港口是具有水陆联运设备和条件,供船舶安全进出和停泊的运输枢纽,是水陆交通的集结点和枢纽,是工农业产品和外贸进出口物资的集散地,船舶停泊、装卸货物、上下旅客、补充给养的场所。港口是联系内陆腹地、海洋运输和国际航空运输的一个重要衔接点。
港口由水域和陆域两大部分组成。水域是供船舶进出港,以及在港内运转、锚泊和装卸作业使用的,因此要有足够的水深和面积,水面基本平静,流速和缓,以便船舶的安全操作。陆域是供旅客上下船,以及货物的装卸、堆存和转运使用的,因此必须有适当的高程、岸线长度和纵深,以便在这里安置装卸设备、仓库和堆场、铁路、公路,以及各种必要的生产、生活措施等。
(一)港口的作用
港口是一个国家或地区的门户,交通运输的枢纽,对外贸易的重要出入口。港口具有运输、工业和商业等多种功能,是一个国家和地区的重要经济资源。世界上的发达国家一般都有自己的海岸线和功能较为完善的港口。港口的作用主要有以下4个方面:
1.物流服务
港口首先应该为船舶、汽车、火车、飞机、货物、集装箱提供中转、装卸和仓储等综合物流服务,尤其是提高多式联运和流通加工的物流服务。
2.信息服务
现代港口不但应该为用户提供市场决策的信息及其咨询,而且还要建成电子数据交换(EDI)系统的增值服务网络,为客户提供订单管理、供应链控制等物流服务。
3.商业功能
港口的存在既是商品交流和内外贸易存在的前提,又促进了它们的发展。现代港口应该为用户提供方便的运输、商贸和金融服务,如代理、保险、融资、货代、船代、通关等。
4.产业功能
建立现代物流需要具有整合生产力要素功能的平台,港口作为国内市场与国际市场的接轨点,已经实现从传统货流到人流、货流、商流、资金流、技术流、信息流的全面大流通,是货物、资金、技术、人才、信息的聚集点。
(二)港口的分类
港口因其地理位置和服务对象的不同,可作如下分类。
(1)港口按用途可分为商港、渔港、工业港、军港和避风港5类。
商港。主要供旅客上下和货物装卸转运的港口,又可分为一般商港和专业商港。一般商港用于旅客运输和装卸转运各种货物的港口,如上海港、天津港等。专业港是指专门进行某一种货物(或以此种货物为主)装卸的港口,如秦皇岛港(主要以煤炭和石油装卸为主)。
渔港专为渔船服务的港口。渔船在渔港停靠,并卸下捕获物冷藏加工,同时进行淡水、冰块、燃料及其他物资的补给,如舟山的定海港。
工业港固定为某一工业企业服务的港口,专门负责该企业原料、产品及所需物资的装卸转运工作,如大连地区的甘井子码头等。
军港专供停泊舰艇并能取得舰艇所需的各种补给的港口。
避风港供大风情况下船舶临时避风的港口。避风港一般很少有完善的停靠设施,通常仅有一些简单的系靠设备。
(2)港口按地理位置可分为海港、河港、湖港和水库港。
海港在自然地理条件和水文气象方面具有海洋性质,而且是为海船服务的港口。海港又可细分为海湾港、海峡港、河口港。海湾港是指位于海湾内,常有岛屿等天然屏障作保护,不需要或只需要较少的人工防护即可防御风浪侵袭的港口,如旅顺港。海峡港是指处于大陆和岛屿或岛屿与岛屿之间的海峡地段上的港口,如湛江港。河口港是指位于入海河流河口地段的港口,如上海港。
河港位于沿河两岸,并且具有河流水文特性的港口,如武汉港。
湖港与水库港位于湖泊和水库岸边的港口。
(3)港口按潮汐的影响可分为开敞港、闭合港和混合港。
开敞港港内水位潮汐的变化与港外相同的港口。
闭合港与开敞港正好相反,在港口入海处设有闸,将港内水域与外海分开,使港内水位不随海上潮汐的变化而变化(以保证在低潮时,港内仍有足够的水深)的港口。
混合港兼有开敞港和闭合港特性的港口。
(4)港口按航行范围可分为国际港、国家性港和地区性港3类。
国际性港主要停泊来自世界各国港口的船舶。
国家性港主要停泊往来于国内港口的船舶。
地区性港主要停泊往来于国内某一地区港口的船舶。
(三)港口水域设施
港口水域是指港口界线以内的水域面积。它一般需满足两个基本要求:一是船舶能安全地进出港口和靠离码头;二是能稳定地进行停泊和装卸作业。港口水域主要包括码头前水域、进出港航道、船舶转头水域、锚地等4部分。
