墩式布置的化工碼頭結(jié)構(gòu)加固改造技術(shù)特點(diǎn)

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(diǎn)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(dú)立原則的設(shè)計(jì)方法。結(jié)合碼頭加固改造方案的特點(diǎn)，介紹化學(xué)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(zhǎng)江揚(yáng)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(gè)2萬噸級(jí)和1個(gè)500噸級(jí)液體化工泊位，于2009年通過竣工驗(yàn)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(chǔ)罐已竣工，碼頭通過能力增大，運(yùn)量也將會(huì)大幅增長(zhǎng)。為保證港口安全，適應(yīng)吞吐量快速增長(zhǎng)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(shí)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(zhǎng)期發(fā)展要求，原碼頭將按5萬噸級(jí)化學(xué)品船滿載靠泊的方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固改造。

2 原碼頭結(jié)構(gòu)檢測(cè)評(píng)估

2.1 原碼頭平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成

液體化工泊位占用岸線長(zhǎng)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(tái)共2座，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度分別為80 m（2萬噸級(jí)泊位）和40.6 m（500噸級(jí)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(jí)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(hù)舷間隔布置。500噸級(jí)泊位系纜設(shè)施為150 kN系船柱，靠船設(shè)施為TD-B300H橡膠護(hù)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(tái)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(tái)間通過鋼聯(lián)橋相連。

2.2 結(jié)構(gòu)檢測(cè)和評(píng)估

調(diào)查、檢測(cè)和評(píng)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(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》要求，檢測(cè)和評(píng)估的具體內(nèi)容包括：碼頭前、后沿設(shè)計(jì)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(cè)和岸坡測(cè)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(qiáng)度和耐久性檢測(cè)（鋼筋保護(hù)層厚度、碳化深度、鋼筋腐蝕電位檢測(cè)）；基樁耐久性和完整性檢測(cè)；護(hù)舷及系船柱等附屬設(shè)施的現(xiàn)場(chǎng)檢查。

現(xiàn)狀調(diào)查和檢測(cè)結(jié)果表明：碼頭外觀質(zhì)量良好，主要構(gòu)件強(qiáng)度和耐久性滿足設(shè)計(jì)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(duì)原碼頭結(jié)構(gòu)的主要評(píng)價(jià)和結(jié)論：安全性和使用性綜合評(píng)估等級(jí)均為A級(jí)，耐久性綜合評(píng)估等級(jí)為B級(jí)。

3 總平面布置

3.1 設(shè)計(jì)船型

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

表1 不同化學(xué)品船的設(shè)計(jì)船型參數(shù)

3.2 泊位長(zhǎng)度及相鄰泊位關(guān)系

根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算：按?？?艘50 000噸級(jí)化學(xué)品船考慮，單個(gè)泊位長(zhǎng)度為223 m；按同時(shí)停靠1艘3 000噸級(jí)和5 000噸級(jí)化學(xué)品船考慮，泊位長(zhǎng)度為278 m。

當(dāng)上游通用泊位靠泊噸級(jí)散貨船，本工程液體化工泊位靠泊噸級(jí)化學(xué)品船，或其他噸位的化學(xué)品船時(shí)，兩者之間的間距應(yīng)大于150 m的安全距離。同時(shí)，本工程液體化工泊位與下游化工碼頭靠泊的化學(xué)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(zhǎng)度為296.15 m （見圖2），泊位長(zhǎng)度滿足上述兩種船型組合的需要。

3.3 碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程

碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程為設(shè)計(jì)低水位（）與前沿設(shè)計(jì)水深兩者之差，根據(jù)《海港總體設(shè)計(jì)規(guī)范》的有關(guān)碼頭前沿設(shè)計(jì)水深公式，當(dāng)噸級(jí)化學(xué)品船滿載靠泊時(shí)，碼頭前沿設(shè)計(jì)水深為14.38 m，故碼頭前沿設(shè)計(jì)底高程應(yīng)為。根據(jù)本工程2013年9月地形測(cè)圖，碼頭前沿泥面高程為 16～ 19 m，滿足船舶滿載安全?？恳?，無需對(duì)該區(qū)域進(jìn)行疏浚。

4 水工建筑物加固改造方案及特點(diǎn)

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(tái)長(zhǎng)度為296.15 m；上、下游新建靠船平臺(tái)長(zhǎng)度分別為85.55 m和90 m，寬度均為20 m；遇原系纜墩時(shí)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，并在原系纜墩前沿設(shè)置獨(dú)立墩臺(tái)；將原2萬噸級(jí)泊位靠船平臺(tái)上的系靠船設(shè)施進(jìn)行改造，并將原上游500噸級(jí)泊位靠船平臺(tái)改造為專用系纜墩使用。

4.1 新建靠船平臺(tái)

