大型重力式礦石碼頭改造工程的設(shè)計(jì)分析

謝守鵬+谷會(huì)鋒

摘 要：文章以實(shí)際工程為例，對(duì)碼頭工程現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后從碼頭主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基床改造加固設(shè)計(jì)、碼頭附屬設(shè)施設(shè)計(jì)、配套工程設(shè)計(jì)等幾個(gè)方面對(duì)碼頭泊位改造工程的設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，最后對(duì)碼頭泊位改造工程中需要注意的地方進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：碼頭泊位 護(hù)弦鋼架 大型礦石碼頭

1.工程概況

某碼頭結(jié)構(gòu)為典型的重力式方塊碼頭，后軌道梁采用鋼管樁基礎(chǔ)，碼頭后方陸域采用海砂吹填形成。主要施工內(nèi)容為碼頭疏浚、碼頭結(jié)構(gòu)施工、護(hù)岸施工、陸域回填及地基處理。碼頭岸線總長(zhǎng)337m，碼頭基槽底標(biāo)高需根據(jù)基礎(chǔ)巖面確定，基床拋石分三層。本擴(kuò)建工程位于河口，其可壓實(shí)土壤層的厚度不等，并且基底巖石風(fēng)化或分裂厚度不等。碼頭結(jié)構(gòu)基床（里程CH204～CH337）可能坐落在此種地層上，這種土層很難達(dá)到承載力要求，并會(huì)出現(xiàn)較大的沉降及整體穩(wěn)定性問(wèn)題。因此必須對(duì)基礎(chǔ)地基進(jìn)行處理。

2.當(dāng)前碼頭的基本情況

在碼頭平臺(tái)基礎(chǔ)施工過(guò)程中，主要由2排12列平行正交布置的圓柱構(gòu)成，其中相鄰兩列圓柱的墩心距為34.5m，而前后排之間的中心距離則為23.4m，圓柱墩的直徑為Φ13.6m，高度為27m，開(kāi)孔率為20%。

在碼頭施工過(guò)程中，前后沉箱聯(lián)系梁和T型梁、管溝梁以及鋼結(jié)構(gòu)軌道梁的預(yù)制高度都為3m，鋼筋混凝土板預(yù)制的基本厚度則為0.5m，磨耗層的設(shè)計(jì)厚度為0.05～0.1m。

在拋石基床的處理過(guò)程中，主要采用10～100kg的石塊進(jìn)行處理，而持力層的基座則基本會(huì)放置于中等風(fēng)化板巖之上，基床自身的基本厚度為1～3.5m。

最終獲得結(jié)論：當(dāng)前碼頭存在沉箱開(kāi)裂現(xiàn)象，局部構(gòu)件的混凝土有剝落和破損以及裂縫。最終的評(píng)估結(jié)果是碼頭當(dāng)前的安全性和適用性以及耐久性都為B級(jí)。

3.對(duì)于碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

3.1針對(duì)碼頭主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在碼頭結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性和核心構(gòu)件內(nèi)力的核算過(guò)程中，在各種組合極為不利的情況下，碼頭自身的整體性依然可以滿足要求，核心構(gòu)件的內(nèi)力設(shè)計(jì)值也與已經(jīng)建成的構(gòu)件相符，因此并不需要對(duì)碼頭的主體結(jié)構(gòu)和構(gòu)件進(jìn)行改造。

3.2對(duì)于基床加固改造的設(shè)計(jì)

在碼頭前沿停泊區(qū)域正式開(kāi)挖完成之后，應(yīng)當(dāng)對(duì)原碼頭前沿區(qū)域的底柵欄板進(jìn)行完全拆除，在沉箱前趾的外側(cè)應(yīng)當(dāng)填補(bǔ)0.5m的拋石基床，在此過(guò)程中所采取的拋石應(yīng)當(dāng)為10～100kg的塊石，肩寬為0.5m，邊坡的坡度為1：1。

從碼頭前沿的沉箱前趾外側(cè)，按照1：1的坡度對(duì)原碼頭拋石基床開(kāi)展挖出，要求挖出的厚度保持在1.5m左右，并與挖巖后碼頭前沿停泊水域底部保持同樣的高度。

在處理碼頭前沿沉箱下拋石基床時(shí)，采用的是水下升漿的方式進(jìn)行加固。按照同類工程的經(jīng)驗(yàn)，在升漿的工程中，從前趾向后2m的范圍內(nèi)應(yīng)該注漿飽滿，升漿深度保持在2m；在2m之后的范圍，升漿深度應(yīng)逐漸減小。

最后采用袋裝混凝土對(duì)碼頭沿箱前趾外側(cè)進(jìn)行填筑，要求拋填的厚度為2m，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30，外側(cè)坡度應(yīng)控制在1：1.5。

3.3增加護(hù)弦鋼架的設(shè)計(jì)

為了有效提高較大船舶靠岸時(shí)的安全性，需要增大船舶舭龍骨與碼頭之間的距離。該泊位改造采用的是在現(xiàn)有碼頭橡膠護(hù)弦后方增加鋼筋設(shè)置的方法，增設(shè)的鋼架厚度要求為1m，鋼材表面需要采用熱噴鋁處理，從而避免被海水腐蝕。在固定過(guò)程中，首先應(yīng)在碼頭前沿后置螺栓，然后將鋼架的一端用螺母固定在上面，而鋼架的另一端則利用螺栓與橡膠護(hù)弦進(jìn)行連接。碼頭改造后斷面圖如圖1所示：

