高樁碼頭受撞后結構修復經驗及創新

任 偉 劉現鵬

(1.天津市交通運輸和港口管理局，天津 300250；

2.交通運輸部天津水運工程科學研究所水工構造物檢測、診斷與加固技術交通行業重點實驗室，天津 300456)

高樁碼頭受撞后結構修復經驗及創新

任 偉1劉現鵬2

(1.天津市交通運輸和港口管理局，天津 300250；

2.交通運輸部天津水運工程科學研究所水工構造物檢測、診斷與加固技術交通行業重點實驗室，天津 300456)

針對天津港某事故后結構受損修復前臨時支護難題，在分析了全國各地高樁碼頭受撞后修復方法優勢和不足的基礎上，創新性的提出了新的臨時支撐結構，指出該結構具有浮游穩定、下沉就位方便、普遍適用和可回收重復利用的特點，解決了受撞高危結構無法承受施工荷載問題。

高樁碼頭，臨時支撐，高危結構，撞損事故

高樁碼頭是最常用的碼頭形式之一，而在天津港一百多個泊位中，幾乎所有的碼頭均采用了該結構形式。該結構在使用過程中，容易受到船舶撞擊、貨物高空脫落、機械設備沖擊等事故發生損傷，損傷程度往往輕重不同，嚴重的會形成高危結構，即受損區域形成高度危險的結構狀態，不得在該結構區域內進行作業或增加任何荷載，否則會發生進一步的破壞事故。交通運輸部天津水運工程科學研究院對近5年來天津港發生的意外事故進行了統計分析，每年的事故為15次左右，由于事故嚴重形成高危結構的也在3次～5次。根據經驗資料和相關論文，比較典型的高危結構往往是由于高樁碼頭的基樁被撞缺失造成的。船舶在碼頭前沿進行掉頭、回轉和失去控制時容易碰撞碼頭前沿靠船構件或基樁，一旦基樁受撞往往造成局部區域的豎向承載力受損或缺失，必須對受損區域的基樁進行加固或重新補樁等措施恢復其承載能力。本文總結了國內以往高樁碼頭撞損修復的工程案例，并對其優缺點分別進行了歸納和總結，對于這些經驗和技術無法解決的一個實際案例探討了一種創新型的臨時加固方法，填補了以往經驗和技術不足之處，對于完善系統的撞損修復方法提供了很高的參考價值。

