墩式布置的化工码头结构加固改造技术特点

姚迪　周玥

【摘 要】 通过分析墩式布置的化工码头结构、总平面布置、船型组合及系靠泊点布置等方面，提出将原码头改造为连片式布置型式，采用新老结构相互独立原则的设计方法。结合码头加固改造方案的特点，介绍化学植筋技术、止水结构，以及各种修复措施在加固改造中的应用，为类似工程提供参考。

【关键词】 结构加固；平面布置；水工建筑物；接缝

1 工程概况

泰州港过船港区二期工程液体化工泊位码头位于长江扬中河段太平洲左汊左岸，其上游是通用泊位码头，下游与某公司化工码头相接。码头建设规模为1个2万吨级和1个500吨级液体化工泊位，于2009年通过竣工验收。泊位主要装卸丙烯、邻二甲苯、正丁醇、燃料油等化工制品，年吞吐量为98万t。

目前，码头后方配套储罐已竣工，码头通过能力增大，运量也将会大幅增长。为保证港口安全，适应吞吐量快速增长和到港船舶大型化发展的需要，缓解码头靠泊能力不足的矛盾，同时为集约、充分利用岸线资源，提升码头服务水平，满足地区企业的长期发展要求，原码头将按5万吨级化学品船满载靠泊的方案进行结构加固改造。

2 原码头结构检测评估

2.1 原码头平台结构组成

液体化工泊位占用岸线长度为340.4 m，为墩式布置，原码头平面结构见图1。

靠船装卸平台共2座，为高桩梁板式结构，长度分别为80 m（2万吨级泊位）和40.6 m（500吨级泊位），宽为20 m，排架间距均为6.5 m，基桩均采用直径800 mm的PHC桩。2万吨级泊位系缆设施为 kN系船柱（上层）和350 kN系船柱（下层），靠船设施由TD-BB800H与TD-B300H橡胶护舷间隔布置。500吨级泊位系缆设施为150 kN系船柱，靠船设施为TD-B300H橡胶护舷。

系缆墩共4座，为高桩墩式结构，基桩均采用直径800 mm钢管桩，墩台面前方设置 kN或750 kN系船柱，各系缆墩之间及与靠船装卸平台间通过钢联桥相连。

2.2 结构检测和评估

调查、检测和评估原码头的环境条件、构件及附属设施等是加固改造的基础。为保证在加固改造后码头的正常安全使用和提高使用年限，依据《港口水工建筑物检测与评估技术规范》要求，检测和评估的具体内容包括：码头前、后沿设计水域的水深和冲淤变化情况的调查；码头结构的沉降位移观测和岸坡测量；码头水上部分结构物外观破损情况检查，混凝土结构物的强度和耐久性检测（钢筋保护层厚度、碳化深度、钢筋腐蚀电位检测）；基桩耐久性和完整性检测；护舷及系船柱等附属设施的现场检查。

现状调查和检测结果表明：码头外观质量良好，主要构件强度和耐久性满足设计要求；基桩耐久性和完整性情况良好；系靠船设施齐全、功能正常。对原码头结构的主要评价和结论：安全性和使用性综合评估等级均为A级，耐久性综合评估等级为B级。

3 总平面布置

3.1 设计船型

原码头结构加固改造后不同设计船型具体参数见表1。

表1 不同化学品船的设计船型参数

3.2 泊位长度及相邻泊位关系

根据《海港总体设计规范》计算：按停靠1艘50 000吨级化学品船考虑，单个泊位长度为223 m；按同时停靠1艘3 000吨级和5 000吨级化学品船考虑，泊位长度为278 m。

当上游通用泊位靠泊吨级散货船，本工程液体化工泊位靠泊吨级化学品船，或其他吨位的化学品船时，两者之间的间距应大于150 m的安全距离。同时，本工程液体化工泊位与下游化工码头靠泊的化学品船之间的净距应不小于35 m。

为了充分利用岸线资源，拆除原上游端的系缆墩和钢联桥，加固改造后码头平面采用连片式布置，码头与中间系缆墩的总长度为296.15 m （见图2），泊位长度满足上述两种船型组合的需要。

