墩式布置的化工碼頭結構加固改造技術特點

姚迪　周玥

【摘 要】 通過分析墩式布置的化工碼頭結構、總平面布置、船型組合及系靠泊點布置等方面，提出將原碼頭改造為連片式布置型式，采用新老結構相互獨立原則的設計方法。結合碼頭加固改造方案的特點，介紹化學植筋技術、止水結構，以及各種修復措施在加固改造中的應用，為類似工程提供參考。

【關鍵詞】 結構加固；平面布置；水工建筑物；接縫

1 工程概況

泰州港過船港區二期工程液體化工泊位碼頭位于長江揚中河段太平洲左汊左岸，其上游是通用泊位碼頭，下游與某公司化工碼頭相接。碼頭建設規模為1個2萬噸級和1個500噸級液體化工泊位，于2009年通過竣工驗收。泊位主要裝卸丙烯、鄰二甲苯、正丁醇、燃料油等化工制品，年吞吐量為98萬t。

目前，碼頭后方配套儲罐已竣工，碼頭通過能力增大，運量也將會大幅增長。為保證港口安全，適應吞吐量快速增長和到港船舶大型化發展的需要，緩解碼頭靠泊能力不足的矛盾，同時為集約、充分利用岸線資源，提升碼頭服務水平，滿足地區企業的長期發展要求，原碼頭將按5萬噸級化學品船滿載靠泊的方案進行結構加固改造。

2 原碼頭結構檢測評估

2.1 原碼頭平臺結構組成

液體化工泊位占用岸線長度為340.4 m，為墩式布置，原碼頭平面結構見圖1。

靠船裝卸平臺共2座，為高樁梁板式結構，長度分別為80 m（2萬噸級泊位）和40.6 m（500噸級泊位），寬為20 m，排架間距均為6.5 m，基樁均采用直徑800 mm的PHC樁。2萬噸級泊位系纜設施為 kN系船柱（上層）和350 kN系船柱（下層），靠船設施由TD-BB800H與TD-B300H橡膠護舷間隔布置。500噸級泊位系纜設施為150 kN系船柱，靠船設施為TD-B300H橡膠護舷。

系纜墩共4座，為高樁墩式結構，基樁均采用直徑800 mm鋼管樁，墩臺面前方設置 kN或750 kN系船柱，各系纜墩之間及與靠船裝卸平臺間通過鋼聯橋相連。

2.2 結構檢測和評估

調查、檢測和評估原碼頭的環境條件、構件及附屬設施等是加固改造的基礎。為保證在加固改造后碼頭的正常安全使用和提高使用年限，依據《港口水工建筑物檢測與評估技術規范》要求，檢測和評估的具體內容包括：碼頭前、后沿設計水域的水深和沖淤變化情況的調查；碼頭結構的沉降位移觀測和岸坡測量；碼頭水上部分結構物外觀破損情況檢查，混凝土結構物的強度和耐久性檢測（鋼筋保護層厚度、碳化深度、鋼筋腐蝕電位檢測）；基樁耐久性和完整性檢測；護舷及系船柱等附屬設施的現場檢查。

現狀調查和檢測結果表明：碼頭外觀質量良好，主要構件強度和耐久性滿足設計要求；基樁耐久性和完整性情況良好；系靠船設施齊全、功能正常。對原碼頭結構的主要評價和結論：安全性和使用性綜合評估等級均為A級，耐久性綜合評估等級為B級。

3 總平面布置

3.1 設計船型

原碼頭結構加固改造后不同設計船型具體參數見表1。

表1 不同化學品船的設計船型參數

3.2 泊位長度及相鄰泊位關系

根據《海港總體設計規范》計算：按停靠1艘50 000噸級化學品船考慮，單個泊位長度為223 m；按同時停靠1艘3 000噸級和5 000噸級化學品船考慮，泊位長度為278 m。

當上游通用泊位靠泊噸級散貨船，本工程液體化工泊位靠泊噸級化學品船，或其他噸位的化學品船時，兩者之間的間距應大于150 m的安全距離。同時，本工程液體化工泊位與下游化工碼頭靠泊的化學品船之間的凈距應不小于35 m。

為了充分利用岸線資源，拆除原上游端的系纜墩和鋼聯橋，加固改造后碼頭平面采用連片式布置，碼頭與中間系纜墩的總長度為296.15 m （見圖2），泊位長度滿足上述兩種船型組合的需要。