1 高樁碼頭撞損事故處理研究現狀

對于高樁碼頭受撞后的結構修復，在國內已經有諸多成功經驗遵循，利用已有的技術方法已經能夠解決大多數的修復難題，但在特殊情況下，已有方法無法滿足實際修復需要，需要采用創新的方法進行處理。徐萬群、龍建文[1]認為高樁碼頭前沿基樁被撞后如果采用拆除面板后補樁措施，則費用高、時間長。因此探求了采用薄壁沉井加固原破損基樁的方法，在原破損基樁外側利用高壓射水等措施讓沉井沿基樁下沉至設計標高，然后進行斷樁復位，完成后綁扎鋼筋并澆筑混凝土進行補強，如果是空心方樁，則在斷樁位置的空心進行填充實心會有良好的作用。該方法的優點在于原地加固，拆除量小、避免了拔樁、補樁，故具有費用低廉和簡便快捷的特點，但針對于基樁破損程度相對較輕的狀況適用。邳志[2]針對天津港21段高樁碼頭前沿有一個排架上的雙直樁被撞失去承重作用提出補樁修復方案。修復的方案有補充鋼樁、補充混凝土樁和補充鉆孔灌注樁三種方案，最終經過費用和工期等比選確定了補充鋼樁的方案。本文認為該方案比選和最終確定存在討論的空間，例如鋼樁與混凝土結構之間存在彈模差異，而且整個碼頭需要單獨針對少數鋼樁進行防腐措施，后期維護等都會給管理方帶來不便等。錢平生、趙月玲[3]針對東突堤工作船碼頭被撞后變形結果，推求了基樁樁身應力，認為基樁在頂部變形較大情況下會在泥面附近出現斷裂，從而為碼頭所有方挽回了較大損失。該論文利用樁頂殘余的永久性變形量，推求了基樁在泥面附近的應力超過了開裂應力，為類似的撞損事故對基樁完整性和承重性能提供了有益參考。吳坤俊、張明海[4]針對馬村港6年來發生的32起船舶撞損事故的原因進行了分析和歸類，指出撞損事故的關鍵因素、主要因素和重要因素等，從海事管理的角度對于船舶撞損事故進行了分析，這對于第三方的檢測評估工作也提供了重要參考。梁昊文等[5]詳細介紹了七里集裝箱一期碼頭被撞后的檢測和修復情況，其中采用了不打開約束條件下采用低應變檢測基樁完整性來判定被撞區域附近的基樁情況，在國內具有領先的意義，也是一種高端的檢測手段，對于其檢測結果的可靠性應有進一步的了解和分析。由于撞擊事故嚴重，基樁、梁板等都有不同程度的破損，修復工程中按照“缺一代二”原則有補充新的鉆孔灌注樁，也有采用原樁就地利用套筒外包加固的方法；針對梁板等構件既有更換新構件，也有原構件擴大截面外包加固的方法，種類齊全，方式多樣，是類似修復工程很好的參考資料。陳燦明[6]作為海事法院委托的第三方檢測單位對港方和船方所做的檢測評估結果和修復內容等做公正判斷。該論文詳細介紹了現場撞損情況，分析了港方和船方針對撞損程度的判斷和不同的修復方法，做出了客觀、合理的評價和建議。文中針對基樁受撞后承載能力和完整性的判斷，依靠基樁頂部的位移大小和基樁在泥面處與岸坡泥土之間出現開裂距離進行判斷的，而不是采用低應變的手段進行檢測，也說明在該時期利用低應變檢測不打開約束的基樁完整性并沒有普及或具有普遍的說服力。林彬等[7]對某海港碼頭的撞損修復提出了加固方案。謝永健等[8]對碼頭受撞后的檢測內容、典型破損形式和不同的加固方法進行了總結和歸納。其中，檢測內容和撞損實例中也應用了不打開約束條件下采用低應變檢測基樁完整性的檢測技術。李宗哲[9]提出了碼頭前沿基樁被撞后將其豎向荷載通過在碼頭上方設置臨時措施轉換到相鄰的排架上，從而在被撞形成的高危區域內進行原結構的拆除、補強加固等工作，保證了施工區整個結構的安全性。該受力體系轉換新工藝具有較好的創新性和實用性，對出現撞擊事故后采取臨時安全保障措施具有良好的借鑒意義。鄧雷飛等[10]對于船舶撞擊碼頭結構進行了有限元模擬分析，對于船舶撞擊碼頭后結構的破損、發展等進行了研究，對于判斷一些表觀未明顯破損構件的破損程度起到了參考作用。

綜上對于高樁碼頭事故后的檢測評估和維修維護的總結可知，國內類似事故屢見不鮮，有了很好的解決對策，無論在受損程度鑒定、加固臨時支護、加固合理方案選擇上，都有比較豐富的經驗可循，形成了良好的診斷、評估、加固系統。另外，在以上對于撞損事故總結中，比較側重于總結基樁受撞后的破損程度鑒定，是因為這是鑒定類似事故的重點。基樁在水下、泥面以下都有較大的長度，依托潛水檢查往往只能是部分檢查，能依托先進的技術手段例如超聲波在不打開結構約束的情況下準確檢測基樁完整性可以提升整個檢測行業技術水平，可喜的是目前已經有一些單位開始采用這樣的方法進行基樁完整性檢測和判斷，但筆者認為其成果的可操作性、可靠性仍然需要繼續通過實踐的檢驗進行驗證和提高。