3.3 码头前沿设计底高程

码头前沿设计底高程为设计低水位（）与前沿设计水深两者之差，根据《海港总体设计规范》的有关码头前沿设计水深公式，当吨级化学品船满载靠泊时，码头前沿设计水深为14.38 m，故码头前沿设计底高程应为。根据本工程2013年9月地形测图，码头前沿泥面高程为 16～ 19 m，满足船舶满载安全停靠要求，无需对该区域进行疏浚。

4 水工建筑物加固改造方案及特点

根据总平面布置，结合原码头结构及系靠船设施，加固改造方案将原墩式布置的码头结构改造为连片式布置型式，以适应大型船舶的靠泊装卸作业和小型船舶的组合靠泊要求。连片式平台长度为296.15 m；上、下游新建靠船平台长度分别为85.55 m和90 m，宽度均为20 m；遇原系缆墩时设置结构缝，并在原系缆墩前沿设置独立墩台；将原2万吨级泊位靠船平台上的系靠船设施进行改造，并将原上游500吨级泊位靠船平台改造为专用系缆墩使用。

4.1 新建靠船平台

新建靠船平台采用高桩梁板式结构，排架间距6m，基桩采用直径为 mm的PHC桩。每座靠船平台上、下游端排架靠近原已建码头结构，施打斜桩难度大，因而采用直径为 mm的全直钢管桩，同时考虑采取施工吊打钢管桩方式，可避免打桩船与原结构相接触的风险。

为保证船舶安全靠泊，码头平台排架江侧竖向间隔布置TD-A1000H标准反力型橡胶护舷和TD-B400H标准反力型橡胶护舷，在前边梁及系靠船梁上水平设置TD-B400H标准反力型橡胶护舷。码头面前沿处设 kN快速脱缆钩（单钩）和550 kN系船柱，二层系缆平台在系靠船梁上设置450 kN系船柱，二层系缆平台通过钢爬梯与码头面相连。

4.2 新建墩台

新建墩台共3座，从上游往下游依次编号为新建1号、2号、3号墩台（见图2），均为高桩墩式结构，前沿均与加固改造后的连片式码头前沿线平齐。

1号、2号墩台平面尺度较小，依据加固改造后结构平面和船型组合，1号、2号墩台上可不设置系靠船设施，仅在其江侧设置防护性护舷，同时因其承受的水平荷载较小，基桩采用直径为 mm的PHC桩。

3号墩台位于本工程最下游端，其顶部需设置1个 kN快速脱缆钩，故基桩采用直径为 mm的钢管桩，以承受船舶系缆力。

新建墩台后方的原系缆墩不再发挥系缆功能，承受的水平荷载也较小，因而在新建墩台与原系缆墩之间设置结构缝，均考虑为独立墩台并作为连接平台使用。

4.3 化学植筋技术在系靠船设施改造中的使用

为满足原码头改造后停靠5万吨级化学品船的要求：将原2万吨级泊位平台上的TD-BB800H型橡胶护舷更改为TD-A1000H标准反力型橡胶护舷，并将原平台上的2个 kN系船柱改造成 kN快速脱缆钩；将原上游500吨级泊位平台上的1个350 kN系船柱改为 kN快速脱缆钩，并将原平台上的系船柱和橡胶护舷拆除，作为专用系缆墩平台使用。

改造后的系靠船设施需要在原混凝土结构中植入锚固螺栓或螺杆，本工程方案考虑采用化学植筋技术。化学植筋是在原结构混凝土基材中钻孔，然后在孔中注入或放置化学胶粘剂，将带肋钢筋或螺杆胶结固定于钻孔中，通过粘结和锁键作用，实现对被连接件锚固的一种后锚固连接技术。化学植筋用螺杆长度不受限制，与现浇混凝土钢筋锚固相似。施工工艺主要流程：放线定位→钻孔→清孔→注锚固胶→植筋浇注→养护→检测。在植筋浇注前，应对植入的螺栓或螺杆进行除锈处理。

