某內(nèi)河碼頭固定起重機(jī)基礎(chǔ)改造設(shè)計

◎狄宇倫 廣東省航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計院有限公司

1.項目背景

該工程位于廣州省淡水河右岸，碼頭于1993年竣工投產(chǎn)，碼頭現(xiàn)有1個5000噸級通用散貨泊位，泊位總長160米。碼頭結(jié)構(gòu)采用透空式高樁梁板結(jié)構(gòu)，采用門機(jī)抓斗加漏斗裝車的作業(yè)方式裝卸糧食。其中有一臺門機(jī)，由于超齡及金屬結(jié)構(gòu)存在安全隱患，已報備了港航事務(wù)中心。作報廢處理。由于，近幾年的10噸門機(jī)生產(chǎn)廠家不作生產(chǎn)，同時隨著船舶大型化、專業(yè)化、自動化的發(fā)展，碼頭原有港口規(guī)模及裝卸設(shè)備難以適應(yīng)現(xiàn)狀物吞吐量及裝卸能力的需求。因此，本次設(shè)計補(bǔ)充一臺45t固定吊，作為補(bǔ)充碼頭前沿生產(chǎn)作業(yè)的設(shè)備。

2.自然條件

2.1 設(shè)計水位

本報告的高程系統(tǒng)采用當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妗?/p>

設(shè)計高水位：3.05m（106.32m） （高潮10%）；

設(shè)計低水位：0.37m（103.65） （低潮90%）；

校核高水位：4.06m（107.34） （50年一遇高潮）；

校核低水位：-0.41m（102.87） （50年一遇低潮）。

2.2 泥沙及波浪

淡水河屬少砂河流，河床比較穩(wěn)定。據(jù)有關(guān)研究分析，本河段潮流為往復(fù)流性質(zhì)，河流的懸移質(zhì)和推移質(zhì)均小于東江北干流，淤積甚微。本河段距外海較遠(yuǎn)，外海傳入的波浪受河床及沿岸地形等因素的影響，至本河段時已大大減弱，且本碼頭屬透空式樁基結(jié)構(gòu)，故本碼頭水工結(jié)構(gòu)對波浪作用的影響可以忽略不計。

2.3 工程地質(zhì)

依據(jù)現(xiàn)狀碼頭的相關(guān)地質(zhì)勘查報告，本工程碼頭所處地區(qū)地質(zhì)分布比較均勻，起伏不大，上軟下硬。基本上分為灰色淤泥，灰色亞粘土（局部為灰色淤泥質(zhì)亞粘土），灰色中粗砂和砂頁巖風(fēng)化層。

2.4 地震

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001），本區(qū)地震基本烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度為0.10g，區(qū)內(nèi)建筑物抗震設(shè)計應(yīng)據(jù)此設(shè)防。

3.改造設(shè)計方案難點重點

依據(jù)舊碼頭的檢測與評估報告，舊碼頭樁基仍可承受部分作用力。因此充分利用原碼頭結(jié)構(gòu)，保證新舊結(jié)構(gòu)的結(jié)合性，是本次改造設(shè)計的重點難點。

4.總平面布置

4.1 總平面布置原則

總平面布置需與港口總體規(guī)劃相協(xié)調(diào)，并滿足《海港總體設(shè)計規(guī)范》（JTS 165-2013）等相關(guān)規(guī)范要求。

充分考慮碼頭現(xiàn)狀裝卸工藝，盡可能減少對現(xiàn)狀門機(jī)作業(yè)環(huán)境的影響。

在滿足補(bǔ)充功能的前提下，盡可能利用現(xiàn)有碼頭結(jié)構(gòu)，降低工程造價，節(jié)約投資。

4.2 設(shè)計船型主尺寸

本次設(shè)計為補(bǔ)充原碼頭前沿生產(chǎn)作業(yè)的裝卸設(shè)備而進(jìn)行的局部改造工程，根據(jù)規(guī)范選取船型見表1。

表1 設(shè)計代表船型尺度（單位：m）

4.3 原碼頭平面布置

原碼頭前沿線離開岸線（防洪堤）約45m，走向基本與堤岸平行。碼頭占用岸線總長度為160m，順岸布置一個5000DWT泊位，結(jié)構(gòu)按靠泊5000DWT散、雜貨船設(shè)計。泊位總長度為160m，碼頭平面尺寸為160m×25.8m。

碼頭、引橋面高程為4.46m；前沿停泊水域?qū)挾葹?8m，碼頭前沿底高程為-7.7m；回旋水域短軸長為186m、長軸長度為310m，底高程設(shè)計值為-7.7m。

