重力式碼頭升級改造方案論證分析

譚召，蔣國棟，張瑞玉

（中交四航局港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000）

1 工程概況

某電廠煤碼頭原設(shè)計(jì)為5 萬噸級散貨泊位，平臺(tái)長290.08m，平臺(tái)寬27.2m，由西段85.03m 高樁梁板結(jié)構(gòu)，中間段165.05m 重力式墩臺(tái)梁板結(jié)構(gòu)和東段40m 高樁梁板結(jié)構(gòu)三部分組成。碼頭面高程為5.44m（當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫峦a頭前沿底高程-13.59m。為適應(yīng)到港船舶大型化發(fā)展，提高碼頭利用率，計(jì)劃升級改造為靠泊7 萬噸級散貨船?，F(xiàn)有碼頭的前沿頂高程、泊位長度、停泊水域?qū)挾取⒒匦虺叨鹊确矫婢軡M足升級要求。

根據(jù)目前已知條件，改造方案計(jì)劃對港池進(jìn)行疏浚，對高樁結(jié)構(gòu)段和重力式結(jié)構(gòu)段進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固，以及對碼頭附屬設(shè)施進(jìn)行改造。本文主要討論中間段重力式墩臺(tái)梁板結(jié)構(gòu)，重力式碼頭軸間距13.75m，基礎(chǔ)為空心方塊，以風(fēng)化巖為持力層，拋石基床厚度不等，底標(biāo)高為-16.16m～-21.66m，因碼頭由5 萬噸級升級到7 萬噸級泊位，需將碼頭前沿停泊水域疏浚至-14.82m，使碼頭滿足靠泊7 萬噸級散貨船正常靠離泊作業(yè)的要求。

2 設(shè)計(jì)條件

2.1 設(shè)計(jì)水位

設(shè)計(jì)高水位：3.24m；設(shè)計(jì)低水位：0.53m；極端高水位：4.32m；極端低水位：-0.18m。

2.2 設(shè)計(jì)船型

設(shè)計(jì)船型尺度如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)船型尺度表

表2 抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算表

表3 抗傾穩(wěn)定性驗(yàn)算表

表4 基床及地基承載力驗(yàn)算

2.3 船舶系纜力

根據(jù)工程實(shí)際情況,考慮設(shè)計(jì)水流速lm/s，9 級風(fēng)速22m/s，經(jīng)計(jì)算系纜力為790.4kN，系船柱系纜力應(yīng)由原來的650kN 加大到1000kN。

2.4 船舶撞擊力

經(jīng)計(jì)算，7 萬噸級散貨船靠泊時(shí)，船舶靠岸時(shí)的法向速度為0.10m/s 時(shí)，船舶有效撞擊能量為336kJ。碼頭原SUC1250H 一鼓一板標(biāo)準(zhǔn)型橡膠護(hù)舷，設(shè)計(jì)壓縮變形55%時(shí)，其吸收能量404kJ，反力為739kN，可滿足使用要求。但考慮到小船靠泊便利性，建議調(diào)整為SUC1250H 兩鼓一板橡膠護(hù)弦。

2.5 裝卸工藝荷載

碼頭采用1250t/h 橋式抓斗卸船機(jī)，軌距22m，最大輪壓P=400kN。

3 碼頭改造方案

本工程原碼頭結(jié)構(gòu)為重力式實(shí)心方塊結(jié)構(gòu)，以風(fēng)化巖為持力層，碼頭由5 萬噸級升級到7 萬噸級泊位后前沿水域浚深，為保證重力式碼頭結(jié)構(gòu)段抗傾、抗滑的穩(wěn)定性，需要對其前沿基床進(jìn)行加固。因碼頭靠泊等級提高，如果通過基床外側(cè)拋石來加大基床斷面，碼頭前沿的基床邊坡會(huì)對船舶靠泊安全距離產(chǎn)生影響。因此，根據(jù)以往的工程實(shí)例，可在碼頭前趾的拋石基床進(jìn)行灌漿處理，水泥灌漿的方法技術(shù)實(shí)施方便、工期較快、穩(wěn)定性好，可滿足處在運(yùn)營期內(nèi)的碼頭改造施工需求[1]。

為保證前沿線范圍內(nèi)港池底標(biāo)高及減少港池疏浚對重力式結(jié)構(gòu)基床的影響，本次改造方案在胸墻位置加長靠船構(gòu)件，伸出碼頭前沿線1.3m，沿碼頭前沿線方向?qū)?.4m，靠船構(gòu)件上安裝1250H一鼓一板橡膠護(hù)舷（標(biāo)準(zhǔn)反力型），橡膠護(hù)舷中心高程3.35m?，F(xiàn)狀系纜設(shè)施650kN 系船柱不滿足要求，更換為1000kN 系船樁。

