其任務是將港口各個作業區和港口水域及陸域的各個組成部分和工程設施進行合理的平面布置，使各裝卸作業和運輸作業系統、生產建築和輔助建築系統等相互配合和協調，以提高港口的綜合通過能力，降低運輸成本。
港口水工建築物
一般包括防波堤、碼頭、修船和造船水工建築物。進出港船舶的導航設施（航標、燈塔等）和港區護岸也屬於港口水工建築物的範圍。港口水工建築物的設計，除應滿足一般的強度、剛度、穩定性（包括抗地震的穩定性）和沉陷方面的要求外，還應特別注意波浪、水流、泥沙、冰凌等動力因素對港口水工建築物的作用及環境水（主要是海水）對建築物的腐蝕作用，並採取相應的防沖、防淤、防滲、抗磨、防腐等措施。
防波堤
位於港口水域外圍，用以抵禦風浪、保證港內有平穩水面的水工建築物。突出水面伸向水域與岸相連的稱突堤。立於水中與岸不相連的稱島堤。堤頭外或兩堤頭間的水面稱為港口口門。口門數和口門寬度應滿足船舶在港內停泊、進行裝卸作業時水面穩靜及進出港航行安全、方便的要求。有時，防波堤也兼用於防止泥沙和浮冰侵入港內。防波堤內側常兼作碼頭。防波堤的堤線布置形式有單突堤式、雙突堤式、島堤式和混合式。為使水流歸順，減少泥沙侵入港內，堤軸線常布置成環抱狀。防波堤按其斷面形狀及對波浪的影響可分為：斜坡式、直立式、混合式、透空式、浮式，以及配有噴氣消波設備和噴水消波設備的等多種類型。一般多採用前三種類型：
1、斜坡式防波堤。常用的型式有堆石防波堤和堆石稜體上加混凝土護面塊體的防波堤。斜坡式防波堤對地基承載力的要求較低，可就地取材；施工較為簡易，不需要大型起重設備，損壞後易於修復。波浪在坡面上破碎，反射較輕微，消波性能較好。一般適用於軟土地基。缺點是材料用量大，護面塊石或人工塊體因重量較小，在波浪作用下易滾落走失，須經常修補。
2、直立式防波堤。可分為重力式和樁式。重力式一般由牆身、基床和胸牆組成，牆身大多採用方塊式沉箱結構，靠建築物本身重量保持穩定，結構堅固耐用，材料用量少，其內側可兼作碼頭，適用於波浪及水深均較大而地基較好的情況。缺點是波浪在牆身前反射，消波效果較差。樁式一般由鋼板樁或大型管樁構成連續的牆身，板樁牆之間或牆後填充塊石，其強度和耐久性較差，適用於地基土質較差且波浪較小的情況。
3、混合式防波堤。採用較高的明基床，是直立式上部結構和斜坡式堤基的綜合體，適用於水較深的情況。當前防波堤建設日益走向深水，大型深水防波堤大多採用沉箱結構。在斜坡式防波堤上和混合式防波堤的下部採用的人工塊體的類型也日益增多，消波性能愈來愈好。
碼頭
供船舶停靠、裝卸貨物和上下旅客的水工建築物。廣泛採用的是直立式碼頭，便於船舶停靠和機械直接開到碼頭前沿，以提高裝卸效率。內河水位差大的地區也可採用斜坡式碼頭，斜坡道前方設有躉船作碼頭使用；這種碼頭由於裝卸環節多，機械難於靠近碼頭前沿，裝卸效率低。在水位差較小的河流、湖泊中和受天然或人工掩護的海港港池內也可採用浮碼頭，藉助活動引橋把躉船與岸連線起來，這種碼頭一般用做客運碼頭、卸魚碼頭、輪渡碼頭以及其他輔助碼頭。碼頭結構形式有重力式、高樁式和板樁式。主要根據使用要求、自然條件和施工條件綜合考慮確定。
1、重力式碼頭。靠建築物自重和結構範圍的填料重量保持穩定，結構整體性好，堅固耐用，損壞後易於修復，有整體砌築式和預製裝配式，適用於較好的地基。
修船和造船水工建築物
有船台滑道型和船塢型兩種。待修船舶通過船台滑道被拉曳到船台上，修好船體水下部分以後，沿相反方向下水，在修船碼頭進行船體水上部分的修理和安裝或更換船機設備。新建船舶在船台滑道上組裝並油漆船體水下部分後下水，在艦裝碼頭安裝船機設備和油漆船體水上部分。
船塢分為乾船塢和浮船塢。
1、乾船塢。為一低於地面、三面封閉一面設有塢門的水工建築物。待修船舶進塢後，關閉塢門，把水抽乾，修好船體水下部分後灌水，使船起浮，打開塢門，使船出塢。新建船舶在塢內組裝船體結構，油漆船體水下部分和安裝部分船機設備後出塢，然後進行下一步工作。
2、浮船塢。由側牆和塢底組成。修船時先向塢艙灌水使塢下沉，拖入待修船舶後，排出塢艙水，使船舶坐落塢底進行修理。在浮船塢新建船舶的建造情況和乾船塢相似。浮船塢可系泊在船廠附近水面上，也可用拖輪拖至他處使用。船台滑道和船塢均要求有堅固的基礎以承受船體傳下的巨大壓力。在軟弱地基上修建時，一般採用樁基礎。在透水性土上修建大型船塢時，一般採用減壓排水式結構，用打板樁或採取人工排水設施降低地下水位，減少空塢時地下水對塢底板產生的巨大浮托力和塢牆的側壓力。
港口施工
港口工程施工有許多地方與其他土木工程相同，但有自己的特點。港口工程往往在水深、浪大的海上或水位變幅大的河流上施工，水上工程量大，質量要求高，施工周期短，中國和其他國家的一些海港還受颱風或其他風暴的襲擊。因此要求儘可能採取裝配化程度高，施工速度快的工程施工方案，儘量縮短水上作業時間。並採取切實可行的措施保證建築物在施工期間的穩定性，防止滑坡或其他形式的破壞。由於施工方法不當或對風暴的生成機理和破壞性認識不足，措施不力，造成施工期間建築物的破壞事例時有發生，應引為借鑑。
