福建重力式码头修复加固方案

彭大勇

摘 要：本文通过对某重力式码头破坏后的加固修复，提出在软土地基上建设重力式码头应注意的问题，以便为类似工程设计提供参考借鉴。

关键词：重力式码头;加固修复;软土地基

中图分类号：U655.4             文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）10-0092-02

1工程概况

该重力式码头工程位于福建省南部沿海，东山岛苏尖湾北侧水域。该工程防波堤内侧建设直立式方块码头，泊位总长度290m，包含500吨泊位4个（见图1）。建筑物安全等级为二级，设计使用年限为50年，该工程于2018年底完成施工。

2019年4月19日，该重力式方块码头局部突然发生严重的沉降和位移情况（见图2）。经现场检测，该重力式码头结构出现了以下破坏情况：1）码头胸墙向海侧产生较大位移及竖向沉降;2）胸墙分段间存在错缝、移位;3）挡浪墙附近六角块发生塌陷、位移，块体间分离。经研究，该重力式码头结构破坏的原因主要是由于施工完成期内，因土体未完成固结使地基承载力不足而导致失稳破坏。

该重力式码头在局部突然发生位移沉降后，随着地基软土固结过程继续产生竖向沉降。截至2020年4月，破坏段内码头结构最大累计沉降量为1.05m（卸荷板后侧）、最大累计水平位移为0.77m（码头前沿，向港池侧），破坏段内挡浪墙最大累计沉降量为0.20m、最大累计水平位移为0.46m（向港池侧）。

为确保该重力式码头不再继续破坏，恢复码头使用功能，受业主方委托对该码头进行了原型加载试验，用以明确结构修复加固标准。

2020年4月至6月，通过码头原型加载试验论证该重力式结构稳定性。试验条件如下：在试验区码头前侧以抛砂方式形成反压层，反压层顶面宽度17m，反压层顶面高程平均值约为-2.8m，码头顶面根据等效设计荷载值进行加载。即卸荷板正上方加载40kPa、卸荷板后方至挡浪墙加载50kPa。原型加载试验结果表明，在预设反压情况下，该重力式结构在等效设计荷载作用下结构稳定，码头结构累计竖向沉降最大值为28mm、码头结构累计水平位移最大值为48mm（向外海侧）、27mm（向港池侧）。根据加载试验结果，采用码头前侧反压的方式提高该重力式结构的地基承载力。

2修复原则及范围

修复目的：对整个码头破坏段及未破坏段进行修复加固处理，恢复该码头的正常使用功能。

修复标准：在满足原码头设计使用条件的基础上，将港池水深从-5.6m变更为-4.6m，码头顶高程仍为6.0m，码头前沿线向港池侧偏移1m。

3修复方案及说明

3.1 总体方案

该重力式码头修复方案包括对地基部分和结构部分的加固修复措施，主要内容如下：

（1）地基加固修复：包括变形段（含拐角内侧）以及未变形段。

考虑原设计中靠泊船型对港池水深的要求（港池底高程不高于-4.6m），在变形段（K0+338至K0+468）推荐采用铁矿石混凝土替代试验中的反压砂，从而实现既保证反压重量、又降低反压高度的目的;该方案相对简单，无需再采用深层水泥搅拌等处理措施。

对于未变形段（码头泊位范围为K0+468至K0+628/码头全长为K0+468至K0+738）建议采用加载试验验证码头稳定性：在码头前侧少量反压，采用块石回填码头前沿沟槽;在码头顶面施加25～30kPa的堆载，分为2～3次加载，每级加载10～15kPa。

加载期间对码头及防波堤结构的水平位移、沉降进行持续观测，每周观测次数不小于2次，每次观测尽量选取同一水位（如潮位2m）进行观测。待每级加载稳定后方可施加下一级荷载，加载间隔不小于24h。通过加载试验可以对未变形段地基进行预固结处理，可有效降低使用期码头沉降量，提升未变形段码头结构的安全性。

（2）码头顶面找平：包括变形段（含拐角内侧）。

在变形段内（含拐角附近），对六面块体及部分回填料进行开挖、清除;对胸墙结构进行拆除、重新浇筑;回填块石料并重新铺设码头面垫层及六面块体，恢复变形段内码头顶面高程至原设计高程（6m）。