1.码头前水域(港池)
码头前水域内要求风浪小,水流稳定,具有一定的水深和宽度,能满足船舶靠离装卸作业的要求。按码头布置形式,码头前水域可分为顺岸码头前的水域和突堤码头间的水域。港池的大小按船舶尺度、靠离码头的方式,水流和强风的影响、转头区布置等因素确定。
(1)开敞式港池,港池内水面随水位升降变化,不设闸门或船闸。它是海、河港口的一种最普通的形式,是相对于封闭式港池而言的。
(2)封闭式港池是一种建筑在潮差很大的地区,用闸门或船闸与港池外水域分隔开的港池。它的优点是:使港池内的水面保持在一个比较稳定的高水位上,因而在建设港池时可以减少土方开挖量和码头建筑物的高度;可以减少泥沙淤积;保证船舶靠泊的稳定和改善货物装卸作业条件。缺点是:船舶进出港口(港池)要过闸,不太方便;要相应增加一部分管理费用。
(3)挖入式港池是在岸上开挖出来的港池,在地形条件适宜或岸线不足时可建这种港池。优点是:可延长码头岸线,多建泊位;掩护条件较好。缺点是:开挖土方量较大;在含沙量大的地方易受泥沙回淤的影响;在寒冷地区封冻时间较长。
2.进出港航道
进出港航道指船舶进出港区水域并与主航道连接的通道。一般设在天然水深良好,泥沙回淤量、小,尽可能避免横风横流和受冰凌等干扰的水域。其方向一般顺水流呈直线形布置。根据船舶通航的频繁程度可分别采用单行航道或双行航道。
3.船舶转头水域
转头水域又称回旋水域,指船舶在靠离码头、进出港口需要转头或改换航向时专设的水域。其大小与船舶尺度、转头方式、水流、风速、风向有关。转头水域一般可与港内航行水域合并在一起布置。
转头水域的深度,在海港最小水深一般按大型船舶乘潮进出港口的原则考虑;在内河港最小水深一般不小于航道控制段最小通航水深。
4.锚 地
锚地是专供船舶(船队)在水上停泊及进行各种作业的水域,如装卸锚地、停泊锚地、避风锚地、引水锚地及检疫锚地等。装卸锚地为船舶在水上过驳的作业锚地;停泊锚地包括到离港锚地,供船舶等待靠码头、候潮和编解使用的锚地;避风锚地指供船舶躲避风浪时的锚地;检疫锚地为外籍船舶到港后进行卫生检疫的锚地,有时也和引水、海关签证等共用。
(四)港口陆域设施
港口陆域是指港口范围内的陆地面积,一般包括装卸作业地带和辅助作业地带两部分,并包括一定的预留发展地。装卸作业地带布置有仓库、货场、铁路、道路、站场、通道等设施;辅助作业地带布置有车库、工具房、变(配)电站、机具修理厂、作业区办公室、消防站等设施。
1.港区生产设施(www.daowen.com)
生产性建筑物为水运企业实施主要生产工艺过程的建筑物。在港口中,生产性建筑物有码头、仓库、货场、客运站、铁路、道路等;在修造船企业中,生产性建筑物有船坞、船台、轮机车间、船体车间等。
生产辅助建筑物为水运企业辅助生产服务的建筑物,如港口的流动机械库、修理厂(所)、供应站、航修站、变电所、候工室、作业区办公室、消防站、通信建筑及港务管理办公建筑等。
港区作业调度室是港口日常装卸作业、生产的指挥中心。调度室一般设在港口装卸作业最中心的位置,并装设有与各有关方面联系的有线和无线电话及各种先进的电子装置。
2.港口集疏运设施
港区道路是港内通行各种流动机械、运输车辆和人行的道路。港区道路联系码头、仓库、货场、前后方之间和港内与港外之间的交通,为减少行车干扰,便利消防,一般布置成环行系统。在主要装卸区车辆、机械行驶较多的地区,路面多铺设混凝土和沥青混凝土。
港口铁路在港口范围内专为港口货物装卸、转运的铁路线路及设备,一般由港口车站、港区车场、码头线和库场货物线等组成。在作业量不是很大,距路网上编组站较近时,港口车站可与之合并;如作业量较小,车流性质较单纯时,港口专用线可直接与路网上的编组站或其他车站相连接。
3.码头、泊位
码头是供船舶停靠,装卸货物和上下游客的水工建筑物,是港口的主要组成部分。码头按用途可分为一般件杂货码头、专用码头(渔码头、油码头、煤码头、矿石码头、集装箱码头等)、客运码头、供港内工作船使用的工作船码头以及为修船和造船工作而专设的修船码头、舾装码头。
