福建重力式碼頭修復加固方案

彭大勇

摘 要：本文通過對某重力式碼頭破壞后的加固修復，提出在軟土地基上建設重力式碼頭應注意的問題，以便為類似工程設計提供參考借鑒。

關鍵詞：重力式碼頭;加固修復;軟土地基

中圖分類號：U655.4? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0092-02

1工程概況

該重力式碼頭工程位于福建省南部沿海，東山島蘇尖灣北側水域。該工程防波堤內側建設直立式方塊碼頭，泊位總長度290m，包含500噸泊位4個（見圖1）。建筑物安全等級為二級，設計使用年限為50年，該工程于2018年底完成施工。

2019年4月19日，該重力式方塊碼頭局部突然發生嚴重的沉降和位移情況（見圖2）。經現場檢測，該重力式碼頭結構出現了以下破壞情況：1）碼頭胸墻向海側產生較大位移及豎向沉降;2）胸墻分段間存在錯縫、移位;3）擋浪墻附近六角塊發生塌陷、位移，塊體間分離。經研究，該重力式碼頭結構破壞的原因主要是由于施工完成期內，因土體未完成固結使地基承載力不足而導致失穩破壞。

該重力式碼頭在局部突然發生位移沉降后，隨著地基軟土固結過程繼續產生豎向沉降。截至2020年4月，破壞段內碼頭結構最大累計沉降量為1.05m（卸荷板后側）、最大累計水平位移為0.77m（碼頭前沿，向港池側），破壞段內擋浪墻最大累計沉降量為0.20m、最大累計水平位移為0.46m（向港池側）。

為確保該重力式碼頭不再繼續破壞，恢復碼頭使用功能，受業主方委托對該碼頭進行了原型加載試驗，用以明確結構修復加固標準。

2020年4月至6月，通過碼頭原型加載試驗論證該重力式結構穩定性。試驗條件如下：在試驗區碼頭前側以拋砂方式形成反壓層，反壓層頂面寬度17m，反壓層頂面高程平均值約為-2.8m，碼頭頂面根據等效設計荷載值進行加載。即卸荷板正上方加載40kPa、卸荷板后方至擋浪墻加載50kPa。原型加載試驗結果表明，在預設反壓情況下，該重力式結構在等效設計荷載作用下結構穩定，碼頭結構累計豎向沉降最大值為28mm、碼頭結構累計水平位移最大值為48mm（向外海側）、27mm（向港池側）。根據加載試驗結果，采用碼頭前側反壓的方式提高該重力式結構的地基承載力。

2修復原則及范圍

修復目的：對整個碼頭破壞段及未破壞段進行修復加固處理，恢復該碼頭的正常使用功能。

修復標準：在滿足原碼頭設計使用條件的基礎上，將港池水深從-5.6m變更為-4.6m，碼頭頂高程仍為6.0m，碼頭前沿線向港池側偏移1m。

3修復方案及說明

3.1 總體方案

該重力式碼頭修復方案包括對地基部分和結構部分的加固修復措施，主要內容如下：

（1）地基加固修復：包括變形段（含拐角內側）以及未變形段。

考慮原設計中靠泊船型對港池水深的要求（港池底高程不高于-4.6m），在變形段（K0+338至K0+468）推薦采用鐵礦石混凝土替代試驗中的反壓砂，從而實現既保證反壓重量、又降低反壓高度的目的;該方案相對簡單，無需再采用深層水泥攪拌等處理措施。

對于未變形段（碼頭泊位范圍為K0+468至K0+628/碼頭全長為K0+468至K0+738）建議采用加載試驗驗證碼頭穩定性：在碼頭前側少量反壓，采用塊石回填碼頭前沿溝槽;在碼頭頂面施加25～30kPa的堆載，分為2～3次加載，每級加載10～15kPa。

加載期間對碼頭及防波堤結構的水平位移、沉降進行持續觀測，每周觀測次數不小于2次，每次觀測盡量選取同一水位（如潮位2m）進行觀測。待每級加載穩定后方可施加下一級荷載，加載間隔不小于24h。通過加載試驗可以對未變形段地基進行預固結處理，可有效降低使用期碼頭沉降量，提升未變形段碼頭結構的安全性。

（2）碼頭頂面找平：包括變形段（含拐角內側）。

在變形段內（含拐角附近），對六面塊體及部分回填料進行開挖、清除;對胸墻結構進行拆除、重新澆筑;回填塊石料并重新鋪設碼頭面墊層及六面塊體，恢復變形段內碼頭頂面高程至原設計高程（6m）。

