某高樁碼頭船撞修復方案研究

王志勇， 羅 彬， 張海民

(安徽省現代交通設計研究院有限責任公司，安徽 合肥 230022)

0 引 言

2011年福建龍洲運輸股份有限公司通過收購安徽中技管樁有限公司后成立安徽中樁物流有限公司，公司坐落在蕪湖長江大橋綜合經濟開發區，鄰近蕪湖長江二橋三山出口，地理位置優越，是一個集港口裝卸、貨物堆存、倉儲加工、集疏運、配送、信息服務、礦建材料貿易、油氣供應等服務于一體的大型綜合物流樞紐。

2020年1月31日，安徽中樁物流有限公司碼頭工程第50#軸線受到了滿載船體撞擊，碼頭靠江側的鋼管樁發生破損，撞擊處鋼管樁焊接部位拉裂、彎曲變形，樁帽節點部位斷裂并一定程度影響后方PHC基樁；同時影響相鄰第49#和51#軸線的基樁及上部結構安全。為充分掌握船損碼頭整體結構的現狀情況，需要檢測和評估受損情況并設計修復。碼頭工程軸線基樁如圖1所示。

圖1 49#～51#軸線基樁編號圖

1 工程地理位置

安徽中樁物流有限公司位于蕪湖市繁昌縣高安橋村，蕪湖長江大橋綜合經濟開發區境內，位于長江下游黑沙洲河段右汊右岸，緊鄰蕪湖長江二橋(徐福高速)三山出口，地理位置優越。

2 水工建筑物檢測與評估結論

根據水利部交通運輸部國家能源局南京水利科學研究院編制的《安徽中樁物流有限公司碼頭工程船損事故水工建筑物檢測與評估報告》，報告的結論如下[1]：

(1)通過抽檢49#～51#軸線排架水工混凝土結構表明：

① 抽檢排架結構混凝土強度50測區，所得現齡期混凝土強度推定值在35.5～36.0 MPa，符合設計指標C30要求；抽檢鋼筋保護層厚度30點，合格點數為27點，合格率為90.0%；抽檢鋼筋間距30點，合格點數為28點，合格率為93.3%；抽檢鋼筋銹蝕電位108測點，108測點電位水平均>-200 mV，所抽構件鋼筋銹蝕狀況判別均為銹蝕概率<10%。

② 50#軸線與50-F鋼管基樁連接部位橫梁混凝土成塊剝落，剝落部位可見縱筋與箍筋，均無銹蝕，錨固插筋裸露，該構件其余部位混凝土表面無蜂窩麻面、無裂縫、無孔洞、無露筋，構件整體無顯著異常。

③ 49#軸線、51#軸線橫梁混凝土表面無蜂窩麻面、無裂縫、無孔洞、無露筋，構件整體無異常。

④ 49#～51#軸線邊梁、軌道梁及縱梁混凝土表面均無蜂窩麻面、無裂縫、無孔洞、無露筋，構件整體無異常。

⑤ 通過對碼頭第五分段測量表明：2020年03月12日對測點M17、測點M18、測點M19、測點M20的測量結果相較于2015年12月15日觀測平均豎向相對位移分別是-7.0 mm、-20.0 mm、-16.0 mm、-13.0 mm；測線一高程分布在14.023～14.063 m，測線二高程分布在14.027～14.055 m，測線三高程分布在13.983～14.027 m。

(2)通過采用水下攝像技術檢測49#～51#軸線基樁水下部分表明：

① 水下攝像探測時水面高程約3.10 m。

② 50#軸線50-F鋼管基樁從高程0.9 m處往上出現沿螺旋焊縫的撕裂損壞，高程在0.9～1.8 m為損壞撕裂區域，高程1.8 m以上被壓扁，在高程1.1 m左右的位置與50#軸線50-E鋼管基樁靠在一起，高程0.9 m處以下無可見變形、裂縫及其他損壞現象。

③ 50#軸線50-G構件為鋼靠船立柱，已被船舶撞彎變形，與50#軸線50-F鋼管基樁靠在一起。

④ 49#軸線～51#軸線鋼管基樁之間的兩跨三層系纜平臺掉落于河床上。

⑤ 50#軸線50-A、50-B、50-C、50-D四根PHC基樁表面未發現裂縫、缺損及其他損壞現象。

⑥ 49#軸線49-A、49-B、49-C、49-D四根PHC基樁、49-E、49-F兩根鋼管基樁，以及49-G鋼靠船立柱表面均未發現裂縫、缺損及其他損壞現象。

⑦51#軸線51-A、51-B、51-C、51-D四根PHC基樁、51-E、51-F兩根鋼管基樁，以及51-G鋼靠船立柱表面均未發現裂縫、缺損及其他損壞現象。

(3)通過檢測49#～51#軸線共12根基樁參數表明：

① 樁號50-A距樁頂約15.5 m左右，樁身存在輕微缺陷，樁號49-B距樁頂約16.5 m，樁身存在輕微缺陷，樁號50-C距樁頂約17.0 m，樁身存在輕微缺陷。