3.3 碼頭前沿設計底高程

碼頭前沿設計底高程為設計低水位（）與前沿設計水深兩者之差，根據《海港總體設計規范》的有關碼頭前沿設計水深公式，當噸級化學品船滿載靠泊時，碼頭前沿設計水深為14.38 m，故碼頭前沿設計底高程應為。根據本工程2013年9月地形測圖，碼頭前沿泥面高程為 16～ 19 m，滿足船舶滿載安全停靠要求，無需對該區域進行疏浚。

4 水工建筑物加固改造方案及特點

根據總平面布置，結合原碼頭結構及系靠船設施，加固改造方案將原墩式布置的碼頭結構改造為連片式布置型式，以適應大型船舶的靠泊裝卸作業和小型船舶的組合靠泊要求。連片式平臺長度為296.15 m；上、下游新建靠船平臺長度分別為85.55 m和90 m，寬度均為20 m；遇原系纜墩時設置結構縫，并在原系纜墩前沿設置獨立墩臺；將原2萬噸級泊位靠船平臺上的系靠船設施進行改造，并將原上游500噸級泊位靠船平臺改造為專用系纜墩使用。

4.1 新建靠船平臺

新建靠船平臺采用高樁梁板式結構，排架間距6m，基樁采用直徑為 mm的PHC樁。每座靠船平臺上、下游端排架靠近原已建碼頭結構，施打斜樁難度大，因而采用直徑為 mm的全直鋼管樁，同時考慮采取施工吊打鋼管樁方式，可避免打樁船與原結構相接觸的風險。

為保證船舶安全靠泊，碼頭平臺排架江側豎向間隔布置TD-A1000H標準反力型橡膠護舷和TD-B400H標準反力型橡膠護舷，在前邊梁及系靠船梁上水平設置TD-B400H標準反力型橡膠護舷。碼頭面前沿處設 kN快速脫纜鉤（單鉤）和550 kN系船柱，二層系纜平臺在系靠船梁上設置450 kN系船柱，二層系纜平臺通過鋼爬梯與碼頭面相連。

4.2 新建墩臺

新建墩臺共3座，從上游往下游依次編號為新建1號、2號、3號墩臺（見圖2），均為高樁墩式結構，前沿均與加固改造后的連片式碼頭前沿線平齊。

1號、2號墩臺平面尺度較小，依據加固改造后結構平面和船型組合，1號、2號墩臺上可不設置系靠船設施，僅在其江側設置防護性護舷，同時因其承受的水平荷載較小，基樁采用直徑為 mm的PHC樁。

3號墩臺位于本工程最下游端，其頂部需設置1個 kN快速脫纜鉤，故基樁采用直徑為 mm的鋼管樁，以承受船舶系纜力。

新建墩臺后方的原系纜墩不再發揮系纜功能，承受的水平荷載也較小，因而在新建墩臺與原系纜墩之間設置結構縫，均考慮為獨立墩臺并作為連接平臺使用。

4.3 化學植筋技術在系靠船設施改造中的使用

為滿足原碼頭改造后停靠5萬噸級化學品船的要求：將原2萬噸級泊位平臺上的TD-BB800H型橡膠護舷更改為TD-A1000H標準反力型橡膠護舷，并將原平臺上的2個 kN系船柱改造成 kN快速脫纜鉤；將原上游500噸級泊位平臺上的1個350 kN系船柱改為 kN快速脫纜鉤，并將原平臺上的系船柱和橡膠護舷拆除，作為專用系纜墩平臺使用。

改造后的系靠船設施需要在原混凝土結構中植入錨固螺栓或螺桿，本工程方案考慮采用化學植筋技術。化學植筋是在原結構混凝土基材中鉆孔，然后在孔中注入或放置化學膠粘劑，將帶肋鋼筋或螺桿膠結固定于鉆孔中，通過粘結和鎖鍵作用，實現對被連接件錨固的一種后錨固連接技術。化學植筋用螺桿長度不受限制，與現澆混凝土鋼筋錨固相似。施工工藝主要流程：放線定位→鉆孔→清孔→注錨固膠→植筋澆注→養護→檢測。在植筋澆注前，應對植入的螺栓或螺桿進行除銹處理。