3.4對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的維護(hù)

為了保證碼頭結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)的使用年限，應(yīng)對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的破損位置進(jìn)行修復(fù)：首先將沉箱和構(gòu)件混凝土出現(xiàn)剝落、破損和具有裂縫的混凝土表面進(jìn)行鑿毛，之后利用彈性或者柔性材料進(jìn)行嵌縫，接著用聚合物砂漿抹平表面，支模現(xiàn)澆采用高性能修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)，以此使構(gòu)建恢復(fù)原貌，同時(shí)在修補(bǔ)區(qū)域表面用防腐材料進(jìn)行涂抹。

3.5對(duì)配套工程的設(shè)計(jì)

該泊位的改造工程設(shè)計(jì)，需要根據(jù)設(shè)計(jì)船型靠泊時(shí)對(duì)碼頭泊位工藝設(shè)備、供電等的實(shí)際要求決定。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前碼頭的配套設(shè)施能夠滿足設(shè)計(jì)船舶的靠岸需要，不用再進(jìn)行調(diào)整。

3.6排架、橫梁以及灌注樁的設(shè)計(jì)

（1）排架設(shè)計(jì)和受力分析

①排架的設(shè)計(jì)：因本碼頭改造之后的寬度最大加寬達(dá)到了8m，為了使灌注樁的單根剛度和承載力較大的特點(diǎn)得到有效發(fā)揮，該設(shè)計(jì)采用了單排灌注樁對(duì)碼頭上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐的方案，要求排架間的距離應(yīng)保持在5m。

②排架的受力分析：為了使換算程序更加的簡(jiǎn)化，可將排架受力轉(zhuǎn)化為平面問(wèn)題，即橫梁一端采用鉸支座的方式進(jìn)行支撐，而另一端則采用與灌注樁頂鉸接的方式。由于灌注樁支撐在巖面上，加之其下端嵌入風(fēng)化巖的深度為0.5m左右，因此可對(duì)其以固接考慮。系船柱及靠船構(gòu)件都和橫梁相連，如此碼頭所承受的水平力大部分就會(huì)通過(guò)橫梁傳遞于原方塊碼頭進(jìn)行承載，并且橫梁還要承載來(lái)自于面板、軌道梁等豎向荷載。灌注樁需要承受來(lái)自于橫梁等上部結(jié)構(gòu)的荷載以及內(nèi)力作用。

（2）橫梁的設(shè)計(jì)

由于靠船構(gòu)件和系船柱都和橫梁連接，通過(guò)橫梁可以將碼頭收到的水平力傳遞到原方塊碼頭，而且橫梁還承受軌道梁和面板傳遞的豎向荷載，灌注樁主要承受橫梁以及橫梁尚不能結(jié)構(gòu)荷載和自重產(chǎn)生的內(nèi)力。按照受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)原理，對(duì)該橫梁采用倒T型復(fù)合截面進(jìn)行設(shè)計(jì)。靠船構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)在橫梁的外端下部，系船柱應(yīng)設(shè)置在橫梁外端的上部。門機(jī)軌道梁與前縱梁則在節(jié)點(diǎn)位置與橫梁進(jìn)行整體澆注。

（3）進(jìn)行灌注樁的設(shè)計(jì)

根據(jù)排架受力分析發(fā)現(xiàn)，灌注樁承載著碼頭上部結(jié)構(gòu)和設(shè)備的全部重量。由于灌注樁的沉降能夠引起碼頭上部構(gòu)件形成較大的附加內(nèi)力，因此進(jìn)行灌注樁的設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)有關(guān)地質(zhì)資料的分析決定，灌注樁按照支撐樁的標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展施工，其下端應(yīng)嵌入風(fēng)化巖內(nèi)約0.5m；在灌注樁的上端應(yīng)設(shè)置樁帽，以便與橫梁連接。因該工程運(yùn)用的是單排灌注樁支撐上部結(jié)構(gòu)的形式，所以灌注樁的施工質(zhì)量非常關(guān)鍵，為了保證灌注樁的施工質(zhì)量，該工程設(shè)計(jì)了永久性的灌注樁鋼護(hù)筒。

4.結(jié)論

綜上所述，文章以實(shí)際工程為例，從主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、基床改造設(shè)計(jì)、碼頭附屬設(shè)施設(shè)計(jì)、配套工程設(shè)計(jì)幾個(gè)方面對(duì)碼頭泊位改造工程進(jìn)行了分析，通過(guò)在碼頭改造中應(yīng)用灌注樁梁板結(jié)構(gòu)，可以將原有結(jié)構(gòu)的配套設(shè)施優(yōu)點(diǎn)充分發(fā)揮出來(lái)，并且具有施工工期短、投入資金小、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。此外還應(yīng)不定期檢測(cè)碼頭施工情況，當(dāng)有異常情況出現(xiàn)時(shí)及時(shí)采取相應(yīng)的安全處理措施，保證碼頭施工質(zhì)量。

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