② 樁號49-C、49-D、50-A、50-B、50-D、51-A、51-B、51-C、51-D樁身完整。

③ 所檢部位涂層厚度合格率在33.3%～100.0%，涂層厚度局部合格率較低，大部分滿足設計要求。所檢鋼管基樁水位變動區涂層基本失效，鋼管基樁和鋼靠船立柱銹蝕。鋼管基樁和鋼靠船立柱設計壁厚為16 mm，經檢測，目前壁厚在15.40～15.60 mm。

④ 50#軸線鋼靠船立柱臨江側在二層系纜平臺處斷裂(高程7.9 m)，斷裂長度約2.0 m，斷裂不在焊縫處，為水平斷裂。岸側余下0.5 m連接。二層平臺以下因與其連接的縱橫連系梁全部丟失，現處于傾斜狀態，傾向岸側與51排架方向，且變形嚴重。其上一豎向橡膠護舷缺失。二層系纜平臺處，因50#與51#排架之間縱向連系梁擠壓而凹陷。靠船立柱頂部混凝土橫梁破損較嚴重，鋼筋外露3根。

⑤ 50-F、50-E樁嚴重變形、變位，特別是二層系纜平臺與三層系纜平臺之間。在三層系纜平臺處，該鋼管基樁因擠壓而凹陷。二層平臺處，50-F、50-E樁整體向岸側變位60 cm；整體向51#排架方向變位約15 cm。水位變動區鋼管涂層基本失效，表面有銹跡、銹斑。頂部混凝土橫梁破損較嚴重，2處鋼筋外露各10余根，且大都已被拉斷。

⑥ 49#排架鋼管基樁與靠船立柱無明顯變形，三層系纜平臺與50#排架相連接的縱向連系梁因撞擊而缺失，其中49F樁在縱向連系梁連接處破損一塊，約10 cm×6 cm。水位變動區鋼管涂層基本失效，表面有銹跡、銹斑。

⑦ 51#排架鋼管基樁與靠船立柱無明顯變形，三層系纜平臺與50#排架相連接的縱向連系梁因撞擊而缺失。水位變動區鋼管涂層基本失效，表面有銹跡、銹斑。

⑧ 50#排架橫向連系梁二層和三層系纜平臺橫向鋼連系梁與樁柱之間的焊接均有脫開的情況。二層平臺處，50-E與50-F之間連接焊縫處脫開，50-F與靠船立柱之間連系梁已完全脫開而丟失。三層平臺連系橫梁焊縫處均脫開。

⑨ 49#排架橫向連系梁、51#排架橫向連系梁鋼管橫梁外觀基本完好，無明顯變形、焊縫開裂情況。

⑩ 49#～50#縱向連系梁三層系纜平臺2根連系縱梁已完全脫開而丟失。二層系纜平臺，靠船立柱之間縱向連系鋼梁焊縫大部分已被拉開。

3 原設計方案

3.1 原設計方案

根據長江勘測規劃設計研究有限責任公司2016年1月編制的《安徽中樁物流有限公司碼頭工程竣工圖紙》，本工程主要由碼頭平臺、汽車引橋、皮帶機引橋、生產輔助設施等組成。

直立式碼頭平臺為高樁梁板結構，建設3個5 000噸級(水工結構按10 000噸級考慮)的散雜貨泊位。碼頭平面尺寸為396 m×20 m，共設5個結構段，兩端結構段長度為75 m，中間三個結構段長度為82 m，兩端設置2.5 m的懸臂結構，碼頭面標高為14.0 m。碼頭后沿上下游各設置1座8 m寬皮帶機引橋和3座8 m寬汽車引橋，汽車引橋與大堤銜接處采用平交方式。

碼頭排架間距為7 m，上部為現澆混凝土橫梁、預制縱向梁系、鋼系靠構件和混凝土疊合面板，下部每榀排架基礎為2根φ800 mm鋼管樁和4φ800 mmPHC管樁組成(設1對叉樁)。考慮到水位差較大，碼頭面以下標高7.89 m與4.49 m處各設置2層靠船梁，設系纜平臺與爬梯，以滿足不同水位下船舶系靠泊。每榀排架靠船立柱前沿設DA-A400H橡膠護舷。

3.2 計算荷載

(1) 堆貨荷載：20 kPa。

(2) 船舶系纜力：經計算，船舶系纜力為620 kN。

(3) 船舶撞擊力：按照選用的DA-A400H標準反力型橡膠護舷，橡膠護舷與鋼管樁接觸長度1.5 m，撞擊力為574 kN；DA-A300H標準反力型橡膠護舷，橡膠護舷與鋼管樁接觸長度2.0 m，撞擊力為588 kN；GD280 H，橡膠護舷與鋼管樁接觸長度1.5 m，撞擊力為565 kN。

