福州港松下7万吨级散杂货码头现状检测与评估

陈灿明，黄卫兰，李瑜，2，王开顺，王曦鹏，2

（1.南京水利科学研究院水利部水科学与水工程重点实验室，南京210029；2.河海大学港口海岸及近海工程学院，南京210098；3.福州松下码头有限公司，福州350217）

福州港松下7万吨级散杂货码头现状检测与评估

陈灿明1，黄卫兰1，李瑜1，2，王开顺3，王曦鹏1，2

（1.南京水利科学研究院水利部水科学与水工程重点实验室，南京210029；2.河海大学港口海岸及近海工程学院，南京210098；3.福州松下码头有限公司，福州350217）

文章以福州港松下7万t级散杂货码头的升级加固改造为例，介绍了重力式沉箱码头为结构加固改造而进行安全检测与评估的主要内容、方法和结果。通过对码头现场全面检查，结构、材料和地基等参数检测，观测资料分析以及结构主体验算，评估了码头的安全性、使用性与耐久性等级，为码头的结构加固改造方案设计提供了技术依据。

重力式；沉箱码头；结构加固改造；检测；评估

福州港松下7万t级散杂货码头（1#泊位）于2007年6月投入运行，隶属福州松下码头有限公司。随着海轮大型化发展趋势日趋明显，为适应市场经济需要和大型船舶的靠泊需求，根据交通运输部《关于沿海港口码头结构加固改造有关事宜的通告》（2009年第4号）精神，该码头拟通过结构加固改造，将靠泊能力7万t级提升至10万t级。

由于码头结构加固改造是一项复杂和具有探索性的工作，交通运输部明确要求码头结构加固改造工程设计前应对码头的现状进行检测评估，其结果作为加固改造设计的依据［1-3］。本文以福州港松下7万t级散杂货码头结构加固改造为例，介绍重力式沉箱码头检测与评估的主要内容、方法和结果［4-6］。

1 码头概况

1.1 工程概况

松下7万t级散杂货码头位于福州港松下港区规划港界的北端，泊位长300.62 m，宽30 m，顺岸连片式布置，重力式沉箱结构。码头基础为抛石夯实基床，下部为沉箱结构，上部为钢筋混凝土卸荷板、现浇胸墙，码头后沿与陆地相接。沉箱外形尺寸为8.5 m×10.0 m×18.30 m，单个重874 t。卸荷板外形尺寸为2.81 m×13.2 m×2.0 m，单个重186 t。

码头前沿底高程-15.0 m，顶面高程分别为8.5 m、10.0 m。码头面层为柔性结构，高强混凝土连锁块铺面。码头面配3台16 t门机，轨距10.5 m，前轨直接座落于胸墙上，后轨坐落于道渣基础的轨枕上。

码头前沿设1 450H二鼓一板橡胶护舷19组。码头面设1 500 kN系缆柱4个、1 000 kN系缆柱12个。码头断面见图1所示。

1.2 码头建设与运用管理状况

1.2.1 码头工程质量

福建省交通质检局对本工程质量核定结论为：码头工程、泊位水域疏浚工程质量等级为优良；航道工程、回旋水域工程质量等级为优良；港区道路、堆场工程质量等级为合格；生产调度楼等11个附属房建工程具备竣工备案条件。因此，福州港松下7万t级散杂货码头工程项目质量符合《水运工程质量检验标准》JTS257-2008检验合格标准。

码头工程和泊位水域疏浚工程于2007年4月、码头回旋水域工程及航道工程于2007年9月通过交工验收。

1.2.2 码头运行管理与异常靠泊情况

福州港松下7万t级散杂货码头自2007年6月份投入运用以来，生产状况良好，年作业量稳步提高，公司管理和技术力量不断提升。码头设施运行正常，从未发生过异常靠泊和其他安全生产事故。

