開敞式蝶形石油碼頭結構修復設計

肖穎 徐鑫 黃順深

摘 要：隨著社會的發展，對石油能源的需求不斷增加，驅動化工碼頭不斷向外海擴建，由于所處工作環境的特殊性，以及船舶向大型化發展，導致碼頭結構受損破壞的現象也時有發生。本文主要以海南某石油碼頭修復工程為例，對碼頭結構的受損檢測、受力計算、修復設計以及施工工藝幾個方面進行研究。依據檢測結果與合理的設計規范，針對樁基、墩臺和聯系橋等損壞構件進行力學計算，結合安全、經濟與環保的原則，對樁基修復和構件裂縫修復提出合理的修復方案，為同類工程提供參考。

關鍵詞：石油碼頭;施工工藝;樁基修復;裂縫修復

中圖分類號：U656.1? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0074-03

經濟的高速發展和石油能源需求的日益增加，驅動我國建設了大量的液體化工碼頭。隨著現代船舶向大型化、深水化發展，化工碼頭也從內陸作業區向開敞式外海擴建。一方面，外海水深浪大環境較為惡劣，伴隨船舶進出港頻率增加，容易導致船舶停靠時失控撞到碼頭平臺的事故。另一方面，部分港口年代久遠，水工結構設計和材料抗腐蝕性難以抵抗船舶撞擊力，導致碼頭結構受損破壞現象也時有發生。

基于受力合理、造價經濟等因素，液體化工碼頭常采用彈性好、透空性好、波浪反射輕的蝶形平面高樁結構，同時增加了碼頭構件損壞的風險也提升了碼頭修復的難度[1-2]。張浩等[3]對高樁碼頭水上水下結構加固、混凝土裂縫修復和鋼筋銹蝕補強等方面的傳統做法和研究現狀做了總結及分析。戴海新[4]研究指出結構裂縫的修補首先要確定裂縫成因再選擇合適的修補材料和方法。楊帥[5]等研究表明，水下接樁和增設灌注樁均能滿足樁基結構修復需求，兩者在施工難度和修復費用上存在明顯差異。受制于原有結構和損壞機理等因素不同，目前尚無統一的修復技術與方案。本文以海南省某石油碼頭受到船舶撞擊后碼頭結構的修復工程為例進行闡述，為類似開敞式蝶形樁基碼頭遭遇船舶撞擊的修復提供參考。

1工程概況

工程位于海南省澄邁縣，5000 t級油輪泊位主要以柴油和燃料油為主。碼頭平面為左右對稱的蝶形布置，采用墩式結構，中部設有2個22 m×8.5 m×4 m的工作平臺，兩側分為東西兩個結構段，東、西結構段各有2個7 m×7 m×4.5 m的系纜墩，1個7 m×7 m×4.5 m的靠船墩。工作平臺與墩之間采用7.5 m×2 m×0.5 m預制安裝混凝土實心板連接;工作平臺與工作平臺之間采用現澆混凝土空心板連接，墩與墩之間采用27 m×2 m預應力T型梁連接;工作平臺采用16根預應力方樁作為基礎，靠船墩和系船墩采用8根預應力方樁作為基礎，上部均為鋼筋混凝土現澆墩臺，引橋長度為558 m，寬為6 m。碼頭平面布置見圖1。

2 構件損壞原因及檢測結果

2.1構件損壞成因與檢測方案

2020年4月22日，因強對流天氣影響，碼頭泊位所停靠船舶側面撞擊東側水工結構，導致碼頭受到嚴重破壞，其中東側結構有明顯撞擊損壞特征，主要包括前工作平臺與靠船墩2連接板、靠船墩2墩臺及下部基樁、靠船墩2與系纜墩3之間的T型梁等構件損毀掉入海中，工作平臺及西碼頭水工結構也存在構件損傷。

檢測主要分為水上構件外觀檢查和水下基樁摸探檢測。外觀檢查主要對碼頭撞擊受損區域及影響區域的外觀質量進行檢查，并混凝土構件的缺陷狀況進行統計記錄;水下基樁檢測主要對碼頭基樁進行全面檢查，并記錄水下缺陷情況。

