重力式碼頭結構加固改造設計探討

邊樹濤，宓寶勇

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

重力式碼頭結構加固改造設計探討

邊樹濤，宓寶勇

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

通過對已建碼頭進行加固改造，可提升其靠泊等級。結合工程實例，對幾種不同特點的重力式碼頭改造方案進行了分析歸納，總結了各類碼頭結構改造的特點，為今后重力式碼頭結構加固改造提供設計思路。

重力式碼頭；碼頭結構；加固改造

1 概述

改革開放以來，我國港口建設發展迅速，但與經濟社會發展需要和船舶大型化發展趨勢相比，港口吞吐能力仍然不足，特別是大型專業化泊位不足的矛盾非常突出。對原有碼頭進行結構加固改造，以提高老舊碼頭靠泊能力，是緩解港口吞吐能力不足和泊位等級偏低的有效措施。老舊碼頭的結構加固改造，對節省岸線資源、實現可持續健康發展也具有重要意義。

由于重力式碼頭結構種類較多，改造條件復雜，改造功能需求不一，給加固改造工作帶來了較大困難，因此，目前還難以形成統一的技術標準。重力式碼頭耐久性好，使用一二十年的碼頭仍具有改造價值，但因其自身結構特點，結構加固改造關鍵技術問題較多，難度也較大。本文通過對幾個重力式老碼頭進行改造的案例，如針對拋石基床整體化技術、墻后減壓技術以及碼頭復合結構技術等進行探討，以對重力碼頭改造方案的思路和方法提出建議。

2 重力式碼頭結構加固改造特點

重力式碼頭由于結構基礎應力首先直接傳給上部地基，對上部地基和其下臥層都有較高的承載力要求。一般而言，墻身下需設拋石基床，基床厚度根據地基承載力要求確定[1]。

重力式碼頭結構加固改造一般均涉及碼頭前沿浚深，拋石基床常對碼頭前沿浚深形成制約條件，必須認真對待，一旦處理不好，將會造成嚴重后果。

3 碼頭結構加固改造設計原則

1） 安全性原則：碼頭結構加固改造一般均需進行碼頭前沿浚深，改造方案應對結構進行全面的安全性驗算，確保結構安全可靠；另外，因拋石基床突出碼頭前沿線，應確保船舶與碼頭結構之間的距離滿足安全要求。

2） 適應性原則：碼頭結構改造應滿足使用要求，與碼頭裝卸工藝設備相協調，并盡量減少改造期間對碼頭作業的影響。

3） 合理性原則：應充分考慮碼頭結構現狀條件，結合改造要求，合理確定碼頭結構加固改造方案。

4） 經濟性原則：碼頭結構加固改造方案應盡可能減少工程量、簡化改造工序，以節省工程投資。

5） 協調性原則：改造方案應充分考慮與周邊碼頭岸線相協調。

4 碼頭結構加固改造設計典型案例介紹

重力式碼頭結構加固改造，一般需要增加碼頭前沿水深，以滿足船舶吃水的要求；如何確保碼頭前沿水深增加后碼頭結構安全和船舶靠泊安全是關鍵。

1） 浚深港池，并將靠船設施前沿線適當外移方案

圖 1 為廈門地區某工程碼頭改造斷面圖[2]，原設計為 3.5 萬噸級，港池設計底高程為-12.2m，根據業主使用要求，擬加固改造至5萬噸級，港池設計底高程為-13.3m。由于改造后船舶吃水增加，導致基床前肩處水深無法滿足要求，改造措施為在胸墻海側設置現澆混凝土護舷底座，將原設計 DA800 型橡膠護舷改為 SUC1250 型鼓型橡膠護舷，護舷前沿線外移約3m，避開基床前肩對船底龍骨的影響，使碼頭前沿水深能夠滿足龍骨下最小富裕深度要求，從而達到了停靠大船的目的。該改造方案的優點是改造工程量小，投資少，施工簡單，且施工周期短，對碼頭作業影響較小；缺點是橡膠護舷外移后，碼頭裝卸設備外伸臂長度增加，同時由于橡膠護舷外移幅度有限，因而碼頭前沿水深增加有限，能夠提升的泊位等級也較小。

