姚迪　周玥

【摘 要】 通過分析墩式布置的化工碼頭結(jié)構(gòu)、總平面布置、船型組合及系靠泊點布置等方面，提出將原碼頭改造為連片式布置型式，采用新老結(jié)構(gòu)相互獨立原則的設(shè)計方法。結(jié)合碼頭加固改造方案的特點，介紹化學植筋技術(shù)、止水結(jié)構(gòu)，以及各種修復(fù)措施在加固改造中的應(yīng)用，為類似工程提供參考。

【關(guān)鍵詞】 結(jié)構(gòu)加固；平面布置；水工建筑物；接縫

1 工程概況

泰州港過船港區(qū)二期工程液體化工泊位碼頭位于長江揚中河段太平洲左汊左岸，其上游是通用泊位碼頭，下游與某公司化工碼頭相接。碼頭建設(shè)規(guī)模為1個2萬噸級和1個500噸級液體化工泊位，于2009年通過竣工驗收。泊位主要裝卸丙烯、鄰二甲苯、正丁醇、燃料油等化工制品，年吞吐量為98萬t。

目前，碼頭后方配套儲罐已竣工，碼頭通過能力增大，運量也將會大幅增長。為保證港口安全，適應(yīng)吞吐量快速增長和到港船舶大型化發(fā)展的需要，緩解碼頭靠泊能力不足的矛盾，同時為集約、充分利用岸線資源，提升碼頭服務(wù)水平，滿足地區(qū)企業(yè)的長期發(fā)展要求，原碼頭將按5萬噸級化學品船滿載靠泊的方案進行結(jié)構(gòu)加固改造。

2 原碼頭結(jié)構(gòu)檢測評估

2.1 原碼頭平臺結(jié)構(gòu)組成

液體化工泊位占用岸線長度為340.4 m，為墩式布置，原碼頭平面結(jié)構(gòu)見圖1。

靠船裝卸平臺共2座，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，長度分別為80 m（2萬噸級泊位）和40.6 m（500噸級泊位），寬為20 m，排架間距均為6.5 m，基樁均采用直徑800 mm的PHC樁。2萬噸級泊位系纜設(shè)施為 kN系船柱（上層）和350 kN系船柱（下層），靠船設(shè)施由TD-BB800H與TD-B300H橡膠護舷間隔布置。500噸級泊位系纜設(shè)施為150 kN系船柱，靠船設(shè)施為TD-B300H橡膠護舷。

系纜墩共4座，為高樁墩式結(jié)構(gòu)，基樁均采用直徑800 mm鋼管樁，墩臺面前方設(shè)置 kN或750 kN系船柱，各系纜墩之間及與靠船裝卸平臺間通過鋼聯(lián)橋相連。

2.2 結(jié)構(gòu)檢測和評估

調(diào)查、檢測和評估原碼頭的環(huán)境條件、構(gòu)件及附屬設(shè)施等是加固改造的基礎(chǔ)。為保證在加固改造后碼頭的正常安全使用和提高使用年限，依據(jù)《港口水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范》要求，檢測和評估的具體內(nèi)容包括：碼頭前、后沿設(shè)計水域的水深和沖淤變化情況的調(diào)查；碼頭結(jié)構(gòu)的沉降位移觀測和岸坡測量；碼頭水上部分結(jié)構(gòu)物外觀破損情況檢查，混凝土結(jié)構(gòu)物的強度和耐久性檢測（鋼筋保護層厚度、碳化深度、鋼筋腐蝕電位檢測）；基樁耐久性和完整性檢測；護舷及系船柱等附屬設(shè)施的現(xiàn)場檢查。

現(xiàn)狀調(diào)查和檢測結(jié)果表明：碼頭外觀質(zhì)量良好，主要構(gòu)件強度和耐久性滿足設(shè)計要求；基樁耐久性和完整性情況良好；系靠船設(shè)施齊全、功能正常。對原碼頭結(jié)構(gòu)的主要評價和結(jié)論：安全性和使用性綜合評估等級均為A級，耐久性綜合評估等級為B級。

3 總平面布置

3.1 設(shè)計船型

原碼頭結(jié)構(gòu)加固改造后不同設(shè)計船型具體參數(shù)見表1。

表1 不同化學品船的設(shè)計船型參數(shù)

3.2 泊位長度及相鄰泊位關(guān)系

根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》計算：按停靠1艘50 000噸級化學品船考慮，單個泊位長度為223 m；按同時?？?艘3 000噸級和5 000噸級化學品船考慮，泊位長度為278 m。

當上游通用泊位靠泊噸級散貨船，本工程液體化工泊位靠泊噸級化學品船，或其他噸位的化學品船時，兩者之間的間距應(yīng)大于150 m的安全距離。同時，本工程液體化工泊位與下游化工碼頭靠泊的化學品船之間的凈距應(yīng)不小于35 m。

為了充分利用岸線資源，拆除原上游端的系纜墩和鋼聯(lián)橋，加固改造后碼頭平面采用連片式布置，碼頭與中間系纜墩的總長度為296.15 m （見圖2），泊位長度滿足上述兩種船型組合的需要。