图1码头断面示意图Fig.1Section of wharf

2 现场调查与检测

2.1 结构的外观检查

对具备检测条件的码头所有构件均进行外观检查，检查分为水上部分和水下部分。

2.1.1 水上部分

水上部分主要包括沉箱、卸荷板、胸墙、码头面板等，检测各类构件的施工缺陷、运行损伤、结构裂缝、钢筋锈蚀、混凝土剥离等情况，详细记录其缺陷位置、形态和程度。

经检查，码头沉箱水上部分、卸荷板和现浇胸墙表面完好，无明显施工缺陷和运行损伤，无结构性裂缝和老化病害引起的钢筋锈蚀，沉箱与卸荷板、卸荷板与现浇胸墙之间连接无异常。码头面基本平整，受墙后回填沉降和车辆通行的影响，存在局部凹陷、面层高强混凝土连锁块铺面个别缺失现象。

2.1.2 水下部分

采用潜水员水下探摸结合水下录像的方法进行检查，检查主体结构的破损情况，包括钢筋混凝土构件的破损、钢筋锈蚀等情况，抛石基床的完好情况，墙前是否有墙后回填料流失，对沉箱间缝宽和水平错位进行检查和测量。

经检查，沉箱水下部分表面完好、无明显破损，表面无钢筋锈蚀外露，沉箱前沿抛石基床完整，无冲刷和掏空现象。沉箱墙前无墙后回填料流失现象。

2.2 钢筋混凝土性能参数检测［7-9］

2.2.1 混凝土强度检测

采用回弹法对码头主要构件的混凝土强度进行抽样检测（表1）。

沉箱和卸荷板混凝土设计强度等级C40，胸墙混凝土设计强度等级C30。检测结果表明，实测码头沉箱、卸荷板和胸墙等构件混凝土抗压强度推定值均大于设计值，复核计算时强度指标可采用设计强度等级。

2.2.2 混凝土碳化深度与钢筋保护层厚度检测

对主要钢筋混凝土构件进行混凝土碳化深度和钢筋保护层厚度检测，对比分析以评定工程的老化程度。

码头沉箱、卸荷板和胸墙的混凝土碳化深度和钢筋保护层厚度检测结果见表2。从检测结果来看，码头主体结构由于使用时间较短，而且部分构件处于水位变动区，混凝土碳化深度较小，实测最大碳化深度仅3.0 mm，平均0.6～1.8 mm；实测主要构件钢筋保护层厚度平均值为48.9～58.3 mm，最小值为38 mm。因此码头主体结构不会出现因混凝土碳化引起的大面积老化病害。

表1回弹法检测混凝土强度汇总表Tab.1Concrete strength detected by rebound method

表2混凝土碳化深度与钢筋保护层厚度检测结果Tab.2Results for concrete carbonation depth and steel bar protection layer thickness

表3构件氯离子含量检测结果Tab.3Results for chlorine ion content in the structure

2.2.3 氯离子含量检测

混凝土砂浆中氯离子含量采用钻芯或钻孔取粉样后进行室内试验分析测定，混凝土中氯离子浓度分布分别采用总氯离子浓度和水溶性氯离子浓度表示。检测时对不同构件、不同区域分层分别取样试验，构件中氯离子含量检测结果列于表3。

由表3可知，实测各钢筋混凝土构件混凝土中氯离子含量极低，远低于致使钢筋锈蚀的氯离子临界含量（为0.059%～0.107%），因此

图2胸墙腐蚀电位图Fig.2Corrosion potential of parapet

2.2.4 钢筋腐蚀电位检测

采用钢筋腐蚀测定仪在主要构件不同区域划分网格进行钢筋腐蚀电位检测，以判别构件发生钢筋腐蚀的概率。钢筋腐蚀程度按JTJ302-2006判定。

图2列出了码头30#胸墙前沿和平台钢筋腐蚀电位图，根据腐蚀电位检测结果分析，被测区域发生钢筋腐蚀的概率均小于10%。

2.3 整体位移检测与观测资料分析

由潜水员水下对各沉箱之间缝宽、水平错位进行检测，实测各沉箱间缝宽50～150 mm，平均87 mm（设计值80 mm）；各沉箱间水平错位10～120 mm，平均34 mm。