圖1 碼頭結構改造斷面圖（一）Fig.1 Section of quay structure reconstruction （1）

2） 局部開挖基床，對基床進行固化處理，并增設大型漂浮式橡膠護舷靠泊方案

圖2為深圳港媽灣港區某碼頭加固改造斷面圖[3]，將基床外肩進行局部開挖 ，碼頭前沿水深增加 1.06m，開挖后基床肩寬約 1.5m。對沉箱前趾處拋石基床采用壓力灌漿進行固化處理，固化處理底寬為 3.2m，然后在基床外露面鋪設 250mm模袋混凝土。碼頭前沿設置大型漂浮型護舷，以滿足靠泊船型滿載靠泊要求。

圖2 碼頭結構改造斷面圖 （二）Fig.2 Section of quay structure reconstruction （2）

3） 減小墻后土壓力的加固改造方案

該類方案通過換填墻后回填料，或對墻后回填料進行加固處理，改善墻后土體力學指標，減少墻后主動土壓力，從而改善碼頭結構受力狀態，滿足碼頭穩定性及承載力要求。

圖3為廣州南沙港區某碼頭結構加固改造斷面[4]，碼頭后方下部設拋石棱體，上部為砂棱體。該碼頭結構原設計等級為 10萬噸級，擬改造為15 萬 t集裝箱碼頭，通過復核現有碼頭結構基本能夠滿足 15 萬 t集裝箱船靠離泊要求。根據交通運輸部要求，提高碼頭結構等級不得以降低現有碼頭結構安全度為代價，因此需對現有碼頭結構進行加固。為了提高碼頭結構安全度，且加固施工對碼頭運營的影響降至最低，綜合考慮，則對墻后10m范圍內的回填砂采用高壓旋噴樁進行加固處理，樁底標高 0.0m，樁頂標高 3.7m，高壓旋噴樁采用等三角形布置，中心間距 1.8m。通過上述技術措施改善了墻后填土的性質，提高了墻后土體的力學指標，減少了墻后土壓力，以滿足碼頭安全性和承載力要求。

圖3 碼頭結構改造斷面圖 （三）Fig.3 Section of quay structure reconstruction （3）

4） 增加自重并減小合力偏心距的加固改造方案

該類方案為采取措施增加結構自重，減小合力偏心距，改善結構受力性能，提高抗傾、抗滑能力，并降低碼頭前趾應力。

圖4為廈門港海滄港區某碼頭結構加固改造斷面圖[5]，該碼頭為帶卸荷板的重力式沉箱結構，由于碼頭靠泊船型增大，需將原 1 000 kN 系船柱改為 1 500 kN。通過計算，碼頭抗傾、抗滑安全度有所降低，基床應力不滿足規范要求，尤其是前趾應力過大。碼頭結構加固改造措施為在胸墻后回填 10~100 kg 塊石區進行注漿處理，以增加沉箱后部自重力，減小合力偏心距，碼頭抗傾、抗滑安全度提高，尤其是基床應力趨于均勻，前趾應力明顯減小，滿足結構安全要求。

5） 新增高樁承臺或板樁結構+重力式碼頭的組合結構方案

圖4 碼頭結構改造斷面圖 （四）Fig.4 Section ofquay structure reconstruction （4）

當碼頭前沿線水深增加幅度加大，且碼頭前沿線具備外移條件時，可在重力式碼頭前增設高樁承臺，以滿足大型船舶靠泊要求，原重力式碼頭結構作為接岸結構，二者通過簡支板連接。

圖5為湛江港調順島港區某碼頭加固改造斷面圖[6]，該方案將碼頭前沿線外移 35m，新建獨立的高樁承臺結構，以滿足大型船舶系靠泊及裝卸作業要求，原重力式碼頭結構作為新建碼頭的接岸結構使用，后方為堆場區。該方案的特點是碼頭前沿線外移距離大，新舊結構之間相互獨立，港池開挖不受舊碼頭結構的制約，可大幅提升碼頭結構等級。該碼頭結構加固改造方案還可充分利用重力式碼頭承載能力強、結構耐久性好的特點。