4.4 總平面布置方案

充分考慮碼頭現(xiàn)狀門機(jī)的作業(yè)環(huán)境，并結(jié)合業(yè)主的實際需求及后方工藝流程的布置，總平面布置方案固定吊機(jī)墩臺布置在碼頭上游一側(cè)，吊機(jī)墩臺尺度：長×寬×厚=12.3×5.9×2.51m，吊機(jī)墩臺沿著碼頭前沿線方向長度為12.3m，垂直碼頭前沿線方向長度為5.9m，現(xiàn)狀碼頭面頂高程4.46m，底高程1.87m；為避免墩臺面局部積水，吊機(jī)墩臺頂面高程略高于碼頭面，并做自然排水坡；吊機(jī)墩臺中心距離碼頭前沿7.5m，距離碼頭上游一側(cè)邊緣26.05m。總平面布置方案詳見圖1。

圖1 碼頭改建結(jié)構(gòu)平面圖

4.5 主干管線綜合布置

本工程為碼頭改造工程，碼頭新增固定式起重機(jī)供電管線沿已有電纜溝鋪設(shè)，其余配套管線沿用原碼頭布置。

5.水工建筑物

本次設(shè)計在碼頭泊位長度方向設(shè)置1個吊機(jī)墩臺，拆除范圍為碼頭上游一側(cè)結(jié)構(gòu)段局部范圍，拆除改造吊機(jī)墩臺位置原碼頭梁板結(jié)構(gòu)，為保證新舊結(jié)構(gòu)的整體剛度，保留拆除范圍內(nèi)原結(jié)構(gòu)橫梁。

5.1 原碼頭結(jié)構(gòu)

碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計為樁基梁板結(jié)構(gòu)，由南向北分3個結(jié)構(gòu)分段，共27個排架，基樁采用500×500mm預(yù)應(yīng)力方樁，排架間距6.4m，排架每榀樁基布置2根3∶1的斜樁及7根直樁組成。梁系為預(yù)制安裝結(jié)構(gòu)。碼頭上部結(jié)構(gòu)主要包括樁帽、橫梁、縱梁、軌道梁、面板等，砼標(biāo)號均采用C30。

5.2 原碼頭結(jié)構(gòu)檢測與評估

原碼頭結(jié)構(gòu)前期做過多次檢測以及質(zhì)量評估。依據(jù)最新的檢測與評估報告說明，碼頭結(jié)構(gòu)整體外觀良好，個別構(gòu)件局部存在混凝土剝落、露筋情況。構(gòu)建劣化度綜合評定為A級；樁基試驗工檢測247根混凝土方樁，其中Ⅰ類樁242根，占所測樁數(shù)的97.98%，Ⅱ類樁5根，占所測樁數(shù)的2.02%，無Ⅲ類樁與Ⅳ類樁。

根據(jù)檢測結(jié)果，墩臺與舊碼頭澆筑成整體，舊碼頭樁基仍可承受部分作用力。

5.3 碼頭工藝荷載

碼頭前沿堆貨荷載：20kN/m2。

起重運(yùn)輸機(jī)械荷載：45t固定吊：水平力600kN，垂直力5000kN，傾覆力矩19000kN.m。

移動荷載：Q35牽引車+載重20t平板車。

5.4 水工建筑物結(jié)構(gòu)改造方案

考慮到現(xiàn)狀碼頭護(hù)岸拋石的影響，本工程樁基礎(chǔ)選用灌注樁。

5.4.1 水工結(jié)構(gòu)方案一

拆除范圍：對原碼頭結(jié)構(gòu)H-E行（不含H、E）22-24列內(nèi)縱梁及面板拆除，包括4根Z2-1縱梁和12塊P1面板。

吊機(jī)墩臺樁基礎(chǔ)：吊機(jī)墩臺下部布置6根Φ1200灌注樁，樁底標(biāo)高為-32m。

吊機(jī)墩臺：墩臺尺度：長×寬×厚=12.3m×5.9m×2.51m。新吊機(jī)墩臺與原結(jié)構(gòu)橫梁澆筑在一起。縱梁和橫梁與吊機(jī)墩臺結(jié)構(gòu)界面進(jìn)行鑿毛處理。墩臺面頂高程4.46m，底高程1.87m。墩臺中間的吊機(jī)底座頂為便于排水，頂高程設(shè)計為4.51m。結(jié)構(gòu)方案詳見圖2。

圖2 改建后結(jié)構(gòu)斷面圖 （水工結(jié)構(gòu)方案一）

5.4.2 水工結(jié)構(gòu)方案二

吊機(jī)墩臺尺度與結(jié)構(gòu)方案二相同，不同的是結(jié)構(gòu)方案一吊機(jī)墩臺樁基礎(chǔ)由下部布置6根Φ1200灌注樁，而結(jié)構(gòu)方案二樁基礎(chǔ)由下部布置4根Φ1500灌注樁。

拆除范圍：與結(jié)構(gòu)方案一相同。

吊機(jī)墩臺樁基礎(chǔ)：吊機(jī)墩臺下部布置4根Φ1500灌注樁，樁底標(biāo)高為-33m。

吊機(jī)墩臺：與結(jié)構(gòu)方案一相同。

6.結(jié)構(gòu)計算

本次計算采用“易工水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件”對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模計算。