泊位是指一艘标准船型停靠码头所占用的岸线长度。泊位长度一般包括船舶的长度L和船与船之间的必要安全间隔d。d值的大小根据船舶大小而变化,一个万吨级泊位为15~20 m。泊位的数量与大小是衡量一个港口或码头规模的重要标志。一座码头可能由一个或几个泊位组成,视其布置形式和位置而定。
4.港区仓库
专供进出港口的货物临时或短期存放保管的建筑物称为仓库。它是港口的重要组成部分,其主要作用是便于货物储存、集运,加快车、船周转,提高港口通过能力,保证货运质量。为了流动机械、车辆能在库内作业、通行,仓库的建筑结构要求跨度大、净空高、库门宽。港区仓库按存放货物的种类分为件货仓库、散货仓库、危险品仓库及冷藏库等;按其位置分为前方仓库和后方仓库;按其特点分为专用仓库、通用仓库、单层仓库与多层仓库等。
前方仓库是设在码头前方第一线与船舶装卸作业直接相关的建筑物。其容量一般要与泊位通过能力相适应。后方仓库是与前方仓库相对而言的,位于港区的后方,距离码头泊位比较远的建筑物。堆存时间较长的货物通常保管在后方仓库(场)。为加快车、船周转,避免港口堵塞,卸在前方仓库(场)的货物如超过堆存期限,物资部门仍未提货,港口会将其转到后方仓库(场)堆存保管。后方仓库的容量要根据货物集散的速度和港口所在地区的要求而定。
5.港区货场
在港内堆存货物用的露天场地称为货场,它的性质和作用与仓库相同。凡不需进库的货物一般在货场存放。货场有件杂货场和散杂货场两类。件杂货场一般都需要进行铺砌,所用材料视货物种类和装卸设备类型而异,有混凝土、沥青混凝土、块石、碎石等。根据场地所在位置,货场也有前、后方之分。场地要有一定的坡度,便于排水;要留有通道,便于车辆、装卸机械通行和消防。
6.港口机械
港口装卸机械是完成港口货物装卸的重要手段,用于完成船舶与车辆的装卸、货物的堆码、拆垛与转运等。港口流动的装卸机械有较大型的轮胎起重机、履带式起重机、浮式起重机和各种装卸搬运机械(如叉式装卸车、单斗车、牵引车)等;固定装卸机械有门座起重机、岸边起重机、集装箱起重机和各种连续输送机械(如带式输送机、斗式提升机、气力输送机、螺旋输送机和油气管道)等。
7.港口给排水和供电
港口给水系统是为船舶和港口的生产、生活、环境保护与消防提供用水,且根据不同用途提供不同的水量、水压和水质。
港口排水系统的任务是及时地排除港区的生产水、生活污水及地面雨水,对有害的污水进行净化处理,达到环境保护的要求后排放,以防止对环境水域的污染。
港口供电对象主要是装卸机械、维修设备、港口作业辅助设施,以及照明、通信与导航设施等。
8.船舶基地
为了保证生产与安全,港口需要配备有各种辅助船舶,如拖船、供水船、燃料供应船,起重船、垃圾船、巡逻艇、搜救船等。船舶基地主要用于各种辅助船舶的停泊与维护。
综上所述,港口的设施数量是非常庞大的,犹如一个独立的小城市。然而就生产作业来说大体上可归纳为船舶航行作业、装卸作业、货物存储以及集疏运四大部分。船舶航行作业部分包括港内外航道、锚地、港池和船舶回转水域,还有保证安全航行的通信、导航设施。装卸作业部分包括码头、水上装卸锚地以及各种装卸设备。货物存储部分主要包括陆域上的仓库和堆场以及库场的机械设备。对于有旅客运输的港口,在陆域上还必须特别注意建设客运站等设施。集疏运部分除了水路外主要就是铁路与公路。
(五)港口的水工建筑物
水工建筑物是指建筑物的大部分处于水中,或经常与水接触。这类建筑物要遭受海水的侵蚀等有害作用,因此对它们的结构和材料有特殊的要求,应该异常坚固又经久耐用。根据各种不同的用途,港口水工建筑物可分为防波堤、码头建筑物、护岸建筑物、修船和造船水工建筑物四大类。
1.防波堤
防波堤是位于港口水域外围,用以抵御风浪、保证港内有平稳水面的水工建筑物。这种建筑物在水域外围的深海中,要经受巨大的波浪和冲击力,因此要建造的既稳定又坚固,规模往往也很大。突出水面、伸向水域与岸相连的防波堤称突堤。立于水中与岸不相连的防波堤称岛堤。堤头外或两堤头间的水面称为港口口门。口门数和口门宽度应满足船舶在港内停泊、进行装卸作业时水面稳静及进出港航行安全、方便的要求。有时防波堤也用于防止泥沙和浮冰侵入港内。防波堤内侧常兼作码头。
