重力式码头结构加固改造设计探讨

边树涛，宓宝勇

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

重力式码头结构加固改造设计探讨

边树涛，宓宝勇

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

通过对已建码头进行加固改造，可提升其靠泊等级。结合工程实例，对几种不同特点的重力式码头改造方案进行了分析归纳，总结了各类码头结构改造的特点，为今后重力式码头结构加固改造提供设计思路。

重力式码头；码头结构；加固改造

1 概述

改革开放以来，我国港口建设发展迅速，但与经济社会发展需要和船舶大型化发展趋势相比，港口吞吐能力仍然不足，特别是大型专业化泊位不足的矛盾非常突出。对原有码头进行结构加固改造，以提高老旧码头靠泊能力，是缓解港口吞吐能力不足和泊位等级偏低的有效措施。老旧码头的结构加固改造，对节省岸线资源、实现可持续健康发展也具有重要意义。

由于重力式码头结构种类较多，改造条件复杂，改造功能需求不一，给加固改造工作带来了较大困难，因此，目前还难以形成统一的技术标准。重力式码头耐久性好，使用一二十年的码头仍具有改造价值，但因其自身结构特点，结构加固改造关键技术问题较多，难度也较大。本文通过对几个重力式老码头进行改造的案例，如针对抛石基床整体化技术、墙后减压技术以及码头复合结构技术等进行探讨，以对重力码头改造方案的思路和方法提出建议。

2 重力式码头结构加固改造特点

重力式码头由于结构基础应力首先直接传给上部地基，对上部地基和其下卧层都有较高的承载力要求。一般而言，墙身下需设抛石基床，基床厚度根据地基承载力要求确定[1]。

重力式码头结构加固改造一般均涉及码头前沿浚深，抛石基床常对码头前沿浚深形成制约条件，必须认真对待，一旦处理不好，将会造成严重后果。

3 码头结构加固改造设计原则

1） 安全性原则：码头结构加固改造一般均需进行码头前沿浚深，改造方案应对结构进行全面的安全性验算，确保结构安全可靠；另外，因抛石基床突出码头前沿线，应确保船舶与码头结构之间的距离满足安全要求。

2） 适应性原则：码头结构改造应满足使用要求，与码头装卸工艺设备相协调，并尽量减少改造期间对码头作业的影响。

3） 合理性原则：应充分考虑码头结构现状条件，结合改造要求，合理确定码头结构加固改造方案。

4） 经济性原则：码头结构加固改造方案应尽可能减少工程量、简化改造工序，以节省工程投资。

5） 协调性原则：改造方案应充分考虑与周边码头岸线相协调。

4 码头结构加固改造设计典型案例介绍

重力式码头结构加固改造，一般需要增加码头前沿水深，以满足船舶吃水的要求；如何确保码头前沿水深增加后码头结构安全和船舶靠泊安全是关键。

1） 浚深港池，并将靠船设施前沿线适当外移方案

图 1 为厦门地区某工程码头改造断面图[2]，原设计为 3.5 万吨级，港池设计底高程为-12.2m，根据业主使用要求，拟加固改造至5万吨级，港池设计底高程为-13.3m。由于改造后船舶吃水增加，导致基床前肩处水深无法满足要求，改造措施为在胸墙海侧设置现浇混凝土护舷底座，将原设计 DA800 型橡胶护舷改为 SUC1250 型鼓型橡胶护舷，护舷前沿线外移约3m，避开基床前肩对船底龙骨的影响，使码头前沿水深能够满足龙骨下最小富裕深度要求，从而达到了停靠大船的目的。该改造方案的优点是改造工程量小，投资少，施工简单，且施工周期短，对码头作业影响较小；缺点是橡胶护舷外移后，码头装卸设备外伸臂长度增加，同时由于橡胶护舷外移幅度有限，因而码头前沿水深增加有限，能够提升的泊位等级也较小。

图1 码头结构改造断面图（一）Fig.1 Section of quay structure reconstruction （1）

2） 局部开挖基床，对基床进行固化处理，并增设大型漂浮式橡胶护舷靠泊方案

图2为深圳港妈湾港区某码头加固改造断面图[3]，将基床外肩进行局部开挖 ，码头前沿水深增加 1.06m，开挖后基床肩宽约 1.5m。对沉箱前趾处抛石基床采用压力灌浆进行固化处理，固化处理底宽为 3.2m，然后在基床外露面铺设 250mm模袋混凝土。码头前沿设置大型漂浮型护舷，以满足靠泊船型满载靠泊要求。

图2 码头结构改造断面图 （二）Fig.2 Section of quay structure reconstruction （2）

3） 减小墙后土压力的加固改造方案

该类方案通过换填墙后回填料，或对墙后回填料进行加固处理，改善墙后土体力学指标，减少墙后主动土压力，从而改善码头结构受力状态，满足码头稳定性及承载力要求。

图3为广州南沙港区某码头结构加固改造断面[4]，码头后方下部设抛石棱体，上部为砂棱体。该码头结构原设计等级为 10万吨级，拟改造为15 万 t集装箱码头，通过复核现有码头结构基本能够满足 15 万 t集装箱船靠离泊要求。根据交通运输部要求，提高码头结构等级不得以降低现有码头结构安全度为代价，因此需对现有码头结构进行加固。为了提高码头结构安全度，且加固施工对码头运营的影响降至最低，综合考虑，则对墙后10m范围内的回填砂采用高压旋喷桩进行加固处理，桩底标高 0.0m，桩顶标高 3.7m，高压旋喷桩采用等三角形布置，中心间距 1.8m。通过上述技术措施改善了墙后填土的性质，提高了墙后土体的力学指标，减少了墙后土压力，以满足码头安全性和承载力要求。