碼頭作用包括結(jié)構(gòu)自重、船舶作用力、人群荷載、堆貨荷載、流動機(jī)械荷載等。各作用效應(yīng)按《港口工程荷載規(guī)范》（JTS 144-1-2010）對實際可能在碼頭結(jié)構(gòu)上同時出現(xiàn)的作用，按不同水位情況下相應(yīng)的持久狀況，短暫狀況及偶然狀況予以考慮組合。

6.1 結(jié)構(gòu)方案一

吊機(jī)墩臺采用Φ1200mm灌注樁與原結(jié)構(gòu)500×500mm方樁結(jié)構(gòu)（G-23、F-23共2根）形成基礎(chǔ)，灌注樁持力層進(jìn)入頁巖中風(fēng)化不少于2倍樁徑，其樁基內(nèi)力和單樁承載力設(shè)計值見表2。

表2 樁基承載力計算結(jié)果表

6.2 結(jié)構(gòu)方案二

當(dāng)?shù)鯔C(jī)墩臺采用Φ1500mm灌注樁與原結(jié)構(gòu)500×500mm方樁結(jié)構(gòu)（G-23、F-23共2根）形成基礎(chǔ)，經(jīng)過試算，門機(jī)主導(dǎo)作用時，原結(jié)構(gòu)500×500mm方樁超過單樁軸向承載力，因此結(jié)構(gòu)計算時吊機(jī)墩臺僅考慮采用Φ1500mm灌注樁形成基礎(chǔ)，灌注樁持力層進(jìn)入頁巖中風(fēng)化不少于2倍樁徑，其樁基內(nèi)力和單樁承載力設(shè)計值見表3。

表3 樁基承載力計算結(jié)果表

6.3 方案比選

結(jié)構(gòu)方案一樁基礎(chǔ)采用6根Φ1200灌注樁與原結(jié)構(gòu)500×500mm方樁結(jié)構(gòu)（G-23、F-23共2根）形成基礎(chǔ)，方案二樁基礎(chǔ)采用4根Φ1500灌注樁，兩個方案均可行，不同之處在于樁基礎(chǔ)的布置不一樣，但各有優(yōu)缺點，詳見表4。

表4 結(jié)構(gòu)方案比選表

結(jié)合樁基礎(chǔ)受力及施工方法分析，結(jié)構(gòu)方案一樁基礎(chǔ)受力分布更均勻，與原碼頭結(jié)構(gòu)結(jié)合較好，整體性好；結(jié)構(gòu)方案二灌注樁樁徑及樁底高程與原碼頭方樁相差較大，整體性較差。入巖深度較深，后期沖孔較困難。綜合考慮，本次設(shè)計推薦結(jié)構(gòu)方案一。

7.設(shè)計體會和結(jié)論

（1）原碼頭結(jié)構(gòu)檢測與評估的結(jié)論對碼頭結(jié)構(gòu)改造有重要的參考與指導(dǎo)意義，改造設(shè)計前需充分對原碼頭的樁基礎(chǔ)、碼頭構(gòu)件等做充分的檢測以及質(zhì)量評估。

（2）碼頭改造設(shè)計總平面布置需充分結(jié)合業(yè)主需求、協(xié)調(diào)現(xiàn)狀裝卸設(shè)備的布置，盡可能減少對現(xiàn)狀裝卸設(shè)備作業(yè)環(huán)境的影響。在滿足補(bǔ)充功能的前提下，盡可能利用現(xiàn)有碼頭結(jié)構(gòu)，降低工程造價，節(jié)約投資。

（3）樁基礎(chǔ)在滿足極限承載能力狀態(tài)下單樁軸向承載力的前提下，樁基選型盡可能選用與原碼頭結(jié)構(gòu)樁基礎(chǔ)直徑相近的型號，充分利用原碼頭樁基礎(chǔ)，保證與原碼頭結(jié)構(gòu)結(jié)合的整體性。

（4）原結(jié)構(gòu)拆除時需注意對原碼頭結(jié)構(gòu)的保護(hù)，盡可能的保留原結(jié)構(gòu)受力鋼筋，新建結(jié)構(gòu)依據(jù)現(xiàn)場施工情況，合理采用植筋，嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范施工，保證與原碼頭結(jié)構(gòu)的連接性、整體性。

（5）灌注樁施工時，可在碼頭面板打孔，利用原碼頭結(jié)構(gòu)作為施工平臺。

（6）澆筑新建構(gòu)件混凝土?xí)r，需注意有關(guān)預(yù)埋件的預(yù)埋。

8.總結(jié)

隨著船舶大型化、專業(yè)化、自動化的發(fā)展，港口大型化、專業(yè)化、裝備現(xiàn)代化的趨勢明顯。老港港區(qū)原有港口規(guī)模及裝卸設(shè)備難以適應(yīng)現(xiàn)狀吞吐量及裝卸能力的需求，同時港口岸線是一種稀缺且不可再生的寶貴戰(zhàn)略資源。通過對現(xiàn)狀碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)升級和改造，對節(jié)約和優(yōu)化岸線資源、解決高速發(fā)展帶來的碼頭設(shè)計吞吐量及裝卸能力不足的問題有重要意義。