新建靠船平臺(tái)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(tái)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(shí)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(fēng)險(xiǎn)。

為保證船舶安全靠泊，碼頭平臺(tái)排架江側(cè)豎向間隔布置TD-A1000H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷和TD-B400H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷，在前邊梁及系靠船梁上水平設(shè)置TD-B400H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)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(tái)在系靠船梁上設(shè)置450 kN系船柱，二層系纜平臺(tái)通過鋼爬梯與碼頭面相連。

4.2 新建墩臺(tái)

新建墩臺(tái)共3座，從上游往下游依次編號(hào)為新建1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)墩臺(tái)（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(hào)、2號(hào)墩臺(tái)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(hào)、2號(hào)墩臺(tái)上可不設(shè)置系靠船設(shè)施，僅在其江側(cè)設(shè)置防護(hù)性護(hù)舷，同時(shí)因其承受的水平荷載較小，基樁采用直徑為 mm的PHC樁。

3號(hào)墩臺(tái)位于本工程最下游端，其頂部需設(shè)置1個(gè) 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(tái)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(tái)與原系纜墩之間設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，均考慮為獨(dú)立墩臺(tái)并作為連接平臺(tái)使用。

4.3 化學(xué)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停靠5萬噸級(jí)化學(xué)品船的要求：將原2萬噸級(jí)泊位平臺(tái)上的TD-BB800H型橡膠護(hù)舷更改為TD-A1000H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷，并將原平臺(tái)上的2個(gè) kN系船柱改造成 kN快速脫纜鉤；將原上游500噸級(jí)泊位平臺(tái)上的1個(gè)350 kN系船柱改為 kN快速脫纜鉤，并將原平臺(tái)上的系船柱和橡膠護(hù)舷拆除，作為專用系纜墩平臺(tái)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(xué)植筋技術(shù)?；瘜W(xué)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(xué)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(shí)現(xiàn)對(duì)被連接件錨固的一種后錨固連接技術(shù)?；瘜W(xué)植筋用螺桿長(zhǎng)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(hù)→檢測(cè)。在植筋澆注前，應(yīng)對(duì)植入的螺栓或螺桿進(jìn)行除銹處理。

本次采用的化學(xué)錨固膠為A級(jí)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(biāo)產(chǎn)品，植入件的數(shù)量、規(guī)格及尺寸均經(jīng)廠家核實(shí)認(rèn)可后，派人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，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(cè)，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(hào)墩臺(tái)與上游新建1號(hào)靠船平臺(tái)的結(jié)構(gòu)縫位于噸級(jí)化學(xué)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(guó)內(nèi)外水工建筑物止水設(shè)計(jì)中，其優(yōu)點(diǎn)是工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)多、抗繞滲能力強(qiáng)、耐久性好，缺點(diǎn)是抗震性能差、抗剪切能力差、費(fèi)用高。銅止水的止水能力主要取決于兩個(gè)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(diǎn)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(hào)墩臺(tái)與上游新建1號(hào)靠船平臺(tái)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(xué)腐蝕、使用荷載增加以及設(shè)計(jì)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(duì)混凝土的滲透性和耐久性造成直接影響。從國(guó)內(nèi)外的研究資料以及大量的工程實(shí)踐看，合理控制裂縫和采取必要的技術(shù)修補(bǔ)裂縫，是提高混凝土長(zhǎng)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(shí)，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(yùn)營(yíng)中的重要性、修復(fù)工藝的經(jīng)濟(jì)適用性和技術(shù)質(zhì)量的可靠程度等因素，對(duì)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(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，以及港口規(guī)模和運(yùn)輸需求的不斷擴(kuò)大，對(duì)于如何在不占用新的岸線、土地和水域情況下，通過對(duì)老碼頭的結(jié)構(gòu)進(jìn)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(yùn)輸成本，防止環(huán)境污染來說，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

（1）在改造前，須嚴(yán)格按照規(guī)范要求對(duì)老碼頭進(jìn)行相關(guān)調(diào)查、檢測(cè)，并對(duì)水工建筑物安全性、使用性和耐久性進(jìn)行評(píng)估。

（2）加固改造后的碼頭因擬靠船舶尺度增大，會(huì)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(xiǎn)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(shí)，與相鄰泊位最大設(shè)計(jì)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(jì)船型的系靠泊要求，優(yōu)化系靠泊點(diǎn)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(tái)上，采取設(shè)置獨(dú)立靠船平臺(tái)和墩臺(tái)并分別承受荷載的方式，將原碼頭設(shè)計(jì)為連片式，可進(jìn)行多種船型組合作業(yè)，提高泊位的有效利用率。

（4）化學(xué)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(yùn)營(yíng)中的重要性，在經(jīng)過修復(fù)工藝的經(jīng)濟(jì)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(xiàn)：

[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(dǎo)報(bào)，2011（3）：6-7.