在港口工程中,防波堤按其断面形状及对波浪的影响可分成以下4种,如图4-5所示。
(1)直立式防波堤如图4-5(a)所示,它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,适用于波浪大及水深而地基较好的区域。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区域。
(2)斜坡式防波堤如图4-5(b)所示,它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,损坏后易于修复。波浪在坡面上破碎,反射较轻微,消波性能较好。这类防波堤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。
(3)半直立式防波堤如图4-5(c)所示,它适用于高水时间较长而低水时间较短的情况。
(4)半斜坡式防波堤如图4-5(d)所示,它适用于枯水时间较长而高水时间较短的情况。
图4-5 防波堤形式
2.码头建筑物
码头是港口的主要组成部分,码头建筑物也是港口的主要水工建筑物,供船舶停靠、装卸货物和上下旅客。直立式码头是各港口广泛采用的码头类型,便于船舶停靠和机械直接开到码头前沿,以提高装卸效率。内河水位差较大的地区也可采用斜坡式码头,斜坡道前方设有趸船作码头使用。这种码头由于装卸环节多,机械难以靠近码头前沿,装卸效率低。在水位差较小的河流,湖泊中和受天然或人工掩护的海港港池内也可采用浮码头,借助活动引桥把趸船与岸连接起来。这种码头一般用作客运码头、卸鱼码头、轮渡码头以及其他辅助码头。
码头的类型较多,根据不同的分类方法有不同的类型。
(1)按用途可分为客运码头、货运码头、轮渡码头、工作船码头、渔码头、修船码头等。而货运码头中又可分为件杂货码头、散货码头、油码头、集装箱码头等。
(2)按平面布置可分为顺岸式码头、突堤式码头和墩式码头等。
(3)按断面形式可分为直立式、斜坡式、半直立式和半斜坡式等。
(4)按结构形式可分为重力式、板柱式、离桩板梁式等。
另有主要用作浮码头使用的趸船。趸船是一种无动力装置的矩形平底船,通常固定在岸边,用于装卸货物或供行人上下,也被用作商业、娱乐及水上学校等。
3.护岸建筑物
港口陆域和水域的交接地带,除停靠船舶的码头岸线外,其他未被利用的天然岸坡因经常遭受着潮汐、水流和波浪的作用,若边坡土质比较松软,非常容易被冲刷而引起坍塌,进而影响陆域及其上面建筑物的安全,同时也会影响水域的深度。因此要对这些岸边进行加固,须修建护岸建筑物。最常见的护岸建筑物有护坡和护墙。护坡用块石或混凝土板铺砌而成;护墙是用混凝土制成的挡土墙。
4.修船和造船水工建筑物
修船和造船水工建筑物有船台滑道型和船坞型两种。待修船舶通过船台滑道被拉拽到船台上,修好船体水下部分以后沿相反方向下水,再于修船码头进行船体水上部分的修理和安装或更换船机设备。新建船舶在船台滑道上组装并油漆船体水下部分后下水,在舰装码头安装船机设备和油漆船体水上部分。
船坞分为干船坞和浮船坞。
(1)干船坞为一低于地面、三面封闭、一面设有坞门的水工建筑物。待修船舶进坞后,关闭坞门,把水抽干,修好船体水下部分后灌水,使船起浮,打开坞门,使船出坞。新建船舶在坞内组装船体结构,油漆船体水下部分和安装部分船机设备后出坞,然后进行下一步工作。
(2)浮船坞由侧墙和坞底组成。修船时先向坞舱灌水使坞下沉,拖入待修船舶后,排出坞舱水,使船舶坐落坞底进行修理。浮船坞新建船舶和干船坞相似。浮船坞可系泊在船厂附近水面上,也可用拖船拖至他处使用。船台滑道和船坞均要求有坚固的基础以承受船体传下的巨大压力,在软弱地基上修建时一般采用桩基础。在透水性土上修建大型船坞时,一般采用减压排水式结构,用打板桩或采取人工排水设施降低地下水位,减少空坞时地下水对坞底板产生的巨大浮托力和坞墙的侧压力。
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