本次采用的化学锚固胶为A级专用植筋胶，耐潮湿环境性能好。植入的螺杆或螺栓均为非标产品，植入件的数量、规格及尺寸均经厂家核实认可后，派人进行现场指导，并由具有加固特种专业承包资质的公司施工植入。经检测，改造处系靠船设施的锚固螺栓和螺杆植入及安装情况良好。

4.4 止水结构使用

从图2可以看出，新建1号墩台与上游新建1号靠船平台的结构缝位于吨级化学品船的装卸泄露区域，因而必须在此结构缝处设置耐久性和抗变形能力较高的止水结构，用以保障此区域的污水收集及满足环保要求。

铜止水作为一种基本的止水结构，广泛应用于国内外水工建筑物止水设计中，其优点是工程应用经验多、抗绕渗能力强、耐久性好，缺点是抗震性能差、抗剪切能力差、费用高。铜止水的止水能力主要取决于两个方面因素：铜片自身在接缝位移和水压力作用下，不破裂而具备止水能力；铜片与混凝土结构之间在上述外力作用下，不与混凝土脱开而具备止水能力。[1]

根据铜止水优缺点的分析，结合本工程止水布置区域较小的因素，在新建1号墩台与上游新建1号靠船平台的结构缝处的止水结构采用紫铜片结构。

5 结构加固修复措施

钢筋混凝土建筑物在其正常使用年限内，常常由于混凝土结构的耐久性问题、化学腐蚀、使用荷载增加以及设计和施工的缺陷等原因，造成混凝土结构过早产生各种类型的破坏，尤其是裂缝问题最为普遍。混凝土裂缝通常分为早期硬化期间产生的温度裂缝、使用过程中产生的结构裂缝以及钢筋锈蚀产生的锈胀裂缝等3类。硬化过程中产生的裂缝最为复杂，也最为重要。早期的裂缝往往是后期宏观开裂的开始，裂缝的存在对混凝土的渗透性和耐久性造成直接影响。从国内外的研究资料以及大量的工程实践看，合理控制裂缝和采取必要的技术修补裂缝，是提高混凝土长期耐久性的重要途径。

本工程结构加固修复因构件种类较多，破损情况亦各不相同，在考虑修复方案时，根据构件破损程度、破损原因、构件的受力情况，以及在码头运营中的重要性、修复工艺的经济适用性和技术质量的可靠程度等因素，对不同构件及情况采用不同的修复方案（见表2）。

表2 不同构件破损类型的修复方案

6 结 语

随着经济社会的持续发展，以及港口规模和运输需求的不断扩大，对于如何在不占用新的岸线、土地和水域情况下，通过对老码头的结构进行加固改造，来提升码头的靠泊能力，从而提高岸线利用率，减少能源消耗，降低运输成本，防止环境污染来说，应做到以下几点：

（1）在改造前，须严格按照规范要求对老码头进行相关调查、检测，并对水工建筑物安全性、使用性和耐久性进行评估。

（2）加固改造后的码头因拟靠船舶尺度增大，会涉及到相邻泊位的安全间距问题，尤其本工程化工泊位为危险品码头，应根据相邻泊位的性质，在总平面布置中作船型组合分析时，与相邻泊位最大设计船型的安全距离应满足规范要求。

（3）本次结构加固改造通过分析设计船型的系靠泊要求，优化系靠泊点的布置，尽量将系靠船设施设置在平面尺度较大的新建靠船平台上，采取设置独立靠船平台和墩台并分别承受荷载的方式，将原码头设计为连片式，可进行多种船型组合作业，提高泊位的有效利用率。

（4）化学植筋技术有利于原系靠船设施的改造施工，止水结构也得到了很好的应用，并解决了装卸泄漏区域在结构缝处的污水收集问题，可为类似工程提供参考。

（5）结构加固修复，应根据不同构件的破损类型、程度、原因，以及各构件的受力情况、在码头运营中的重要性，在经过修复工艺的经济适用性和技术质量的可靠度分析后，采用不同的修复方案。

参考文献：

[1] 银俊梅.水工建筑物铜止水结构可靠性研究[J].科技创新导报，2011（3）：6-7.