2 高樁碼頭受撞加固新難題

2014年3月9日，香港某5萬t散貨船在天津港某碼頭撞擊到碼頭前沿，造成撞擊區域的基樁、梁板、附屬設施都出現了不同程度的破壞，尤其是基樁被撞破損嚴重，有3根基樁被撞直接倒入海中(31排的前1、前2基樁和32排的前1基樁)，另有1根基樁雖然未倒塌，但是頂端錯位嚴重，該基樁也喪失了承載能力(33排前1基樁)。這4根喪失承載力的基樁可參見圖1，破損基樁樁位圖見圖2,其他構件的破損經檢測后其情況統計如表1所示。

表1 碼頭破損情況表

排架號受損部位及受損情況31排31排前1樁帽隨同前1基樁和前2基樁一同脫落掉入海中，D級破損32排32排前1樁帽隨同前1基樁一同脫落掉入海中，D級破損33排33排前樁帽隨同前1基樁與其上橫梁錯位約60cm，C級破損32排～33排該排架之間靠船構件被撞缺失(7m)，混凝土脫落掉入海中，D級破損31排～33排該排架之間的2套D1200×1000筒形護舷被撞脫落掉入海中，D級破損32排～33排該排架之間的前1面板受撞后底層混凝土脫落，露筋面積約12m2，C級破損31排～33排該排架之間的護輪坎共計14m全部被撞缺失，D級破損其他其他構件與構件之間的節點混凝土存在脫落、錯位等破損情況，B級破損

由此可見，本次撞擊事故主要造成了4根基樁喪失承載力、3個樁帽脫落缺失、1榀靠船構件缺失、1跨面板破損、2套D型護舷缺失的破損情況。最嚴重的是碼頭前沿形成了連續3個排架的前1基樁承載力缺失的高危結構。根據計算可知，該結構在自重作用下會發生坍塌事故，所幸現澆節點支撐下，整體結構并未發生沉降和坍塌，但該區域內立刻停止了作業，在更大的范圍內不允許有振動荷載和其他附加荷載等。

根據以往的經驗可知，如果1個排架的前1基樁被撞缺失，可以采用李宗哲等人提出的高樁碼頭受損基樁修復受力體系轉換新工藝，對臨時危險結構進行受力的安全轉移，然后在受損區域可正常進行開鑿、吊裝等等施工工序。其工藝參見圖3。

但是該方法針對本受損情況則不能適用，因為4跨長度約28 m，跨度太大，在這么大范圍內利用貝雷梁和千斤頂進行受力轉換不太現實，其安全性和適用性不能保證，亟待尋求更為合理、可靠的臨時支撐措施，以滿足其他施工工序的安全開展。

3 修復前的臨時支撐措施創新

根據計算和天津港基樁斷裂經驗可知，基樁在頂部受到樁基折斷入海的情況，基樁會在泥面以下約2 m的嵌固點位置也發生斷裂，但嵌固點以下的基樁并未受到損傷，該部分基樁仍可以提供主要的豎向承載力。所以臨時支撐措施著眼于挖掘嵌固點以下基樁的殘余承載能力，將嵌固點處基樁頂部經過截樁、打磨找平后嵌套1根壁厚10 mm的無縫鋼管臨時支撐樁，該支撐樁的頂部擱置千斤頂頂托橫梁，從而對高危結構形成臨時的支撐作用。其頂托和支撐的斷面圖如圖4所示。這樣的臨時支撐措施，著眼于從碼頭結構下方進行支撐，占用空間小，所需要的大型機械設備少，與在碼頭上方采用臨時受力轉換措施完全不同。由于無縫鋼管臨時支撐樁高度約16 m左右，在鋼管樁下水、浮游穩定、下沉安裝等環節需要科學計算、精心組織，選擇合適潮水進行各個工序的施工。在鋼管上設置進水孔、排水孔，從而對鋼管內的水量進行控制，讓鋼管樁一直處于上浮和下沉穩定狀態中，使得鋼管浮游、起立、安放和利用吊環臨時固定時所施加的外力較小，用很小的外力配合潮水、鋼管內水量等調整鋼管樁就位，節省了大型機械設備調用和復雜配合，而且該裝置在施工完成后可回收重復利用。臨時支撐鋼管樁就位后，立刻在其上方架設千斤頂頂升后支撐橫梁形成穩定的傳力結構。值得注意的是，施工期嚴格控制現場作業，不得碰觸受損區域的梁板混凝土構件，尤其是在鋼管樁進入預定位置前，要依托低潮水，鋼管樁從靠船構件下方橫向或斜向進入，然后緩慢調整方向和姿態，在處于底端鋼管樁大致與目標位置重合時打開進水孔，讓鋼管樁緩慢下沉。

