某重件碼頭加固修復設計關鍵技術分析

楊 帥，羅 雷

（中交二航局建筑科技有限公司，湖北 武漢 430040）

引言

隨著碼頭裝卸貨種的大型化、重型化發展，使用固定桅桿式起重機（也稱為桅桿吊）進行作業的碼頭越來越多。固定桅桿式起重機具有制作簡單、裝拆方便，起重量較大（可達100 t以上）等優點，一般用于港口碼頭木材或鋼材的裝卸作業，特別是吊裝大型構件時，這類起重設備更顯它的優越性。但固定桅桿式起重機也有其明顯缺點：起重半徑小、移動困難，需拉設較多的纜風繩，一旦發生事故，將會對碼頭結構造成嚴重損傷，且修復難度較大。

武漢陽邏某碼頭為重件碼頭，碼頭上布置1臺350 t-33 m固定桅桿式起重機。該碼頭固定桅桿式起重機向岸側傾覆，碼頭結構受損嚴重。本文通過對碼頭受損區域加固修復設計中關鍵技術進行分析，為類似工程問題提供參考。

1 原碼頭概況

武漢陽邏某碼頭為1個5 000 t級重件泊位，主要功能為出口重件，碼頭上布置1臺350 t-33 m固定桅桿式起重機。該碼頭結構型式為高樁墩臺結構，江側布置桅桿吊前墩臺（江側墩臺），通過42 m長的鋼橫撐結構段與桅桿吊后墩臺（岸側墩臺）連接。江側墩臺尺寸為35.0 m×23.7 m，岸側墩臺尺寸為16.0 m×12.0 m。

桅桿吊江側墩臺的排架間距5.0 m，每排設置6根Φ1 000δ16預制芯柱嵌巖鋼管樁，岸側墩臺尺度為16.0 m×12.0 m，墩臺基礎布置9根Φ1 200鉆孔灌注樁。前墩臺與后墩臺通過2根Φ1 000×16的水平鋼橫撐連接，鋼橫撐下部設置三榀排架，排架間距10.5 m，每榀排架設置兩根Φ1 000鉆孔灌注樁。原碼頭結構平面和碼頭結構剖面如圖1和圖2所示。

圖1 原碼頭結構平面

圖2 原碼頭結構剖面

2 碼頭受損檢測主要結論

2.1 江側墩臺

受桅桿吊倒落影響，江測墩臺兩個臂架下鉸點基座處出現混凝土破損 7處，破損面積共計28 800 cm2，經去除基座預埋鋼板后混凝土仍存在混凝土破損、裂縫現象。

對桅桿吊臂架下鉸點基座處混凝土進行鉆芯檢測，結果顯示自鉆孔頂部以下0～30 cm范圍內波幅較大，聲速基本正常，判定自鉆孔頂部以下30 cm范圍內存在輕微缺陷。

2.2 鋼橫撐結構段

受桅桿吊倒落影響，從岸側到江側第1榀排架和第2榀排架的4根灌注樁中，每根灌注樁均出現約10條環向裂縫，最大裂縫寬度4.2 mm。對4根灌注樁外觀缺陷以下部位進行低應變完整性檢測，其中Ⅱ類3根、Ⅲ類1根，未發現Ⅰ類、Ⅳ類。從岸側到江側第2榀排架上游側灌注樁為Ⅲ類樁。

從岸側到江側第2榀蓋梁12處混凝土破損，破損面積共計21 550 cm2，且存在2處混凝土內部不密實和空洞，面積合計2 600 cm2；從岸側到江側第1榀蓋梁在可視范圍內共出現29處裂縫（豎向、橫向、斜向、環向），最大裂縫寬度6.47 mm，破損脹裂5處，共計12 709 cm2，且存在8處混凝土內部不密實和空洞，面積合計12 800 cm2。

對鋼橫撐進行外觀檢測，鋼橫撐未發現變形及裂縫，僅端部焊接部位銹蝕嚴重。

2.3 岸側墩臺

江側距上游5～10 m混凝土表面破損4處，破損總體積為7.85 m3，且存在露筋現象，總長度為L1=3 100 cm。

3 碼頭維修加固設計

桅桿吊臂架下鉸點基座是受力最大、最復雜的基座，從檢測報告中可知，該碼頭桅桿吊臂架下鉸點基座處受損嚴重、且預埋鋼板被切除，故如何修復桅桿吊復臂架下鉸點基座是本項目的一個關鍵點。

鋼橫撐結構段的作用在于抵抗桅桿吊作業時產生的水平力，從檢測報告中可知，鋼橫撐結構段蓋梁及樁基受損嚴重，且其中1根樁為Ⅲ類樁，故如何修復鋼橫撐結構段蓋梁及樁基是本項目的另一個關鍵點。

同時，由于原桅桿吊受損嚴重，故業主決定采購新桅桿吊（WGD 350 t/150 t-35 m固定桅桿式起重機），與原桅桿吊相比，新桅桿吊各基座荷載均發生一定變化，這進一步增加了修復難度。

3.1 臂架下鉸點基座修復方案[1-4]

