談巴基斯坦QICT—2項目鋼拉桿設計

冷樂飛+李庭輝

摘 要：通過參與巴基斯坦QICT-2項目設計的全過程，對板樁碼頭鋼拉桿進行了全面的研究和了解。文中詳細介紹了鋼拉桿設計的結(jié)構(gòu)計算和防腐設計等主要步驟，為類似項目提供了參考。

關鍵詞：板樁碼頭；鋼拉桿；結(jié)構(gòu)計算；防腐設計

中圖分類號：U657.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006—7973（2017）05-0057-03

1 項目概況

巴基斯坦卡西姆港國際集裝箱泊位二期擴建工程位于巴基斯坦最大城市卡拉奇市的QASIM港。碼頭前沿岸線長度727m，其中112m作為一期泊位延長段，剩余615m作為二期碼頭前沿線。頂高程+5.2m，港池底標高為-16.0m，前墻高度差達到21.2m。設計最大可停靠船舶為85000DWT，最小為36000DWT。碼頭結(jié)構(gòu)設計壽命60年。

目前泊位建設已經(jīng)完畢，部分岸線已經(jīng)開始正常運營。根據(jù)最新的位移觀測數(shù)據(jù)，碼頭結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

2 設計方案介紹

現(xiàn)場除了表層較薄的淤泥層，地質(zhì)主要是由堅硬到非常硬的粘土和軟粘土混砂層構(gòu)成，但是大部分位置在-21.0m～-23.0m范圍內(nèi)有一堅硬夾層⑤4和⑥2間歇性和可變帶狀的礫巖，有超過一半的鉆孔中顯示存在有SPT值≥80的土層。

中交第四航務工程勘察設計院有限公司在本工程中擔任碼頭結(jié)構(gòu)設計任務。設計組針對當?shù)靥厥獾牡刭|(zhì)情況，參考日本、歐洲等國的板樁設計規(guī)范和類似項目的設計經(jīng)驗，采用新型鋼管板樁組合體系作為前板樁墻：材質(zhì)Q345Bφ2016mm大直徑鋼管樁和材質(zhì)S355 GP的AZ26高強度鋼板樁交叉組合。鋼管樁與鋼板樁通過焊在鋼管樁兩邊通長的C9鎖口進行連接，形成封閉的前板樁墻結(jié)構(gòu)。后軌道梁采用與前墻鋼管樁相同間距的φ1200mm灌注樁作為基礎。后板樁墻采用連續(xù)設置的預制混凝土樁。

前板樁墻結(jié)構(gòu)與后板樁墻，利用φ115mm的S550級高強度鋼拉桿連為一體。每根鋼管樁設置有兩根鋼拉桿。前后板樁墻間距離為50m，拉桿長度約52m。拉桿在前板樁墻的固定點高程為+1.50m，在后錨樁布置的固定點高程為+0.0m。

碼頭典型設計斷面圖如圖1所示：

鋼管板樁組合體系前板樁墻結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示：

3 拉桿材質(zhì)和結(jié)構(gòu)簡圖

鋼拉桿墊板間距為52.6m/套，此拉桿有三個單向鉸接和兩個緊張器。單向絞沿豎直平面可以發(fā)生轉(zhuǎn)動，防止因地基沉降、砂石回填等因素使鋼拉桿承受側(cè)向彎矩，確保只承受拉力；每個緊張器都可以實現(xiàn)收緊或放松100mm的調(diào)節(jié)，兩個緊張器可以實現(xiàn)收緊或放松200mm的調(diào)節(jié)。即使施工過程中造成偏差，可以進行彌補，并實現(xiàn)張緊。在這6段桿體中，兩端與前后板樁墻固定的桿體長度較短，只有約3m，且大部分錨固在板樁墻結(jié)構(gòu)中。這樣的構(gòu)造，不僅給實際的安裝施工帶來了便利，也更有利于減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

4 設計計算

設計計算以日本海工規(guī)范OCDI第VIII章 5.4.2節(jié)所述為依據(jù)。拉桿的允許拉應力應小于等于正常狀態(tài)下屈服應力的40%或者特殊情況下屈服應力的60%。

故拉桿的橫斷面尺寸應根據(jù)表5中的標準來確定。

拉桿參數(shù)如下：

鋼材等級：StE550

抗拉強度：750Mpa

屈服點強度：550Mpa

設計直徑：115mm

屈服荷載：≥ 5710 kN

彈性模量：200，000MPa

泊松比：0.30

腐蝕容許半徑：3.0mm

故設計計算中考慮的拉桿直徑為：

拉桿截面積：

拉桿拉力NT由WALLAP軟件建模，在所要求的如下三種狀態(tài)條件下，分別進行計算得出的拉桿內(nèi)力值。

5 拉桿的防腐蝕設計

作為板樁碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)成的關鍵部分，鋼拉桿的放銹蝕問題事關板樁碼頭整體結(jié)構(gòu)的安全與耐久性， 同樣是設計過程中受關注的焦點問題。所以針對拉桿的防腐蝕，設計組專門進行了如下的考慮：

根據(jù)英國海工規(guī)范BS-6349第一冊表22中對建筑用鋼的腐蝕速率代表值的描述，細節(jié)如表6：

本項目前板樁墻組合結(jié)構(gòu)采用的C9型鎖口的防水效果好，碼頭后方的海水水位不會隨外部水位變化。碼頭建成之后，拉桿會被碎石完全掩埋，接近于表6中的第一種情況。考慮到碎石間的空隙存有海水，故此環(huán)境可以認為介于表6第一、二種狀態(tài)之間。按照保守考慮，取每年的腐蝕速度為每年0.08mm。

根據(jù)上述分析，如不考慮涂層的防腐效果，拉桿設計中富余的3mm腐蝕容許半徑可以抵抗38年的侵蝕。碼頭結(jié)構(gòu)的設計壽命是60年，故拉桿仍需再提供至少22年的防腐涂層保護。根據(jù)拉桿的結(jié)構(gòu)特點，涂層防腐方案采用如下兩種：

（1） 拉桿桿體的防腐。拉桿桿體的防腐處理是在拉桿廠家進行，當桿件表面噴砂處理后，進行三次刷涂，每次厚度為200μm。防腐層材料為國內(nèi)常規(guī)使用的環(huán)氧重防腐涂層，設計涂層厚度為600μm。此涂層設計壽命是30年。

（2）張緊器及鉸接的防腐。此區(qū)域采用咨工RH推薦的denso防護方案。Denso材料普遍應用在國外項目中，在國內(nèi)項目中很少見到。Denso方案包括三種材料：底漆，填充膠泥和包裹帶。這樣的組合可以保證此方案對異型構(gòu)件的防腐效果。Denso材料全部先運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，待拉桿安裝完畢后，現(xiàn)場進行施工。此防腐方案的設計壽命是30年。

6 總結(jié)

隨著國內(nèi)外鋼管板樁碼頭結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，鋼拉桿的應用也是越發(fā)的普遍。鋼拉桿作為聯(lián)系前后板樁結(jié)構(gòu)的紐帶，在結(jié)構(gòu)中起到了承前啟后的作用。因此，在工程設計中需要認真計算、全面考慮，保證結(jié)構(gòu)的可用性和耐久性。

參考文獻：

[1] [Geotechnical Site Investigation Report] Was Published by Marine Geo Solutions Ltd. on September 2007 in Hong Kong

[2] [QICT二期項目地質(zhì)鉆探圖] 中交第四航務工程勘察設計院2008年10月于廣州出版

[3] BS-6349 Part 1Maritime structure， 2000