浅谈锚杆在方块码头改造中的应用

左月飞

(山东港通工程管理咨询有限公司，山东 烟台 264000)

0 引 言

老旧重力式方块码头改造的原因众多，如码头面荷载增加、增添新设备、码头使用功能变化等。老旧码头改造需用现行规范对其结构进行核算，由于老旧码头都是按当时规范进行的设计，所取参数普遍偏小，故码头稳定性等核算结果大多偏小，不符合现行规范。故而老旧码头改造的主要方向就是满足码头稳定性，常用的施工方法是加大码头胸墙自重、码头后方打桩等，但是这些方法都存在大量破坏码头现有面层、长时间影响码头作业等问题。故而，讨论锚杆这种结构简单、工程量小、破坏小的后锚固改造方法非常必要，后锚固技术是通过相关技术手段在既有建筑上的锚固，包括膨胀型锚栓、扩孔型锚栓、化学锚栓和植筋等四类锚固连接方式[1]，本文讨论的锚杆锚固机制类似植筋。作者根据威海某石油码头快速脱缆钩改造工程的应用，计算、讨论锚杆结构的使用，希望能为以后类似工程提供参考。

1 脱缆钩基础核算

威海某石油码头为重力式方块结构，改造内容为增设100 t双钩快速脱缆钩及靠泊辅助设施。主要核算内容为对脱缆钩基础进行核算。以下为码头稳定性的简单核算。

1.1 系缆力

根据船型及荷载规范[2]计算系缆力为750 kN，竖向夹角15°、水平夹角30°，作用点距码头面1 m。则：

竖向分力：750×sin15°=194.1 kN。

垂直岸线水平分力：750×cos15°×sin30°=362.2 kN。

作用点距码头前沿2.0 m、距胸墙底4.1 m，对胸墙前沿底：竖向力为194.1 kN，水平力为362.2 kN，倾覆力矩为362.2×3.7+194.1×2.0=1 728.3 kN·m。

1.2 胸墙自重

设计高水位2.38 m，胸墙高程从标高1.40到4.50 m、截面3.0×3.1 m，长度10.55 m，混凝土重度23.5 kN/m3、13.5 kN/m3。

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

稳定力矩：1 995.5×3.0/2=2 993.3 kN·m。

1.3 土压力

块石水上重度17.0 kN/m3，水下重度9.0 kN/m3，Ka=0.172，则土压力合计水平力为13.39×10.55=141.3kN，倾覆力矩为13.39×1.068 21×10.55=150.9 kN·m。

1.4 均载压力

合计水平力为15×0.172×3.1×10.55=84.4kN，倾覆力矩为84.4×3.1/2=130.8kN·m。

1.5 稳定性验算

根据码头结构设计规范[3]，经计算，抗滑满足要求。倾覆力矩计算结果为2 746.9 kN·m，稳定力矩计算结果为2 394.6 kN·m，故不满足规范要求。

2 胸墙改造

2.1 胸墙加宽

由以上核算结果可知，稳定力矩小于倾覆力矩，而稳定力矩只有通过胸墙自重产生，故而要使稳定力矩大于倾覆力矩，传统的做法是拓宽胸墙宽度，增大胸墙自重，如图1所示。笔者通过逐渐增大胸墙宽度，直至码头胸墙稳定力矩大于倾覆力矩，得出胸墙加宽量为0.5 m。这种加宽胸墙的方案，施工步骤主要有码头面层凿除、后方回填料开挖、胸墙凿毛、混凝土浇筑、后方回填料回填，最后恢复码头面层。特点是开挖量较大，施工工序较多。

图1 胸墙加宽断面图

2.2 锚杆结构

针对此工程胸墙倾覆力矩大于稳定力矩的情况，也可以使用锚杆结构解决问题，胸墙后沿设锚杆，使荷载传递至卸荷板，如图2所示。锚杆距码头前沿2.0 m，锚杆使用HRB400钢筋，直径25 mm。锚杆按裂缝开展宽度控制其允许应力120 MPa。

图2 锚杆结构断面图

单根允许拉力为12.52×3.142×120=58 912N，稳定力矩为58.9×2.0=117.8kN·m。

根数为(2 746.9-2 394.6)/117.8=2.99根，实际工程中考虑到胸墙结构段长度及卸荷板长度，实际取4根，间距1.4 m。

胸墙加宽与锚杆结构对比，见表1。

表1 胸墙加宽与锚杆结构对比

3 结束语

本文实例是个非常简单的码头改造工程，通过对码头稳定性的简单核算，又通过对传统常用加宽胸墙施工与锚杆结构对比，可以形象地看到传统加宽胸墙的施工工序多、开挖量大，施工时间较长，甚至严重影响码头使用。化学植筋是将钢筋胶结固定于混凝土基材锚孔中形成锚固作用。虽然化学锚栓在幕墙工程的应用中表现出了突出的特性，但是化学锚栓在施工过程中受各种因素的影响，如工人的施工工艺、施工过程的环境温湿度，基材的物理化学性质等，其施工质量是否达到标准要求并不能直接体现出来，所以需要进行抗拔承载力试验对其质量做有效验证[5]。化学植筋在施工过程中常常存在注胶不饱满、锚固深度不足的问题，因此施工相关方需特别注意。本案实例中锚杆结构的施工过程中应用了水钻工艺，相对于传统的机械钻孔工艺更加先进。随着我国各行各业的蓬勃发展，新工艺、新材料的应用，工程领域也会进入到一个高速发展的时代。港口设计工程师的设计方法、理念、思路更加多样化，本文通过锚杆结构的巧妙应用，希望为以后类似工程设计提供一个思路，起到一定的参考作用。