4 結語

本文總結了以往針對高樁碼頭受撞后處理的經驗，其中包含了檢測評估的內容、方法等，也包含了臨時支撐的安全措施，維修維護的方式方法等，技術科學、經驗豐富，也逐步形成了成熟的系統。但是依托以往的技術和經驗，仍然會有無法應對的特殊情況。結合天津港某碼頭被撞實例，筆者摒棄了以往固有的思維和經驗，創新性的開發了一種獨特的臨時支護基樁對高危結構進行支撐，為施工開展奠定了安全基礎。該臨時基樁既可以在海中浮游定位，也可以沖水下沉，在較小的作用力下可實現將其直立后固定，巧妙利用斷樁在嵌固點以下部分的承載力，從而發揮臨時支撐高危結構的作用，尤其對于多跨、大面積的高樁碼頭前沿失去豎向支撐作用的狀況更具有獨到的優勢，對于維修類似工程具有較高的參考價值。

[1] 徐萬群，龍建文.斷樁修復簡易方法[J].交通科技，2002(3)：17-18.

[2] 邳 志.天津港21段碼頭被撞損構件的影響分析及斷樁修復方案必選[J].水道港口，2002(12)：295-298.

[3] 錢平生，趙月玲.天津港東突堤工作船碼頭撞損事故對碼頭結構影響的分析[J].水道港口，2002(10)：205-211.

[4] 吳坤俊，張明海.馬村港船舶觸碰碼頭事故多發原因及對策[A].第一屆廣東海事高級論壇論文集[C].2006.

[5] 梁昊文,劉普軍,蔡偉成.七里集裝箱碼頭混凝土構件受損調查檢測及修復[A].中國土木工程學會2006混凝土工程耐久性研究和應用研討會[C].2006.

[6] 陳燦明，唐崇釗，曹金鳳，等.汕頭港某碼頭海損檢測與修復[A].第十一屆全國海事技術研討會論文集[C].2006.

[7] 林 彬，梁昊文，蔡偉成，等.某海港碼頭的撞損修復[J].水運工程，2006(2)：39-42.

[8] 謝永健，周國然，翁友法，等.高樁碼頭受撞檢測及常見樁基損壞后典型加固技術[A].國際航運協會2008年會暨國際航運技術研討會論文集[C].2008.

[9] 李宗哲,王孝兵,周 龍.高樁碼頭受損基樁修復受力體系轉換新工藝[J].水運工程，2013(1)：161-165.

[10] 鄧雷飛,李越松,郭 暢.船舶撞擊碼頭動力響應有限元分析[J].水運工程,2013(8):92-96.

On structural repair experience of high-pile wharf after collision and innovation

REN Wei1LIU Xian-peng2

(1.TianjinCommunicationTransportationandPortAdministrativeBureau,Tianjin300250,China;2.TransportIndustryKeyLabofDetection,DiagnosisandConsolidationTechnique,TianjinPortandWaterwayEngineeringAcademy,MinistryofTransport,Tianjin300456，China)

According to the temporary support difficulties before damage repairs at structures after some accident at Tianjin Port, the paper analyzes the advantages and disadvantages of the repairs methods after the collision at high-pile whart in China, points out the new temporary support structure, and points out the structure has features of stable floating, convenient settlement position, and applied recycled and repeated utilities, so as to solve the unbearable construction loading of the hazardous structure after collisions.

high-pile wharf, temporary support, hazardous structure, damage accident

2014-07-18

任 偉(1979- )，男，工程師； 劉現鵬(1977- )，男，高級工程師

1009-6825(2014)27-0039-03

U656.113

A