淺談錨桿在方塊碼頭改造中的應(yīng)用

左月飛

(山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺(tái) 264000)

0 引 言

老舊重力式方塊碼頭改造的原因眾多，如碼頭面荷載增加、增添新設(shè)備、碼頭使用功能變化等。老舊碼頭改造需用現(xiàn)行規(guī)范對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行核算，由于老舊碼頭都是按當(dāng)時(shí)規(guī)范進(jìn)行的設(shè)計(jì)，所取參數(shù)普遍偏小，故碼頭穩(wěn)定性等核算結(jié)果大多偏小，不符合現(xiàn)行規(guī)范。故而老舊碼頭改造的主要方向就是滿足碼頭穩(wěn)定性，常用的施工方法是加大碼頭胸墻自重、碼頭后方打樁等，但是這些方法都存在大量破壞碼頭現(xiàn)有面層、長時(shí)間影響碼頭作業(yè)等問題。故而，討論錨桿這種結(jié)構(gòu)簡單、工程量小、破壞小的后錨固改造方法非常必要，后錨固技術(shù)是通過相關(guān)技術(shù)手段在既有建筑上的錨固，包括膨脹型錨栓、擴(kuò)孔型錨栓、化學(xué)錨栓和植筋等四類錨固連接方式[1]，本文討論的錨桿錨固機(jī)制類似植筋。作者根據(jù)威海某石油碼頭快速脫纜鉤改造工程的應(yīng)用，計(jì)算、討論錨桿結(jié)構(gòu)的使用，希望能為以后類似工程提供參考。

1 脫纜鉤基礎(chǔ)核算

威海某石油碼頭為重力式方塊結(jié)構(gòu)，改造內(nèi)容為增設(shè)100 t雙鉤快速脫纜鉤及靠泊輔助設(shè)施。主要核算內(nèi)容為對脫纜鉤基礎(chǔ)進(jìn)行核算。以下為碼頭穩(wěn)定性的簡單核算。

1.1 系纜力

根據(jù)船型及荷載規(guī)范[2]計(jì)算系纜力為750 kN，豎向夾角15°、水平夾角30°，作用點(diǎn)距碼頭面1 m。則：

豎向分力：750×sin15°=194.1 kN。

垂直岸線水平分力：750×cos15°×sin30°=362.2 kN。

作用點(diǎn)距碼頭前沿2.0 m、距胸墻底4.1 m，對胸墻前沿底：豎向力為194.1 kN，水平力為362.2 kN，傾覆力矩為362.2×3.7+194.1×2.0=1 728.3 kN·m。

1.2 胸墻自重

設(shè)計(jì)高水位2.38 m，胸墻高程從標(biāo)高1.40到4.50 m、截面3.0×3.1 m，長度10.55 m，混凝土重度23.5 kN/m3、13.5 kN/m3。

豎向合力:[3.1×3.0×13.5+(4.5-2.38)×3.0×10]×10.55=1 995.5 kN。

穩(wěn)定力矩：1 995.5×3.0/2=2 993.3 kN·m。

1.3 土壓力

塊石水上重度17.0 kN/m3，水下重度9.0 kN/m3，Ka=0.172，則土壓力合計(jì)水平力為13.39×10.55=141.3kN，傾覆力矩為13.39×1.068 21×10.55=150.9 kN·m。

1.4 均載壓力

合計(jì)水平力為15×0.172×3.1×10.55=84.4kN，傾覆力矩為84.4×3.1/2=130.8kN·m。

1.5 穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[3]，經(jīng)計(jì)算，抗滑滿足要求。傾覆力矩計(jì)算結(jié)果為2 746.9 kN·m，穩(wěn)定力矩計(jì)算結(jié)果為2 394.6 kN·m，故不滿足規(guī)范要求。

2 胸墻改造

2.1 胸墻加寬

由以上核算結(jié)果可知，穩(wěn)定力矩小于傾覆力矩，而穩(wěn)定力矩只有通過胸墻自重產(chǎn)生，故而要使穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，傳統(tǒng)的做法是拓寬胸墻寬度，增大胸墻自重，如圖1所示。筆者通過逐漸增大胸墻寬度，直至碼頭胸墻穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，得出胸墻加寬量為0.5 m。這種加寬胸墻的方案，施工步驟主要有碼頭面層鑿除、后方回填料開挖、胸墻鑿毛、混凝土澆筑、后方回填料回填，最后恢復(fù)碼頭面層。特點(diǎn)是開挖量較大，施工工序較多。

圖1 胸墻加寬斷面圖

2.2 錨桿結(jié)構(gòu)

針對此工程胸墻傾覆力矩大于穩(wěn)定力矩的情況，也可以使用錨桿結(jié)構(gòu)解決問題，胸墻后沿設(shè)錨桿，使荷載傳遞至卸荷板，如圖2所示。錨桿距碼頭前沿2.0 m，錨桿使用HRB400鋼筋，直徑25 mm。錨桿按裂縫開展寬度控制其允許應(yīng)力120 MPa。

圖2 錨桿結(jié)構(gòu)斷面圖

單根允許拉力為12.52×3.142×120=58 912N，穩(wěn)定力矩為58.9×2.0=117.8kN·m。

根數(shù)為(2 746.9-2 394.6)/117.8=2.99根，實(shí)際工程中考慮到胸墻結(jié)構(gòu)段長度及卸荷板長度，實(shí)際取4根，間距1.4 m。

胸墻加寬與錨桿結(jié)構(gòu)對比，見表1。

表1 胸墻加寬與錨桿結(jié)構(gòu)對比

3 結(jié)束語

本文實(shí)例是個(gè)非常簡單的碼頭改造工程，通過對碼頭穩(wěn)定性的簡單核算，又通過對傳統(tǒng)常用加寬胸墻施工與錨桿結(jié)構(gòu)對比，可以形象地看到傳統(tǒng)加寬胸墻的施工工序多、開挖量大，施工時(shí)間較長，甚至嚴(yán)重影響碼頭使用?；瘜W(xué)植筋是將鋼筋膠結(jié)固定于混凝土基材錨孔中形成錨固作用。雖然化學(xué)錨栓在幕墻工程的應(yīng)用中表現(xiàn)出了突出的特性，但是化學(xué)錨栓在施工過程中受各種因素的影響，如工人的施工工藝、施工過程的環(huán)境溫濕度，基材的物理化學(xué)性質(zhì)等，其施工質(zhì)量是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求并不能直接體現(xiàn)出來，所以需要進(jìn)行抗拔承載力試驗(yàn)對其質(zhì)量做有效驗(yàn)證[5]?；瘜W(xué)植筋在施工過程中常常存在注膠不飽滿、錨固深度不足的問題，因此施工相關(guān)方需特別注意。本案實(shí)例中錨桿結(jié)構(gòu)的施工過程中應(yīng)用了水鉆工藝，相對于傳統(tǒng)的機(jī)械鉆孔工藝更加先進(jìn)。隨著我國各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展，新工藝、新材料的應(yīng)用，工程領(lǐng)域也會(huì)進(jìn)入到一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)代。港口設(shè)計(jì)工程師的設(shè)計(jì)方法、理念、思路更加多樣化，本文通過錨桿結(jié)構(gòu)的巧妙應(yīng)用，希望為以后類似工程設(shè)計(jì)提供一個(gè)思路，起到一定的參考作用。