傳統的基座修復方法是開挖基座處混凝土基礎，重新預埋錨固螺栓、鋼板及澆筑混凝土，不僅修復難度較大，而且施工周期長、工程造價高，尤其在高樁碼頭上開挖并重新澆筑時，由于高樁墩臺結構下部為鏤空結構，上部為大體積混凝土，開挖難度更大，且重新澆筑后整體性較差，更增加了修復難度。

與原桅桿吊相比，新桅桿吊臂架下鉸點基座荷載變化較大，且在檢測過程中，基座預埋鋼板被切除。為解決傳統基座修復方法在高樁碼頭基座修復應用中的難題，本項目臂架下鉸點基座修復采取的技術方案為：切除原預埋鋼板，檢測基座處基礎混凝土損傷程度，鑿除受損及存在裂縫的混凝土層，利用剩余無損傷的原有基礎及原預埋螺栓進行基座修復，鋪設鋼筋網加強，采用塞焊的方式安裝預埋鋼板，預埋鋼板與混凝土之間空隙采用環氧砂漿密實，基座頂部采用瀝青密封。修復方案如圖3和圖4所示。

圖3 臂架下鉸點基座修復平面

圖4 臂架下鉸點基座修復剖面

3.2 鋼橫撐結構段樁基及蓋梁修復[5-6]

傳統的修復方式是采用粘貼鋼板或碳纖維的方式進行樁基和蓋梁的修復，且Ⅲ類樁不可利用，需重新補樁。該碼頭鋼橫撐段樁基環向裂縫較多，蓋梁破損嚴重且存在不密實和空洞現象，采用此傳統方法修復后，樁基和蓋梁修復后承載力均不能有效保證。故本項目鋼橫撐結構段樁基及蓋梁修復方案為：拆除受損蓋梁及受損灌注樁，對剩余灌注樁進行檢測（如圖5所示，檢測結果顯示剩余樁基均為Ⅰ類樁），利用剩余灌注樁重新澆筑地梁、立柱、蓋梁的方式進行修復。修復過程中，為防止樁基拆除過程中，上部鋼撐桿沒有支撐而對端部接頭處造成破壞，故采用鋼架和千斤頂支撐起鋼撐桿。鋼架及千斤頂布置如圖6所示，鋼橫撐結構段修復如圖7所示。

圖5 4根灌注樁剩余樁基完整性檢測結果

圖6 鋼架及千斤頂布置

圖7 鋼橫撐結構段修復

3.3 桅桿吊增加防后傾裝置[7]

為防止桅桿吊發生傾覆，故在桅桿吊設計中考慮增加防后傾裝置，包括防后傾拉索和防后傾支撐。在兩個臂架下鉸點基座附近區域布置兩個防后傾拉索，以限制桅桿吊吊臂的最大傾角，同時，在臂架與撐桿之間設置一套防后傾支撐，進一步防止吊臂的最大傾角，以達到防止桅桿吊向后傾覆的雙保險措施。桅桿吊新增防后傾裝置如圖8所示。

圖8 桅桿吊新增防后傾裝置

3.4 碼頭承載能力復核[2,8]

由于桅桿吊各基座荷載變化，故需根據新荷載對碼頭結構整體承載能力進行分析，并對各基座預埋件承載能力進行分析。整體建模如圖9所示，計算結果如表2所示。

由表2可知，加固后碼頭整體結構及加固后桅桿吊臂架下鉸點基座均是安全的。

圖9 碼頭結構整體模型

表2 碼頭結構承載能力核算結果

4 結語

本文依托實際工程項目，提出了桅桿吊臂架下鉸點基座及鋼橫撐結構段修復的新方法，與傳統修復方法相比，優勢明顯，主要結論如下：

1）臂架下鉸點基座是桅桿吊受力最大最復雜的一個基座（包括抗拉、抗壓、抗剪、抗扭），本修復方法利用原預埋螺栓，并與檢測、施工相結合，改變了以往開挖基座混凝土及錨筋、重新澆筑基座基礎的傳統修復方式，降低了修復難度、節約了造價及修復工期。

2）鋼橫撐結構段樁基和蓋梁的加固方法，破除常規的補樁及粘貼鋼板或碳纖維的加固方式，拆除受損蓋梁和樁基，對剩余樁基檢測，利用剩余樁基澆筑地梁和蓋梁。此外，修復過程中分布實施，安裝鋼架和千斤頂的支撐裝置，支撐起鋼橫撐，防止鋼橫撐與墩臺連接位置受力太大而遭到破壞，保證了鋼橫撐的結構安全。

3）桅桿吊新增防后傾裝置，防止桅桿吊發生傾覆，有效保證了碼頭的安全使用。

4）與原桅桿吊相比，新桅桿吊各基座荷載均有變化，故根據新荷載對碼頭整體結構進行復核，以保證碼頭結構安全。

綜上所述，與傳統的修復方式相比，該碼頭桅桿吊臂架下鉸點基座和鋼橫撐結構段修復方法，采用檢測、設計、施工相結合的方式，提出了適用于碼頭上基座修復的新方法，不僅保證了結構安全，而且節約了工期和修復成本。