实测上部各胸墙间缝宽7～55 mm，平均28.5 mm（设计值20 mm）。各胸墙间水平错位为7～55 mm，平均9.0 mm。各胸墙间顶面高差7～25 mm，平均3.8 mm。

2007年3 月起，对码头进行了长期沉降和位移观测，典型观测曲线见图3所示。

根据检测结果，结合长期沉降和位移观测结果分析，目前该码头的沉降和水平位移速率均较小，已基本稳定。部分沉箱间出现偏大的沉降和水平位移，主要是码头二侧的扩建施工（0#泊位和2#泊位施工）影响所致。

图3码头沉降与水平位移观测曲线图Fig.3Graph of wharf settlement and horizontal displacement

2.4 地基与基础及后方回填工程检查

与其他码头相比，重力式码头对地基的要求最高，当地基勘察资料缺失或可判断地基土已发生变化时，需要在码头结构后方和前沿布置2～3个钻探孔，检测土层分布，进行现场原位试验，同时取原状土样进行土工试验，分析土层的物理力学性能指标。

本码头在工程可行性研究阶段、初步设计阶段和施工图设计阶段均进行了地质勘察工作，码头的地质资料较为全面，因此无需钻孔检验。

通过现场检查，未发现码头面和堆场表面有局部塌陷和异常沉降等现象。同时，根据潜水员水下探摸检查，码头前沿未发现有墙后回填料流失，因此，可以判定码头地基和后方回填无异常。

2.5 轨道检测

轨道检测主要包括轨道的外观检查、轨距测量、轨顶高程测量和同一截面两轨高差测量。

经检查，轨道安装牢固，轨道基本平直、光亮，未见明显磨耗等现象；门机内、外侧轨道紧固件无缺失，但部分螺栓已锈蚀。

码头面门机轨距在10 511～10 531 mm，同一截面两轨的高差为0～69.2 mm，位置在1#泊位和0#泊位的交界处。由于两轨高差相对较大，需及时对轨道进行调整。

2.6 停靠船及防护设施检查

码头4个1 500 kN和12个1 000 kN系缆柱本体完好无损伤，柱体表面局部存在一般锈蚀。系船柱与下部胸墙连接完好，紧固件有防水防腐填充物，填充物无鼓起和吐锈。系船柱基础周围混凝土完好，无开裂、露筋等现象。

码头采用1 450 H两鼓一板标准反力型橡胶护舷，共19组，除二端二个沉箱连续布置外，其余为隔沉箱布置。由于码头停靠的均为大型船只，采用拖轮助靠方式靠泊，靠泊时速度和角度均较小，加之护舷投入运用时间短，护舷材料无老化，无撕裂和整体缺失，护撞系统总体完好。护舷与码头连接牢固，螺栓和垫板等紧固件无锈蚀，也无缺失。

码头停靠的均为大型船只，而且平台前沿设置了电缆沟和门机轨道，码头面流动机械一般不进入前沿区域，因此码头前沿和平台的护轮坎完好。

2.7 码头前沿水深和冲淤变化

根据2007年12月和2011年7月港池水深测图对比分析，码头前沿水域属于微淤状态，三年半时间内的淤积深度在0～0.8 m，平均淤积深度0.55 m。

3 结构安全评估

结构的安全评估包括安全性、使用性和耐久性评估三部分，评估验算在码头现场调查和检测后进行，验算的项目及内容根据影响地基、基础、结构或构件安全性、使用性和耐久性的因素确定。对于结构安全评估等级为C级和D级的码头，不宜进行以扩大靠泊能力为目的的结构加固改造。

3.1 结构安全性评估

（1）计算荷载。包括：1）自重；2）均载：20 kN/m2；3）设备荷载：16 t门机；4）流动荷载：牵引车＋20 t平板车，40 t汽车吊；5）船舶荷载：10万t级散货船，法向靠泊速度0.14 m/s，计算风速22.80 m/s；6）波浪：根据码头前沿不同条件50 a一遇波浪要素；7）水流荷载：水流速度1.05 m/s；8）地震荷载：7度。

