沿海某重力式碼頭檢測與安全性評估

張素杰，趙冰，楊獻鵬，韓鋒，鄭玉潔

（1．青島實華原油碼頭有限公司，山東 青島 266400；2．山東科技大學，山東 青島 266590）

1 概述

重力式碼頭是我國分布較廣，使用較多的一種碼頭結構形式。其結構具有抗凍性和抗冰性強、承載力大、裝卸工藝適應性強、施工維護簡單等特點。但隨著碼頭結構使用年限的增加，碼頭受自身老化、環境腐蝕、超能力（等級）作業等影響會產生不同程度的損傷。為保證碼頭生產和安全，排除碼頭和引橋等結構的安全隱患，需對碼頭進行常規性的定期檢測，評定碼頭現有設施的技術狀態。本文結合沿海某重力式碼頭結構物的工程實例以及國內的一些研究成果開展檢測評估，為碼頭后期的維修加固提供依據。

本次檢測評估工程為沿海某30 萬噸級原油碼頭，碼頭布置型式為“蝶式”，引橋長852m，泊位長度為520m，采用重力墩式結構。碼頭前沿底標髙-26.2m。工程于2006年1月開工建設，2007年3月投入試運行。

2 碼頭結構的整體變形與變位測量

2.1 碼頭結構的水平位移測量

水平位移監測首先采用GPS 靜態測量的方法，施測出基準點及工作基點的點位坐標，然后使用全站儀采用極坐標法施測出變形監測點點位坐標。2017～2021年連續五年對碼頭進行了水平位移測量，均勻選取6 處碼頭系纜墩、靠船墩作為監測點，測量結果見表1。從表中數據可以看出，碼頭東西方向最大位移發生在Y308-1 點（位于4#靠船墩），2017年至2021年累計向東位移16.3mm；碼頭南北方向最大位移發生在Y310點（位于6#系纜墩），2017年至2021年累計向北位移10.4mm。

表1 碼頭水平位移測量結果

備注：東西方向正值表示向西位移，負值表示向東位移；南北方向正值表示向南位移，負值表示向北位移。

2.2 碼頭結構的傾斜測量

碼頭豎向傾斜采用JTM-U6000IA 型傾角儀進行測量，直接測量碼頭豎向傾斜角度。測量結果表明，碼頭結構垂直度基本滿足要求。具體檢測結果見表2。

表2 碼頭傾斜檢測結果

備注：東西方向正值向西，負值向東；南北方向正值向北，負值向南。

3 安全性評估

3.1 碼頭結構抗傾穩定性和抗滑穩定性驗算

按照《碼頭結構設計規范》要求，沿墩底面、墩身各水平縫和墩底面進行抗滑穩定性驗算，對墩底面和墩身各水平縫及齒縫計算面前趾進行抗傾穩定性計算;按《碼頭結構設計規范》和《水運工程地基設計規范》要求，基床和地基承載力驗算；按《水運工程混凝土結構設計規范》要求，對沉箱底板承載力和裂縫進行驗算，并對結構構件安全性進行分級。最不利工況下對重力墩計算各項結果見表3、表4。

表3 抗滑、抗傾穩定性及基床承載力驗算結果

表4 沉箱驗算結果

該沉箱配筋在承載能力極限狀態和正常使用極限狀態下均滿足規范要求。

3.2 碼頭人行鋼棧橋計算

本次計算采用大型通用有限元程序Midas-civil 進行建模，桿件結點按剛結處理，荷載的施加為均布荷載。

3．2．1 強度計算

經計算，鋼棧橋在各種計算情況下，各構件的最大應力值為：系纜通道橋端橫梁最大組合應力329.7N/mm，大于允許應力215N/mm，不滿足要求；其他構件最大組合應力211.3N/mm，大于允許應力310N/mm，滿足要求。

圖1 鋼棧橋最大組合應力

3．2．2 棧橋變形

滿負荷工作狀態下，跨中最大豎向位移為101mm，小于撓度限值125mm，滿足要求。變形情況見圖2。

圖2 鋼棧橋位移變形圖

3.3 碼頭結構安全性評估結果

根據《水運工程水工建筑物檢測與評估技術規范》，重力式碼頭安全性評估應分別評估所列驗算項目的等級，取最低一級作為評估單元的安全性評估等級。綜合碼頭復核計算結果和安全性評估分級標準，碼頭結構的安全性評估等級及處理建議如表5。

表5 結構安全性等級和處理要求

鋼棧橋安全性等級為A 級，未腐蝕狀態下，棧橋主橋應力及變形在懸臂結構調整后，人行荷載2kPa 的工況下，滿足要求，但外伸人行道部分在橋端部位的應力計算結果不滿足規范要求，建議對梁端部位進行適當加強。

4 結論及建議

經現場檢測及復核計算，結論與建議如下：

（1）系纜墩、引橋墩的安全性評估綜合評定為A級；靠船墩安全性評估綜合評定為A 級；工作平臺墩安全性評估綜合評定為A 級。

（2）鋼棧橋安全性等級為A 級，未腐蝕狀態下，在滿負荷工作狀態下35.5m 和63.9m 棧橋能滿足正常使用要求；88m 棧橋主橋應力及變形在懸臂結構調整后，人行荷載2kPa 的工況下，滿足要求，但外伸人行道部分在橋端部位的應力計算結果不滿足規范要求，建議對梁端部位進行適當加強。

（3）建議根據《港口設施維護技術規范》（JTS 310-2013）的相關要求，加強對港口設施的檢查和維護，保持港口設施處于良好技術狀態。