碼頭墻前腳基礎(chǔ)加固具體措施是：采用水下鉆孔灌漿加固法進(jìn)行基床處理。灌漿加固范圍為重力式方塊A前趾外側(cè)5.61m 到前趾內(nèi)側(cè)2m，加固方法采用先鉆孔后注漿的方式，注漿深度至現(xiàn)有拋石基床底。在碼頭前趾外側(cè)設(shè)置2 排注漿孔，孔徑110mm，縱向孔距1.5m。重力式碼頭改造后的鉆孔布置斷面圖見圖1。

圖1 碼頭改造后結(jié)構(gòu)斷面圖

本次改造方案的關(guān)鍵是基床前肩保護(hù)的有效性，可通過以往類似工程的標(biāo)準(zhǔn)化施工來保證灌漿工藝的可實(shí)施性和有效性、漿液配置方案的合理性、施工工藝的安全性，以及成本和工期的可控性等。

基床加固完成后，清除基床外側(cè)拋石至設(shè)計(jì)底標(biāo)高-14.82m。施工過程中，必須嚴(yán)密監(jiān)測碼頭主體墻的穩(wěn)定與安全，嚴(yán)格控制拋石清除的范圍，保證基床前肩邊坡的穩(wěn)定，確?；睬凹绶€(wěn)定寬度不得小于2.0m，底寬不得小于2.4m。

4 結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范對碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算[2][3]，碼頭抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算和抗傾穩(wěn)定性采用最不利水位(設(shè)計(jì)高水位)下的最不利組合：永久荷載+船舶系纜力+均布荷載(后方均載)+裝卸機(jī)械荷載。

地基應(yīng)力驗(yàn)算采用最不利水位(設(shè)計(jì)低水位)下的最不利組合:永久荷載+船舶系纜力+均布荷載+滾動(dòng)機(jī)械荷載。

5 重力式碼頭改造影響因素

（1）重力式結(jié)構(gòu)段后方的回淤應(yīng)定期清理，以減少后方土壓力對重力式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。

（2）重力式碼頭基床水下灌漿的過程中必須防止灌漿孔中的漿液因碼頭前沿潮水漲退產(chǎn)生的水深、流速變化造成的流失；同時(shí)為保證漿液能充分注入和填充碼頭基床拋石，需控制水下砂漿的配合比，使?jié)M足設(shè)計(jì)和施工要求的砂漿強(qiáng)度、黏稠度和流動(dòng)性[4]。

（3）在拋石基床灌漿施工過程中，灌漿壓力可能發(fā)生注入率突然產(chǎn)生較大變化的情況，會(huì)對灌漿的質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此在施工開始前可進(jìn)行灌漿實(shí)驗(yàn)確定灌漿壓力，在灌漿過程中定時(shí)對漿液密度、溫度進(jìn)行檢測和記錄，并在灌注漿液過程穩(wěn)定的時(shí)候記錄漿液粘度。

（4）本次碼頭改造主除了針對重力式碼頭基床穩(wěn)定性、更換碼頭系靠船附屬設(shè)施外，對不滿足使用要求的構(gòu)件也需進(jìn)行加固改造，保證碼頭的安全使用。碼頭上部結(jié)構(gòu)橫梁和軌道梁裂縫寬度已超出規(guī)范限值，應(yīng)對橫梁和軌道梁裂縫位置進(jìn)行修復(fù)，保證碼頭的正常使用；修復(fù)方法可采用外粘型鋼或碳纖維等方式加固，同時(shí)也可根據(jù)實(shí)際裝卸情況采取限載等措施[5]。

（5）灌漿過程中，發(fā)現(xiàn)冒漿、漏漿、應(yīng)根據(jù)具體情況采用嵌縫、表面封堵、低壓、濃漿、限流、限量間歇灌漿等方法進(jìn)行處理；灌漿過程中發(fā)生串漿時(shí)，如串漿孔具備灌漿條件，可以同時(shí)進(jìn)行灌漿，應(yīng)一泵灌一孔。否則應(yīng)將串漿孔用塞塞住，待灌漿孔灌漿結(jié)束后，串漿孔再行掃孔、沖洗，而后繼續(xù)鉆進(jìn)和灌漿[6]。

6 結(jié)語

綜上所述，文章以實(shí)際工程為案例，分析了重力式碼頭基床改造的方法。由于在實(shí)際工程改造期間，設(shè)計(jì)方案需要同時(shí)兼顧著碼頭運(yùn)營的需要，因此本次碼頭改造在盡可能小地影響碼頭前沿靠泊的原則下，采用基床灌漿對原基床進(jìn)行加固，能更好地適應(yīng)碼頭升級改造施工工期的需求。

此外還應(yīng)定期檢測碼頭的施工情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應(yīng)的安全處理措施，保證碼頭改造的施工質(zhì)量。在施工期間也應(yīng)加強(qiáng)與碼頭運(yùn)營的協(xié)調(diào)配合，合理安排船舶靠泊及卸船作業(yè)，將施工對運(yùn)營影響降至最低。