繁忙的水中建筑——码 头
防波堤可以形成人工掩护港内水域,为港口改善所需海洋环境,常是建设水陆转运枢纽的前提与关键,而码头是港口实现水陆转运的主体。码头常指供船舶停靠、货物装卸、旅客上下或进行其他专业性作业,发挥转运主要功能的水中建筑物。从广义上理解,码头应包括整个转运的作业地带,前沿装卸设备作业区、中部仓库、堆场作业区和后方铁路、公路集疏运区。按主要功能,港口重点是货运码头和客运码头,前者数量多、运量大、种类多;后者相对较少、较单一。前者常有件杂货、集装箱;煤炭、矿石、建筑材料、粮食、化肥等散货;原油、木材等专用码头等。此外,还需工作船码头,供拖轮、交通船、供油与供水船靠泊用;修船码头,供船舶修理、船厂舾装用;有时还有军用码头和渔用码头。根据码头的实际使用要求、建造码头处具体的地基特点和水文条件等,其结构型式主要有重力式、板桩和高桩三种码头,重力式码头是一常用型式,其重力墙种类也多样。此三类型式都是直立式码头,前沿临深水,利于船舶停靠与装卸,这也是海港中广泛采用的。
1. 重力式码头
要形成临海前沿具有一直立式的工作面条件,码头建筑物必须能承受背侧后方堆土或填土的土压力、码头顶面各种设施的重量和装卸作业过程中的各种荷载、码头前沿船舶作用力和静水与动水压力以及地基承载力和地基变形的影响。重力式码头主要依靠临海的重力墙,用其自身的重量来保持建筑物的稳定。码头由重力墙及其基床与上部结构,墙后回填沙、石等组成。重力墙可以采用混凝土方块砌筑、钢筋混凝土沉箱或扶壁式墙等形式。
重力式码头一般使用于较好的地基,基床需整平夯实;预制和起重吊运量大;完成后整体性好,坚固耐久、维护工作少;由于回填材料用量多,需考虑供应来源。
2. 板桩码头
形成临海前沿直立式工作面条件,板桩码头主要依靠临海的板桩墙,垂向打入地基一定深度,稳固下端,也防止墙外侧淘刷影响,上部在内侧一定距离处设锚定结构,用拉杆同板桩墙连接,防止墙内侧填土后向外倾斜变形,用拉杆拉力和入土部分板桩地基嵌固力来维持其整体稳定。板桩墙纵向各板桩间有凹凸榫连接并用导梁和帽梁加强联系。板桩墙也起着挡土墙作用,受内侧土压力作用,外侧挡水泊船。板桩墙常采用钢板桩和钢筋混凝土板桩,前者强度高、连接好、施工快,但成本高、水位变动区易锈蚀;后者耐久性强、成本低,但强度和连接不如前者。
3. 高桩码头
与上述两种码头不同,高桩码头在岸线陆域前一定距离,临近深水处,采用群桩和桩台相对形成与陆域分离的直立式工作面。桩台上承受各种荷载;群桩多直桩,常采用内侧打一对义桩,有利于桩台承受水平荷载。桩群下岸坡常为自然土坡,桩台后方有直接与岸连接,加设抛石棱体与矮挡土墙,也有用栈桥与岸连接,后者应用甚广。群桩又称为基桩,常用钢管桩或钢筋混凝土桩,前者强度高、施工方便,但造价高、易腐蚀,后者较耐久、价廉,强度高的预应力钢筋混凝土管桩出现后在工程上广泛应用。
此外,与上述固定式码头不同,沿海也有采用浮码头的,由可活动的囤船和引桥组成。囤船浮在水面,可随水位升降,船旁内侧用铰与撑杆连接,撑杆另一端也用铰同固定撑座连接。引桥外端用滚轮搁在囤船面内侧,随船升降而调整,孔桥内端用铰同固定桩台连接,与固定引桥相通。浮码头水陆连接问题是转运的重点,需合理布置。浮码头多适用于掩护条件较好、水位变幅不大的客运码头、渔码头、工作船码头等。
为了保证码头能安全、方便地使用,在其建筑物上常须设置各种生产附属装备,包括对船舶的防冲装置、系船柱与系船环、阶梯与爬梯、供水与供电设备以及其他管道等。防冲装置对码头安全十分重要且船舶与码头的碰撞十分频繁,要很好地予以重视。常采用护木、橡胶护舷、靠船簇桩等。橡胶护舷具有足够的弹性且坚韧、耐磨而不易损坏,可吸收部分船舶碰撞能量,减少码头冲击荷载,防止两者撞损引起事故,且耐久、价廉,已得到普遍采用。