（2）作用与效应组合。复核计算时考虑以下状况：1）持久状况：在结构使用期按承载能力极限状态和正常使用极限状态设计；2）短暂状况：无；3）偶然状况：无；4）地震状况：抗震设防烈度为7度，设计动峰值加速度为0.10 g。

荷载组合时根据施加在码头结构上的作用性质（永久作用、可变作用、偶然作用）按可能出现的最不利荷载，结合设计水位进行组合。

（3）计算内容［10-11］。

1）重力式沉箱承载能力极限状态的持久组合时的计算，包括：①抗倾、抗滑稳定性；②基床和地基承载力；③墙底面合力作用位置；④沉箱构件的承载能力。

2）正常使用极限状态的长期效应组合和短暂效应组合的各项计算或验算。

（4）计算假定。

1）重力式沉箱底板按四边固定板计算，外趾板按悬臂板计算。外壁底板以上1.5 L（L为内隔墙间距）区段，按三边固定一边简支板计算；1.5 L以上区段多于两跨时按两端固定的连续板，等于和少于两跨时按框架或两端固定的单跨板计算；隔墙与外壁的连接按轴心受拉构件。

2）船舶荷载按选用的护舷设计反力及系船柱规格取用。

（5）主要计算结果。

部分计算结果列于表4～表6。验算结果表明，福州港松下7万t级散杂货码头目前条件下（仅建有一期防波堤），码头结构抗倾、抗滑稳定性、基床应力及地基应力、沉箱强度均满足要求，Rd/Sd＞1.0，说明结构安全可靠，码头安全性评估等级为A级。待二期防波堤建成后，波浪力将不起主导作用，其安全性将进会一步提高。

表4码头抗倾稳定计算结果Tab.4Calculation results of resistance to overturning of the wharf

表5码头抗滑稳定计算结果（1）Tab.5Calculation results of resistance to sliding of the wharf（1）

表6码头抗滑稳定计算结果（2）Tab.6Calculation results of resistance to sliding of the wharf（2）

表7沉箱底板的裂缝开展宽度计算结果Tab.7Calculation results of crack width of caisson

3.2 码头结构使用性与技术状态评估

3.2.1 码头结构使用性评估

在控制工况（极端低水位时结构自重+系缆力+门机作业荷载+码头面均载）时，沉箱底板的裂缝开展宽度计算结果见表7。验算结果表明，在现有配筋条件下，沉箱主体钢筋混凝土结构最大裂缝开展宽度小于规范规定的海水港水下区最大裂缝宽度限值（0.30 mm），码头结构的使用性评定等级为A级。3.2.2码头技术状态评估

根据现场调查和检测结果分析，对照行业标准《港口设施维护技术规程》JTS310-2013中重力式码头技术状态分类标准，福州港松下7万t级散杂货码头各项目的技术状态等级评定结果为：墙身、后方接岸和基床为一类，结构沉降、位移、整体稳定和上部结构为二类。

3.3 耐久性评估

根据材料劣化度和耐久性极限状态进行耐久性评估。当耐久性损伤导致安全性、使用性功能明显退化时，还需要按承载能力极限状态或正常使用极限状态进行安全性或使用性评估。耐久性评估包括混凝土结构外观劣化度评估和结构使用年限预测。

按不同构件种类根据外观检测结果进行外观劣化度评估，其外观劣化度分级按现行行业规范确定。码头沉箱、卸荷板、胸墙的外观较好，混凝土碳化深度远小于保护层厚度，混凝土中氯离子含量远小于使钢筋锈蚀的临界值，构件单元外观劣化度均可评定为A级。钢筋混凝土结构使用年限为混凝土浇筑到钢筋开始锈蚀所经历的时间、钢筋开始锈蚀至保护层开裂所经历的时间与自保护层开裂到钢筋截面面积减小至原截面的90%所经历的时间之和。钢筋混凝土结构使用年限预测时，根据码头所在区域的环境特征，分别选用以混凝土碳化或氯离子渗透为主的计算模型进行估算。混凝土结构剩余使用年限为钢筋混凝土结构使用年限与混凝土结构自建成至检测时已使用的时间之差。松下码头处于海洋环境，影响钢筋混凝土结构耐久性的主要因素为氯离子渗透。根据主要构件混凝土中氯离子浓度分布结果，采用基于氯盐引起钢筋锈蚀使用年限预测公式估算码头各类构件的使用年限均大于设计年限，剩余使用年限均满足要求。经综合评定码头耐久性评定等级为A级。