3.3 碼頭前沿設(shè)計底高程

碼頭前沿設(shè)計底高程為設(shè)計低水位（）與前沿設(shè)計水深兩者之差，根據(jù)《海港總體設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)碼頭前沿設(shè)計水深公式，當噸級化學品船滿載靠泊時，碼頭前沿設(shè)計水深為14.38 m，故碼頭前沿設(shè)計底高程應(yīng)為。根據(jù)本工程2013年9月地形測圖，碼頭前沿泥面高程為 16～ 19 m，滿足船舶滿載安全?？恳螅瑹o需對該區(qū)域進行疏浚。

4 水工建筑物加固改造方案及特點

根據(jù)總平面布置，結(jié)合原碼頭結(jié)構(gòu)及系靠船設(shè)施，加固改造方案將原墩式布置的碼頭結(jié)構(gòu)改造為連片式布置型式，以適應(yīng)大型船舶的靠泊裝卸作業(yè)和小型船舶的組合靠泊要求。連片式平臺長度為296.15 m；上、下游新建靠船平臺長度分別為85.55 m和90 m，寬度均為20 m；遇原系纜墩時設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，并在原系纜墩前沿設(shè)置獨立墩臺；將原2萬噸級泊位靠船平臺上的系靠船設(shè)施進行改造，并將原上游500噸級泊位靠船平臺改造為專用系纜墩使用。

4.1 新建靠船平臺

新建靠船平臺采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，排架間距6m，基樁采用直徑為 mm的PHC樁。每座靠船平臺上、下游端排架靠近原已建碼頭結(jié)構(gòu)，施打斜樁難度大，因而采用直徑為 mm的全直鋼管樁，同時考慮采取施工吊打鋼管樁方式，可避免打樁船與原結(jié)構(gòu)相接觸的風險。

為保證船舶安全靠泊，碼頭平臺排架江側(cè)豎向間隔布置TD-A1000H標準反力型橡膠護舷和TD-B400H標準反力型橡膠護舷，在前邊梁及系靠船梁上水平設(shè)置TD-B400H標準反力型橡膠護舷。碼頭面前沿處設(shè) kN快速脫纜鉤（單鉤）和550 kN系船柱，二層系纜平臺在系靠船梁上設(shè)置450 kN系船柱，二層系纜平臺通過鋼爬梯與碼頭面相連。

4.2 新建墩臺

新建墩臺共3座，從上游往下游依次編號為新建1號、2號、3號墩臺（見圖2），均為高樁墩式結(jié)構(gòu)，前沿均與加固改造后的連片式碼頭前沿線平齊。

1號、2號墩臺平面尺度較小，依據(jù)加固改造后結(jié)構(gòu)平面和船型組合，1號、2號墩臺上可不設(shè)置系靠船設(shè)施，僅在其江側(cè)設(shè)置防護性護舷，同時因其承受的水平荷載較小，基樁采用直徑為 mm的PHC樁。

3號墩臺位于本工程最下游端，其頂部需設(shè)置1個 kN快速脫纜鉤，故基樁采用直徑為 mm的鋼管樁，以承受船舶系纜力。

新建墩臺后方的原系纜墩不再發(fā)揮系纜功能，承受的水平荷載也較小，因而在新建墩臺與原系纜墩之間設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，均考慮為獨立墩臺并作為連接平臺使用。

4.3 化學植筋技術(shù)在系靠船設(shè)施改造中的使用

為滿足原碼頭改造后?？?萬噸級化學品船的要求：將原2萬噸級泊位平臺上的TD-BB800H型橡膠護舷更改為TD-A1000H標準反力型橡膠護舷，并將原平臺上的2個 kN系船柱改造成 kN快速脫纜鉤；將原上游500噸級泊位平臺上的1個350 kN系船柱改為 kN快速脫纜鉤，并將原平臺上的系船柱和橡膠護舷拆除，作為專用系纜墩平臺使用。

改造后的系靠船設(shè)施需要在原混凝土結(jié)構(gòu)中植入錨固螺栓或螺桿，本工程方案考慮采用化學植筋技術(shù)?；瘜W植筋是在原結(jié)構(gòu)混凝土基材中鉆孔，然后在孔中注入或放置化學膠粘劑，將帶肋鋼筋或螺桿膠結(jié)固定于鉆孔中，通過粘結(jié)和鎖鍵作用，實現(xiàn)對被連接件錨固的一種后錨固連接技術(shù)?；瘜W植筋用螺桿長度不受限制，與現(xiàn)澆混凝土鋼筋錨固相似。施工工藝主要流程：放線定位→鉆孔→清孔→注錨固膠→植筋澆注→養(yǎng)護→檢測。在植筋澆注前，應(yīng)對植入的螺栓或螺桿進行除銹處理。

本次采用的化學錨固膠為A級專用植筋膠，耐潮濕環(huán)境性能好。植入的螺桿或螺栓均為非標產(chǎn)品，植入件的數(shù)量、規(guī)格及尺寸均經(jīng)廠家核實認可后，派人進行現(xiàn)場指導，并由具有加固特種專業(yè)承包資質(zhì)的公司施工植入。經(jīng)檢測，改造處系靠船設(shè)施的錨固螺栓和螺桿植入及安裝情況良好。