随着海港向深水发展,大型和巨型海轮本身抗浪能力强,新型无掩护开敞现代化深水码头发展迅速,考虑到波浪袭击,码头结构采用透空式结构,码头面高程高出海平面较多,避开波浪直接作用。如建造栈桥式码头伸入海域,桥上敷设油管、皮带运输机械,用来运送石油、矿石。如在深水建造岛式码头或墩式码头,再用油管和岸上连接。
现代世界上跨大洋长距离石油运输较多使用20万~30万吨级超巨型油轮,满载吃水达19~23米,需21~25米以上水深的海域,一般离大陆岸边较远,可达10千米以上,开敞海域风、浪、流作用强烈。这样的海洋环境难以兴建岛式或墩式码头,近10余年来采用单点系泊设施,一种深水海域特殊形式的巨型油轮码头,由单个固定于海底的圆柱塔架或专门浮筒和与岸连接的海底油管组成,这是石油运输的重大突破。塔架或浮筒是一种新型装置,前者用支撑结构固定于海底,后者用多根铁链锚系于海底的沉块,两者都装有特殊的旋转系泊接头,油轮用钢性连接或柔性缆绳靠泊。由于在海上风、浪、流的作用,油轮不能固定位置与方向,而要随其合力方向摆动,即绕塔架或浮筒自由转动,故称单点系泊。此时,旋转系泊接头是关键,保证油轮自由转动时,安全有效地装运石油,且使用方便和耐久。塔架和浮筒内有油管与岸连接,油轮靠泊后,用悬浮软管同塔架或浮筒的油管启闭阀门连接,打开阀门即能同岸上装运石油,岸上有相应的油泵房和储油库。连接阀门的油管上也有相应的旋转接头。旋转接头要用高强复合材料,是一项高新技术,重要国际专利。日本已建有30万吨级油轮单点系泊码头。
海底军事基地
海底,特别是大洋海底,因有深水为屏,又有海底地形可用,便于军事设施和军事活动的隐蔽;海底军事基地的建立,将使海上斗争更加复杂,对海洋战场上的防御战和进攻战都会产生战略性影响。因此,一些国家的海军对海底非常关注,正积极开辟海底战场。
要建造大规模海底军事基地,潜水员就要在海底进行较长期的施工作业。长期在海底作业的潜水员,其生活保证怎么办?他们的生活习惯、心理状态会发生什么变化?生理有何异常,疾病如何防治?劳动强度、施工能力又如何等等。这一切,都无前人经验可鉴,全靠人们勇敢地去探索。海底居住室就是为解决这些问题应运而生的。这些问题一旦解决,大规模的海底军事基地就能比较顺利地施工建造了。实际上,各国海底居住室,大都是海军领导或参加建造、实验的,并耗费了相当多的军费开支。值得重视的是,海底居住室实验并不仅仅是海底军事基地施工的准备。海底居住室本身就是一个小型军事基地的雏形。经改装,它不仅能发射水下鱼雷、导弹,而且能进行水下侦听,也可以此为基地,去维修,管理或控制其他海底军事设施;或者把它变为武器供应基地,潜艇不必浮出水面在港口基地补充鱼雷或导弹,直接在海底居住室进行补充就行了,既迅速,又隐蔽。当然,海底军事基地不只海底居住这一种形式,但它却是海底军事基地的发展基础。
按照不同的军事用途,海底军事基地大致有以下四种:
一是海底长器、燃料和食品等补给基地。这种基地的好处是,不受海面状况的影响,能方便地向潜艇提供补给品;若在海底有计划地建立一个个补给基地,就可大大提高潜艇作战能力,延长水下航行时间。美国一些石油开采公司,已在大洋的几处水域建立了海底储油库,随时可供海军使用。
二是建立海底侦听基地。当前,主要是利用水声设备、探测和跟踪敌方核潜艇活动动向,并向指挥部门发出警报。
三是建立海底武器制造基地。一般来说,陆地上的武器、装备制造厂都是敌方比较重视的战略攻击目标。把这些兵工厂建造在海底山脉或海底地下,就比陆地上的兵工厂隐蔽、安全多了。