（3）碼頭前沿線找平：包括變形段（含拐角內側）以及未變形段。

在變形段內，以水平變形最大處為基準，通過重新澆筑胸墻的方式使得碼頭前沿線向港池側偏移1m。

在未變形段內，采用在碼頭前立面加裝預制鋼筋砼靠船構件的方式使碼頭前沿線向港池側偏移1m，從而達到變形段與未變形段的碼頭前沿線保持平直。

（4）擋浪墻找平：包括變形段。目前拐角過后第2～6個擋浪墻之間存在錯縫，墻頂錯縫最大值約為9cm，建議采用鑿毛、植筋、局部補澆混凝土的方式，通過增大擋浪墻外觀尺寸，修復相鄰擋浪墻之間的錯縫，使得擋浪墻頂高程達到原設計高度。

3.2變形段（K0+328<含拐角內側10m>/K0+338至K0+468）

（1）前沿反壓。挖除碼頭前側加載試驗的反壓砂及表層地基至-6.2m，在碼頭變形段（K0+328/338至K0+468）前側拋級配塊石至-6.2m，用以填平碼頭前沿附近溝槽，然后吊裝預制的鐵礦石混凝土塊，形成反壓層（見圖3）。反壓區域頂寬為17m，長度約為130m，頂高程為-4.6m。為了避免鐵礦石與海水反應導致鐵離子等元素析出，預制鐵礦石混凝土塊體的保護層厚度不小于10cm。

（2）拆除胸墻。對變形段（K0+328/338至K0+468）內的胸墻進行拆除。同時清除變形段（K0+328/338至K0+468）內碼頭面層、挖除胸墻后側的部分回填塊石。

（3）重新現澆胸墻（前立面找平）。對碼頭變形段（K0+328/338至K0+468），重新現澆C30混凝土胸墻并安裝橡膠護舷，使得修復后的碼頭前沿線向港池側偏移1m。原卸荷板上的水平橡膠護舷變更為豎向橡膠護舷，每組豎向護舷總長3.3m，水平間隔5m。重新現澆胸墻尺寸詳見圖3。

（4）擋浪墻找平。采用鑿毛、植筋、局部補澆混凝土的方式，通過增大擋浪墻外觀尺寸，修復相鄰擋浪墻之間的錯縫，使得擋浪墻頂高程達到原設計高度。

（5）裂縫修補。根據需要，對碼頭結構、擋浪墻結構上寬度為0.2-0.3mm的裂縫，采用封閉方法對裂縫進行修補;對寬度大于0.3mm的裂縫或貫穿裂縫，采用化學灌漿法進行修補。

3.3未變形段（K0+468至K0+628<碼頭泊位范圍>/K0+738<碼頭全長>）

（1）前沿反壓。在碼頭未變形段前沿少量反壓，即拋填塊石至-6.2m，用以填平碼頭前沿附近溝槽。

（2）拆除胸墻。對未變形段（碼頭泊位范圍K0+468至K0+628）內的胸墻進行拆除。同時清除未形段內碼頭面層、挖除胸墻后側的部分回填塊石。在胸墻拆除施工過程中，需注意對原碼頭電纜管線的保護。

（3）重新現澆胸墻（前立面找平）。對碼頭未變形段（碼頭泊位范圍K0+468至K0+628），重新現澆C30混凝土胸墻并安裝橡膠護舷，使得修復后的碼頭前沿線向港池側偏移1m。原卸荷板上的水平橡膠護舷變更為豎向橡膠護舷，每組豎向護舷總長4.5m，水平間隔5m。重新現澆胸墻尺寸詳見施工圖。

4結語

迄今為止，軟基上的重力式碼頭建設依然是一項嚴重依賴工程經驗、缺乏明確行業規范指導的任務。一方面，軟土地基上重力式結構的失穩破壞機制不同于坐于剛性地基之上的重力式結構，譬如：拋石基床與軟土之間的水平滑動破壞機理更為復雜，結構傾覆轉動點位置也不再是前趾點，軟粘土地基在循環荷載作用下承載力的弱化機理以及砂土在振動荷載作用下的液化問題都是需要不斷持續深入研究的問題等。另一方面，現有的行業規范中缺乏對軟基上的重力式結構的具體設計方法。因此，近些年來國內不斷出現軟粘土地基上重力式結構破壞的案例。

本工程雖然建設規模不大，但從地質條件看，基床下臥地基有軟粘土、砂混泥、中砂等，地質條件十分復雜。這些都增加了設計難度，現有的行業規范中缺乏對此類工程的具體規定與指導。本工程以及近些年來國內不斷出現軟粘土地基上重力式結構破壞的案例，也更加說明亟需完善和補充規范中關于軟基上重力式結構的設計方法。

參考文獻：

[1]孫強寶.淤泥質軟基上建造重力式碼頭實例[J].海岸工程，1990（01）：40-46.