2.2構件檢測結果

東碼頭：前工作平臺與靠船墩2連接板、靠船墩2墩臺及下部基樁、靠船墩2與系纜墩3之間的T型梁等構件損毀掉入海床底部;靠船墩2上附屬設施如系船柱、消防炮、炮塔整體墜入海中;上部管線（消防管線、油管）等折斷損壞;面層混凝土有破損、護欄破壞。

西碼頭：前工作平臺與靠船墩1西側結合處有長1050 mm寬50 mm裂縫;靠船墩1與系纜墩2連接T梁結合部位10 mm～40 mm寬度不等的裂縫，側翼緣有170～200 mm間隙且有不同程度的偏移。

工作平臺：工作平臺前沿靠船構件橡膠護舷開裂破損，固定螺絲松動;靠船構件出現橫向開裂;護欄破壞。

碼頭受損現場見圖2。

2.3基樁檢測結果

靠船墩2下部8根基樁完全損毀，另10根樁頭處有脹裂、縱向裂縫、剝落松動等缺陷，1根基樁存在輕微缺陷，其余基樁與上部結構結合情況良好。碼頭基樁布置見圖3。

3 修復設計方案

3.1設計原則

依據檢測結果，因工作平臺、西碼頭損壞程度較小，同時考慮到經濟等因素，對其進行修復補強;對于東碼頭靠船墩、聯系橋，因其損壞程度較大，且嚴重影響到港口質量等級和安全可靠性，依據相關規范重新設計結構。設計時考慮由于結構的變化而引起的附屬設施的變化，但不對原結構的平面布置、范圍、建筑標準和規模指標等作出實質性的改變。

3.2碼頭結構修復方案

3.2.1靠船墩結構

根據相關技術規范并保障修復的主體結構配套功能設施完整，方便后期使用和管理。首先對碼頭結構進行了調整，平面方案基本與原碼頭平面布置保持一致，采用蝶形布置。在原有碼頭基礎上，沿碼頭前沿線向東側移動3.5 m，新建靠船墩2個，尺寸為7×9.5 m，高4.5 m，墩臺岸側設置牛腿結構。靠船墩2下部共設置8根直徑為800 mm樁壁厚為16 mm的鋼管樁，靠船墩2上部結構為現澆混凝土結構，樁基伸入墩臺不少于800 mm，并設置樁芯混凝土強度為C40。

3.2.2聯系橋結構

工作平臺與靠船墩之間的聯系橋部分修復，為了讓碼頭能早日投入運營節約成本，將原本預應力T梁結構更換為便于制作安裝，無需大型預制場地，且透水性好，重量輕，結構新穎，生產工藝先進的鋼引橋結構。新建靠船墩2與前工作平臺之間用13 m×2 m鋼引橋連接，通過計算分析模型進行規范檢驗，應力比最大值為0.29;新建靠船墩2與原系纜墩2采用23 m×2 m鋼引橋連接，通過計算分析模型進行檢驗，應力比最大值為0.33;檢驗結果表明兩座鋼引橋結構均能滿足承載力計算要求。鋼引橋均通過預埋螺栓與支座墩聯結。 碼頭結構設計方案見圖4。

3.3樁基修復方案

樁基作為高樁碼頭的基礎結構，樁基的破損會對碼頭結構的安全造成影響，因此對有裂縫樁基采用裂縫封閉修補法進行修復：先清理樁基表面附著的海洋生物，根據裂縫的走向在裂縫的兩側用水下風動金剛石鋸開兩道切割線;并在兩切割線內用氣鑿鑿開寬2 cm深3 cm的U型凹槽;岸上配置好環氧修補膠，然后由潛水員帶至修補部位，將修補膠一次或分次壓入凹槽內使其略高出槽面，再抹平修整，在已填充修補膠的裂縫表面放置一層橡膠墊，使用膠帶綁緊與樁身上，當裂縫修補完畢24小時后，可拆出橡膠墊。