4.4 止水結(jié)構(gòu)使用

從圖2可以看出，新建1號墩臺與上游新建1號靠船平臺的結(jié)構(gòu)縫位于噸級化學品船的裝卸泄露區(qū)域，因而必須在此結(jié)構(gòu)縫處設(shè)置耐久性和抗變形能力較高的止水結(jié)構(gòu)，用以保障此區(qū)域的污水收集及滿足環(huán)保要求。

銅止水作為一種基本的止水結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外水工建筑物止水設(shè)計中，其優(yōu)點是工程應(yīng)用經(jīng)驗多、抗繞滲能力強、耐久性好，缺點是抗震性能差、抗剪切能力差、費用高。銅止水的止水能力主要取決于兩個方面因素：銅片自身在接縫位移和水壓力作用下，不破裂而具備止水能力；銅片與混凝土結(jié)構(gòu)之間在上述外力作用下，不與混凝土脫開而具備止水能力。[1]

根據(jù)銅止水優(yōu)缺點的分析，結(jié)合本工程止水布置區(qū)域較小的因素，在新建1號墩臺與上游新建1號靠船平臺的結(jié)構(gòu)縫處的止水結(jié)構(gòu)采用紫銅片結(jié)構(gòu)。

5 結(jié)構(gòu)加固修復(fù)措施

鋼筋混凝土建筑物在其正常使用年限內(nèi)，常常由于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題、化學腐蝕、使用荷載增加以及設(shè)計和施工的缺陷等原因，造成混凝土結(jié)構(gòu)過早產(chǎn)生各種類型的破壞，尤其是裂縫問題最為普遍。混凝土裂縫通常分為早期硬化期間產(chǎn)生的溫度裂縫、使用過程中產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫以及鋼筋銹蝕產(chǎn)生的銹脹裂縫等3類。硬化過程中產(chǎn)生的裂縫最為復(fù)雜，也最為重要。早期的裂縫往往是后期宏觀開裂的開始，裂縫的存在對混凝土的滲透性和耐久性造成直接影響。從國內(nèi)外的研究資料以及大量的工程實踐看，合理控制裂縫和采取必要的技術(shù)修補裂縫，是提高混凝土長期耐久性的重要途徑。

本工程結(jié)構(gòu)加固修復(fù)因構(gòu)件種類較多，破損情況亦各不相同，在考慮修復(fù)方案時，根據(jù)構(gòu)件破損程度、破損原因、構(gòu)件的受力情況，以及在碼頭運營中的重要性、修復(fù)工藝的經(jīng)濟適用性和技術(shù)質(zhì)量的可靠程度等因素，對不同構(gòu)件及情況采用不同的修復(fù)方案（見表2）。

表2 不同構(gòu)件破損類型的修復(fù)方案

6 結(jié) 語

隨著經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，以及港口規(guī)模和運輸需求的不斷擴大，對于如何在不占用新的岸線、土地和水域情況下，通過對老碼頭的結(jié)構(gòu)進行加固改造，來提升碼頭的靠泊能力，從而提高岸線利用率，減少能源消耗，降低運輸成本，防止環(huán)境污染來說，應(yīng)做到以下幾點：

（1）在改造前，須嚴格按照規(guī)范要求對老碼頭進行相關(guān)調(diào)查、檢測，并對水工建筑物安全性、使用性和耐久性進行評估。

（2）加固改造后的碼頭因擬靠船舶尺度增大，會涉及到相鄰泊位的安全間距問題，尤其本工程化工泊位為危險品碼頭，應(yīng)根據(jù)相鄰泊位的性質(zhì)，在總平面布置中作船型組合分析時，與相鄰泊位最大設(shè)計船型的安全距離應(yīng)滿足規(guī)范要求。

（3）本次結(jié)構(gòu)加固改造通過分析設(shè)計船型的系靠泊要求，優(yōu)化系靠泊點的布置，盡量將系靠船設(shè)施設(shè)置在平面尺度較大的新建靠船平臺上，采取設(shè)置獨立靠船平臺和墩臺并分別承受荷載的方式，將原碼頭設(shè)計為連片式，可進行多種船型組合作業(yè)，提高泊位的有效利用率。

（4）化學植筋技術(shù)有利于原系靠船設(shè)施的改造施工，止水結(jié)構(gòu)也得到了很好的應(yīng)用，并解決了裝卸泄漏區(qū)域在結(jié)構(gòu)縫處的污水收集問題，可為類似工程提供參考。

（5）結(jié)構(gòu)加固修復(fù)，應(yīng)根據(jù)不同構(gòu)件的破損類型、程度、原因，以及各構(gòu)件的受力情況、在碼頭運營中的重要性，在經(jīng)過修復(fù)工藝的經(jīng)濟適用性和技術(shù)質(zhì)量的可靠度分析后，采用不同的修復(fù)方案。

參考文獻：

[1] 銀俊梅.水工建筑物銅止水結(jié)構(gòu)可靠性研究[J].科技創(chuàng)新導報，2011（3）：6-7.