(4) 門機荷載：16t門機，軌距14 m，基距14 m，最大輪壓250 kN，每腿6個輪，輪距0.765 m。

(5) 流動機械荷載：40 t-25 t平板車流動荷載，25 t自卸車。

4 碼頭拆除方案

首先拆除第49榀排架至第51榀排架、水溝梁至前邊梁組成的范圍內的磨耗層、現澆面板、預制面板、水溝梁上部的排水溝及鋼蓋板，同時第49榀、第51榀橫梁側預制板30 cm長的受力鋼筋保留，如圖2所示[3]。

圖2 碼頭預制板、縱向梁系拆除平面布置圖

然后拆除2根預制縱梁、2根預制軌道梁、2根預制前邊梁。

最后拆除第50榀排架的部分橫梁、靠船構件、二層系纜平臺、三層系纜平臺和截斷2根φ800 mm鋼管樁等，整體吊走，如圖3所示。

圖3 第50榀排架橫梁拆除布置圖

其中第50榀排架的部分橫梁分兩次拆除，第一次拆除距離碼頭前沿6.75 m長橫梁，跟下部鋼結構一道拆除。第二次鑿除上橫梁1.9 m和下橫梁0.8 m范圍內的混凝土，保留上橫梁的箍筋和受力鋼筋、下橫梁的受力鋼筋，長度不小于0.8 m。

鋼管樁切除分兩次進行，先進行江側第1根鋼管樁切除作業，再進行第2根鋼管樁切除作業。每根鋼管樁的拆除分兩步進行，先從水面處將鋼管樁進行一次切除，然后利用內側焊定位三角勁板的鋼護筒套在原鋼管樁上邊，鋼護筒插入江底6～8 m，隔絕護筒內外水流關系，再將鋼護筒內水抽干后在護筒內搭設施工平臺，繼而進行水下部分斷樁處切除。鋼管樁切除后需在切面進行坡口處理，再進行焊接接樁，接樁后應讓相關檢測單位對焊縫進行探傷檢測，檢測合格后將鋼護筒拔出進行上部結構施工[4]。

5 修復設計方案

5.1 碼頭結構計算[5]

碼頭結構采用高樁框架式結構，碼頭平臺排架結構計算方法參照《碼頭結構設計規范》(JTS 167-2018)、《港口工程荷載規范》(JTS 144-1-2010)、《水運工程混凝土結構設計規范》(JTS 151-2011)等相關規范。計算采用《易工水運工程結構CAD集成軟件V3.0》進行計算[6]。

碼頭修復完成后第50榀排架主要構件計算結果見表1[7]。

表1 主要構件計算結果表

5.2 修復設計方案[8]

修復設計主要內容包括：水上施工鋼護筒、焊接鋼管樁、現澆橫梁、預制縱向梁系和面板安裝、現澆面板、靠船構件、系纜平臺、橡膠護舷等[9]。

根據施工單位確定的方案，先打鋼護筒形成干地施工條件，然后焊接鋼管樁，保證焊縫質量和鋼管樁垂直度，滿足規范要求。

鋼管樁在有資質的專業廠家制作，從專用碼頭上岸裝船，水運至現場。新進場鋼管樁在碼頭面層讓具有特種作業資質的人員修飾出坡口。利用第51軸系纜平臺與鋼護筒外壁焊接安全通道平臺，安全通道平臺滿足規范要求。在鋼護筒內壁利用汽車吊懸掛鋼爬梯，作為進入護筒底的上下通道。進入鋼護筒后利用內壁與舊鋼管樁焊接底部操作平臺并滿鋪跳板。

在第50榀排架前兩根截斷保留的鋼管樁內焊4個定位用的槽鋼，然后將新鋼管樁起吊安放在老鋼管樁上，采用坡口對接焊，焊接完成后及時通知相關檢測單位對焊接質量進行探傷檢測，檢測合格后再在外面焊接一塊環形加強鋼板，形成1根整體樁基，施工完成后將鋼護筒拔除，循環以上工序施工進行下道工序施工[10]。

施工流程：打鋼護筒→鋼管樁焊接→靠船立柱施工→現澆下橫梁→安裝預制縱向梁系→現澆上橫梁→安裝預制面板→現澆面板、磨耗層→安裝附屬設施。

6 結束語

目前施工單位已根據修復設計方案施工完成，花較少的代價修復效果較好，獲得業主單位的好評，碼頭的靠泊等級能夠達到原設計的泊位等級和設計標準。后期碼頭營運時也在碼頭面上設置觀測點，定期觀測沉降、位移等，監測出來的數據并未出現異常，說明碼頭拆除和修復設計方案是可行合理的，為以后類似高樁碼頭船舶撞擊的修復加固提供參考。