本次采用的化學錨固膠為A級專用植筋膠，耐潮濕環境性能好。植入的螺桿或螺栓均為非標產品，植入件的數量、規格及尺寸均經廠家核實認可后，派人進行現場指導，并由具有加固特種專業承包資質的公司施工植入。經檢測，改造處系靠船設施的錨固螺栓和螺桿植入及安裝情況良好。

4.4 止水結構使用

從圖2可以看出，新建1號墩臺與上游新建1號靠船平臺的結構縫位于噸級化學品船的裝卸泄露區域，因而必須在此結構縫處設置耐久性和抗變形能力較高的止水結構，用以保障此區域的污水收集及滿足環保要求。

銅止水作為一種基本的止水結構，廣泛應用于國內外水工建筑物止水設計中，其優點是工程應用經驗多、抗繞滲能力強、耐久性好，缺點是抗震性能差、抗剪切能力差、費用高。銅止水的止水能力主要取決于兩個方面因素：銅片自身在接縫位移和水壓力作用下，不破裂而具備止水能力；銅片與混凝土結構之間在上述外力作用下，不與混凝土脫開而具備止水能力。[1]

根據銅止水優缺點的分析，結合本工程止水布置區域較小的因素，在新建1號墩臺與上游新建1號靠船平臺的結構縫處的止水結構采用紫銅片結構。

5 結構加固修復措施

鋼筋混凝土建筑物在其正常使用年限內，常常由于混凝土結構的耐久性問題、化學腐蝕、使用荷載增加以及設計和施工的缺陷等原因，造成混凝土結構過早產生各種類型的破壞，尤其是裂縫問題最為普遍。混凝土裂縫通常分為早期硬化期間產生的溫度裂縫、使用過程中產生的結構裂縫以及鋼筋銹蝕產生的銹脹裂縫等3類。硬化過程中產生的裂縫最為復雜，也最為重要。早期的裂縫往往是后期宏觀開裂的開始，裂縫的存在對混凝土的滲透性和耐久性造成直接影響。從國內外的研究資料以及大量的工程實踐看，合理控制裂縫和采取必要的技術修補裂縫，是提高混凝土長期耐久性的重要途徑。

本工程結構加固修復因構件種類較多，破損情況亦各不相同，在考慮修復方案時，根據構件破損程度、破損原因、構件的受力情況，以及在碼頭運營中的重要性、修復工藝的經濟適用性和技術質量的可靠程度等因素，對不同構件及情況采用不同的修復方案（見表2）。

表2 不同構件破損類型的修復方案

6 結 語

隨著經濟社會的持續發展，以及港口規模和運輸需求的不斷擴大，對于如何在不占用新的岸線、土地和水域情況下，通過對老碼頭的結構進行加固改造，來提升碼頭的靠泊能力，從而提高岸線利用率，減少能源消耗，降低運輸成本，防止環境污染來說，應做到以下幾點：

（1）在改造前，須嚴格按照規范要求對老碼頭進行相關調查、檢測，并對水工建筑物安全性、使用性和耐久性進行評估。

（2）加固改造后的碼頭因擬靠船舶尺度增大，會涉及到相鄰泊位的安全間距問題，尤其本工程化工泊位為危險品碼頭，應根據相鄰泊位的性質，在總平面布置中作船型組合分析時，與相鄰泊位最大設計船型的安全距離應滿足規范要求。

（3）本次結構加固改造通過分析設計船型的系靠泊要求，優化系靠泊點的布置，盡量將系靠船設施設置在平面尺度較大的新建靠船平臺上，采取設置獨立靠船平臺和墩臺并分別承受荷載的方式，將原碼頭設計為連片式，可進行多種船型組合作業，提高泊位的有效利用率。

（4）化學植筋技術有利于原系靠船設施的改造施工，止水結構也得到了很好的應用，并解決了裝卸泄漏區域在結構縫處的污水收集問題，可為類似工程提供參考。

（5）結構加固修復，應根據不同構件的破損類型、程度、原因，以及各構件的受力情況、在碼頭運營中的重要性，在經過修復工藝的經濟適用性和技術質量的可靠度分析后，采用不同的修復方案。

參考文獻：

[1] 銀俊梅.水工建筑物銅止水結構可靠性研究[J].科技創新導報，2011（3）：6-7.