圖5 碼頭結構改造斷面圖 （五）Fig.5 Section ofquay structure reconstruction （5）

5 結論與建議

1） 所有重力式碼頭結構加固改造設計方案，均應對新建結構和改造的老碼頭結構進行全面計算或復核。包括整體穩定性計算、抗傾抗滑穩定性計算、基床和地基承載力計算以及結構或構件承載力計算等，確保結構安全可靠。

2） 重力式碼頭結構加固改造方案應視具體情況進行。當擬靠泊船型提升幅度較大時，宜考慮新增高樁承臺或板樁結構與原重力式碼頭組合的方案；當擬靠泊船型提升幅度不大時，可采取減小墻后土壓力、改善結構受力狀態、進行拋石基床固化處理、外移靠泊設施前沿線、增設漂浮式橡膠護舷等措施。

3） 案例 1~4 中，碼頭改造并未提高結構耐久性，其剩余使用年限仍按原設計考慮；案例5碼頭主體為新建結構，其使用年限按 50 a設計，原有舊結構仍按原設計考慮，碼頭使用過程中需對原結構耐久性進行檢測，以確定其使用年限到期后是否可以繼續使用。

4） 碼頭結構加固改造應復核裝卸工藝設備的適應性，并進行能力核算。

5） 碼頭結構加固應盡可能減小對原有碼頭及周邊碼頭運營的影響。

[1]JTS 167-2—2009，重力式碼頭設計 與施工規范[S]. JTS 167-2—2009，Design and construction code for gravity quay [S].

[2] 程明波，陳繼丹，李莉元.提高重力式碼頭靠泊能力的結構改造方法[J].水運工程，2007（8）：67-69. CHENG Ming-bo，CHEN Ji-dan，LILi-yuan.Structural renovation for improving the berthing capacity ofgravity wharf[J].Port& Waterway Engineering，2007（8）：67-69.

[3] 深圳媽灣電廠專用卸煤碼頭改造工程 [R].廣州：中交第四航務工程勘察設計院有限公司，2011. Reconstruction project of Shenzhen Mawan power plant dedicated coalunloading terminal[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2011.

[4] 廣州港南沙港區二期工程碼頭結構加固改造工程方案設計[R].廣州：中交第四航務工程勘察設計院有限公司，2012. Scheme design of the reinforcement and reconstruction project of the quay structure of Nansha harbor phase IIproject in Guangzhou Port[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2012.

[5] 廈門港海滄港區一期工程 4 號、5 號泊位碼頭結構加固改造工程[R].廣州：中交第四航務工程勘察設計院有限公司，2012. Structure reinforcement and reconstruction project for berths No.4 and No.5 ofHaicang portdistrictphase Iprojectin Xiamen Port[R]. Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2012.

[6] 湛江港 #300 碼頭技術改造工程施工圖設計[R].廣州：中交第四航務工程勘察設計院有限公司，2008. Construction drawing design for technical innovation projectofNo. 300 quay in Zhanjiang Port[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2008.

Discussion on the design of reinforcem ent and reconstruction of gravity quay structure

BIANShu-tao,MIBao-yong
（CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510230,China）

Through the reinforcementand reconstruction of the finished quay,the berthing grade can be promoted.Combining with engineering examp les,we analyzed several reconstruction schemes of gravity quayswhich have different features,and concluded the reconstructive characteristics of various quay structures.This paper provides design ideas for the reinforcementand reconstruction ofgravity quay structures in future.

gravity quay;quay structure;reinforcementand reconstruction

U656.111

A

2095-7874（2014）08-0023-04

10.7640/zggw js201408006

2014-01-06

2014-05-04

邊樹濤 （1980 — ），男，河北滄州市人，工程師，港口航道與海岸工程專業。E-mail：goodboybst@126.com