4 结语

福州港松下7万t级散杂货码头建成于2007年6月，拟通过结构加固改造将靠泊能力7万t级提升至10万t级。

根据现场调查与检测，福州港松下7万t级散杂货码头设施齐全，主要构件完好，抽检各参数均达到设计要求，码头的安全性、使用性和耐久性等级均为A级，具备结构加固改造提升靠泊能力的条件。

码头结构加固改造对于充分利用码头的现有资源，进一步提高码头靠泊能力，适应国际航运市场船舶向大型化发展，规范超过原设计船型船舶靠泊码头的管理，确保港口安全生产，促进港口持续和健康发展具有十分重要意义。

［1］陈灿明，黄卫兰，苏扬，等.加固改造码头检测和评估方法与有关问题探讨［C］//第八届港口工程技术交流大会暨第九届工程排水与加固技术研讨会论文集.北京：中国水利水电出版社，2014：444-452.

［2］黄卫兰，吴乔，陈灿明.等.重力式码头的现状检测与评估技术及其在沉箱中的运用［C］//第八届港口工程技术交流大会暨第九届工程排水与加固技术研讨会论文集.北京：中国水利水电出版社，2014：469-475.

［3］黄卫兰，苏扬，陈灿明，等.高桩码头的现状检测与评估［C］//第十六届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集.北京：海洋出版社，2013：1 005-1 010.

［4］南京水利科学研究院实验中心.福州港松下港区牛头湾作业区7万吨级散杂货码头现状调查与检测报告［R］.南京：南京水利科学研究院实验中心，2012.

［5］中交第三航务工程勘察设计院有限公司.福州港松下港区牛头湾作业区1#泊位结构加固改造工程方案设计［R］.上海：中交第三航务工程勘察设计院有限公司，2013.

［6］交通运输部办公厅.港口码头结构安全性检测与评估指南［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］JTJ270-98，水运工程混凝土试验规程［S］.

［8］JTJ/T272-1999，港口工程混凝土非破损检测技术规程［S］.

［9］JTJ218-2005，水运工程水工建筑物原型观测技术规范［S］.

［10］JTS167-2-2009，重力式码头设计与施工规范［S］.

［11］JTS151-2011，水运工程混凝土结构设计规范［S］.

Detection and assessment of 70⁃thousand⁃tons bulk&cargo wharf of Fuzhou port

CHEN Can⁃ming1,HUANG Wei⁃lan1,LI Yu1,2,WANG Kai⁃shun3,WANG Xi⁃peng1,2
（1.Key Laboratory of Water Science and Engineering,Ministry of Water Resources,Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing 210029,China;2.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;3.Corporation of Wharf of Songxia,Fuzhou,Fuzhou 350217,China）

In this paper,the main content,methodology and results applying for the security detection and as⁃sessment of gravity wharf were introduced by taking the example of upgrading and reinforcement of 70⁃thousand⁃tons bulk&cargo wharf of Fuzhou port.Based on the comprehensive detection of wharf,parameters examination of structure,materials and foundations,data analysis and re⁃calculation of main parts,the safety,applicability and du⁃rability of the wharf were estimated,which can provide technological supports for similar projects.

gravity type;caisson wharf;reinforcement and reconstruction of structure;detection;assessment

U 656.1；TV 223

A

1005-8443（2015）06-0561-06

2015-06-16；

2015-08-28

陈灿明（1962-），男，江苏省靖江人，教授级高级工程师，主要从事水工结构的试验、检测与评估工作。

Biography：CHEN Can⁃ming（1962-），male，professor.