對于破損的樁基結構若采用加樁方案，首先需要對碼頭現有的上部結構進行拆除，且新增樁基費用較高，不僅增加了碼頭的施工成本，還會對碼頭的運營產生影響;考慮使用現澆混凝土包覆法修復：先清理樁基周圍的海洋生物，利用水下設備對樁基表面進行清洗、鑿毛，鑿除松散混凝土;新增受力鋼筋、錨筋，逐條焊接或綁扎鋼筋籠。錨筋與箍筋在缺陷中心一定范圍處適當加密，加密間距為200mm;在樁基缺陷中心以下3m處安裝鋼抱箍作為模板底部支撐，然后在缺陷中心上下3m的范圍內安裝模板，最后安裝導管并澆筑水下混凝土。

通過該方法修復樁基結構，可使樁基恢復到原有尺寸或局部加大截面尺寸，從而保證樁基的耐久性。樁基修復加固方案如圖5。

3.4混凝土構件裂縫修復

對混凝土構件表面出現的無銹跡裂縫，根據《港口水工建筑物修補加固技術規范》相關規定及設計要求。

（1）對于寬度大于0.3 mm的無銹跡裂縫或貫穿性無銹跡裂縫這類非耐久性破損裂縫，采用化學灌漿法進行維修：首先清除混凝土裂縫表面松散物和縫內異物，再按 200～500mm 間距使用鉆孔法或粘貼法沿縫的兩側斜向成孔設置灌漿嘴，裂縫的端部、裂縫交叉處及貫穿裂縫的兩個側面均應埋設灌漿嘴;裂縫進行密封處理后再通過壓氣檢查連通和密封效果;再使用0.2～0.8 MPa的壓力進行灌漿，其中灌漿液的配置應根據固化時間及灌漿速度隨配隨用;待漿液固化后，拆除灌漿嘴并進對混凝土表面進行修整。

（2）當非耐久性破損裂縫寬度為0.2 mm～0.3 mm時，采用封閉修補法進行維修：采用機械或人工方法，沿裂縫走向騎縫鑿深度不小于30mm和寬度不小于20 mm的U型凹槽;清除槽內松散層、油污、浮灰及其他不牢附著物;準確稱量、拌制封縫材料，一次或分次壓入U型槽內使其略高出槽面，并抹平修整。

項目在對各混凝土構件缺陷修補后，需粘貼碳纖維布、U型箍和壓條，彌補所需的承載力。同時，對碼頭結構各構件局部混凝土表層破損深度不超過鋼筋保護層的混凝土構件選用聚合物水泥砂漿進行修補;對混凝土表面出現砂斑、砂線、蜂窩以及麻面表層裂縫缺陷的構件采用防腐涂料，聚合物水泥砂漿、環氧水泥砂漿等修復。

3.5附屬設計修復

針對護舷修復，擬采用更換脫落缺失的護舷的方法對其進行修復;工作平臺及東側部分損壞缺失的欄桿，需修復。欄桿采用304不銹鋼材料，與碼頭現有欄桿保持一致，并與之平順連接。

4 結語

隨著社會經濟發展需要和海岸資源限制，我國化工碼頭也將由建設為主轉變為管養為主，也意味著越來越多的化工碼頭結構需要加固維修。碼頭結構的加固維修不僅要考慮工作環境的特殊性，還要考慮維修后的耐久性。本文結合工程實例從樁基修復和構件裂縫修復介紹了切實可行的加固維修方案，加固維修后的石油碼頭，效果良好，采用的修補技術經濟、環保、有效，為碼頭長期安全運營提供保障。

參考文獻：

[1]宋偉華，葉劍，費達，等. 蝶形布置油碼頭平面設計要點[J]. 水運工程，2021（03）： 70-73+82.

[2]鄭潔，楊帆. 高樁碼頭修復加固設計案例研究[J]. 中國水運（下半月）， 2020， 20（10）： 99-100.

[3]張浩， 黃長虹. 高樁碼頭加固修復現狀分析[J]. 珠江水運， 2018（19）： 97-99.

[4]戴海新.上海徐匯濱江老碼頭結構修復、加固設計[J].水運工程， 2013（02）： 86–90.

[5]楊帥， 鄭龍. 某高樁碼頭船撞區域加固修復方案對比分析[J]. 港工技術， 2020（S1 vo 57）： 63-66.