图3 码头结构改造断面图 （三）Fig.3 Section of quay structure reconstruction （3）

4） 增加自重并减小合力偏心距的加固改造方案

该类方案为采取措施增加结构自重，减小合力偏心距，改善结构受力性能，提高抗倾、抗滑能力，并降低码头前趾应力。

图4为厦门港海沧港区某码头结构加固改造断面图[5]，该码头为带卸荷板的重力式沉箱结构，由于码头靠泊船型增大，需将原 1 000 kN 系船柱改为 1 500 kN。通过计算，码头抗倾、抗滑安全度有所降低，基床应力不满足规范要求，尤其是前趾应力过大。码头结构加固改造措施为在胸墙后回填 10~100 kg 块石区进行注浆处理，以增加沉箱后部自重力，减小合力偏心距，码头抗倾、抗滑安全度提高，尤其是基床应力趋于均匀，前趾应力明显减小，满足结构安全要求。

5） 新增高桩承台或板桩结构+重力式码头的组合结构方案

图4 码头结构改造断面图 （四）Fig.4 Section ofquay structure reconstruction （4）

当码头前沿线水深增加幅度加大，且码头前沿线具备外移条件时，可在重力式码头前增设高桩承台，以满足大型船舶靠泊要求，原重力式码头结构作为接岸结构，二者通过简支板连接。

图5为湛江港调顺岛港区某码头加固改造断面图[6]，该方案将码头前沿线外移 35m，新建独立的高桩承台结构，以满足大型船舶系靠泊及装卸作业要求，原重力式码头结构作为新建码头的接岸结构使用，后方为堆场区。该方案的特点是码头前沿线外移距离大，新旧结构之间相互独立，港池开挖不受旧码头结构的制约，可大幅提升码头结构等级。该码头结构加固改造方案还可充分利用重力式码头承载能力强、结构耐久性好的特点。

图5 码头结构改造断面图 （五）Fig.5 Section ofquay structure reconstruction （5）

5 结论与建议

1） 所有重力式码头结构加固改造设计方案，均应对新建结构和改造的老码头结构进行全面计算或复核。包括整体稳定性计算、抗倾抗滑稳定性计算、基床和地基承载力计算以及结构或构件承载力计算等，确保结构安全可靠。

2） 重力式码头结构加固改造方案应视具体情况进行。当拟靠泊船型提升幅度较大时，宜考虑新增高桩承台或板桩结构与原重力式码头组合的方案；当拟靠泊船型提升幅度不大时，可采取减小墙后土压力、改善结构受力状态、进行抛石基床固化处理、外移靠泊设施前沿线、增设漂浮式橡胶护舷等措施。

3） 案例 1~4 中，码头改造并未提高结构耐久性，其剩余使用年限仍按原设计考虑；案例5码头主体为新建结构，其使用年限按 50 a设计，原有旧结构仍按原设计考虑，码头使用过程中需对原结构耐久性进行检测，以确定其使用年限到期后是否可以继续使用。

4） 码头结构加固改造应复核装卸工艺设备的适应性，并进行能力核算。

5） 码头结构加固应尽可能减小对原有码头及周边码头运营的影响。

[1]JTS 167-2—2009，重力式码头设计 与施工规范[S]. JTS 167-2—2009，Design and construction code for gravity quay [S].

[2] 程明波，陈继丹，李莉元.提高重力式码头靠泊能力的结构改造方法[J].水运工程，2007（8）：67-69. CHENG Ming-bo，CHEN Ji-dan，LILi-yuan.Structural renovation for improving the berthing capacity ofgravity wharf[J].Port& Waterway Engineering，2007（8）：67-69.

[3] 深圳妈湾电厂专用卸煤码头改造工程 [R].广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，2011. Reconstruction project of Shenzhen Mawan power plant dedicated coalunloading terminal[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2011.

[4] 广州港南沙港区二期工程码头结构加固改造工程方案设计[R].广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，2012. Scheme design of the reinforcement and reconstruction project of the quay structure of Nansha harbor phase IIproject in Guangzhou Port[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2012.

[5] 厦门港海沧港区一期工程 4 号、5 号泊位码头结构加固改造工程[R].广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，2012. Structure reinforcement and reconstruction project for berths No.4 and No.5 ofHaicang portdistrictphase Iprojectin Xiamen Port[R]. Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2012.

[6] 湛江港 #300 码头技术改造工程施工图设计[R].广州：中交第四航务工程勘察设计院有限公司，2008. Construction drawing design for technical innovation projectofNo. 300 quay in Zhanjiang Port[R].Guangzhou：CCCC-FHDIEngineering Co.，Ltd.，2008.

Discussion on the design of reinforcem ent and reconstruction of gravity quay structure

BIANShu-tao,MIBao-yong
（CCCC-FHDIEngineeringCo.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510230,China）

Through the reinforcementand reconstruction of the finished quay,the berthing grade can be promoted.Combining with engineering examp les,we analyzed several reconstruction schemes of gravity quayswhich have different features,and concluded the reconstructive characteristics of various quay structures.This paper provides design ideas for the reinforcementand reconstruction ofgravity quay structures in future.

gravity quay;quay structure;reinforcementand reconstruction

U656.111

A

2095-7874（2014）08-0023-04

10.7640/zggw js201408006

2014-01-06

2014-05-04

边树涛 （1980 — ），男，河北沧州市人，工程师，港口航道与海岸工程专业。E-mail：goodboybst@126.com