（3）码头前沿线找平：包括變形段（含拐角内侧）以及未变形段。

在变形段内，以水平变形最大处为基准，通过重新浇筑胸墙的方式使得码头前沿线向港池侧偏移1m。

在未变形段内，采用在码头前立面加装预制钢筋砼靠船构件的方式使码头前沿线向港池侧偏移1m，从而达到变形段与未变形段的码头前沿线保持平直。

（4）挡浪墙找平：包括变形段。目前拐角过后第2～6个挡浪墙之间存在错缝，墙顶错缝最大值约为9cm，建议采用凿毛、植筋、局部补浇混凝土的方式，通过增大挡浪墙外观尺寸，修复相邻挡浪墙之间的错缝，使得挡浪墙顶高程达到原设计高度。

3.2变形段（K0+328<含拐角内侧10m>/K0+338至K0+468）

（1）前沿反压。挖除码头前侧加载试验的反压砂及表层地基至-6.2m，在码头变形段（K0+328/338至K0+468）前侧抛级配块石至-6.2m，用以填平码头前沿附近沟槽，然后吊装预制的铁矿石混凝土块，形成反压层（见图3）。反压区域顶宽为17m，长度约为130m，顶高程为-4.6m。为了避免铁矿石与海水反应导致铁离子等元素析出，预制铁矿石混凝土块体的保护层厚度不小于10cm。

（2）拆除胸墙。对变形段（K0+328/338至K0+468）内的胸墙进行拆除。同时清除变形段（K0+328/338至K0+468）内码头面层、挖除胸墙后侧的部分回填块石。

（3）重新现浇胸墙（前立面找平）。对码头变形段（K0+328/338至K0+468），重新现浇C30混凝土胸墙并安装橡胶护舷，使得修复后的码头前沿线向港池侧偏移1m。原卸荷板上的水平橡胶护舷变更为竖向橡胶护舷，每组竖向护舷总长3.3m，水平间隔5m。重新现浇胸墙尺寸详见图3。

（4）挡浪墙找平。采用凿毛、植筋、局部补浇混凝土的方式，通过增大挡浪墙外观尺寸，修复相邻挡浪墙之间的错缝，使得挡浪墙顶高程达到原设计高度。

（5）裂缝修补。根据需要，对码头结构、挡浪墙结构上宽度为0.2-0.3mm的裂缝，采用封闭方法对裂缝进行修补;对宽度大于0.3mm的裂缝或贯穿裂缝，采用化学灌浆法进行修补。

3.3未变形段（K0+468至K0+628<码头泊位范围>/K0+738<码头全长>）

（1）前沿反压。在码头未变形段前沿少量反压，即抛填块石至-6.2m，用以填平码头前沿附近沟槽。

（2）拆除胸墙。对未变形段（码头泊位范围K0+468至K0+628）内的胸墙进行拆除。同时清除未形段内码头面层、挖除胸墙后侧的部分回填块石。在胸墙拆除施工过程中，需注意对原码头电缆管线的保护。

（3）重新现浇胸墙（前立面找平）。对码头未变形段（码头泊位范围K0+468至K0+628），重新现浇C30混凝土胸墙并安装橡胶护舷，使得修复后的码头前沿线向港池侧偏移1m。原卸荷板上的水平橡胶护舷变更为竖向橡胶护舷，每组竖向护舷总长4.5m，水平间隔5m。重新现浇胸墙尺寸详见施工图。

4结语

迄今为止，软基上的重力式码头建设依然是一项严重依赖工程经验、缺乏明确行业规范指导的任务。一方面，软土地基上重力式结构的失稳破坏机制不同于坐于刚性地基之上的重力式结构，譬如：抛石基床与软土之间的水平滑动破坏机理更为复杂，结构倾覆转动点位置也不再是前趾点，软粘土地基在循环荷载作用下承载力的弱化机理以及砂土在振动荷载作用下的液化问题都是需要不断持续深入研究的问题等。另一方面，现有的行业规范中缺乏对软基上的重力式结构的具体设计方法。因此，近些年来国内不断出现软粘土地基上重力式结构破坏的案例。

本工程虽然建设规模不大，但从地质条件看，基床下卧地基有软粘土、砂混泥、中砂等，地质条件十分复杂。这些都增加了设计难度，现有的行业规范中缺乏对此类工程的具体规定与指导。本工程以及近些年来国内不断出现软粘土地基上重力式结构破坏的案例，也更加说明亟需完善和補充规范中关于软基上重力式结构的设计方法。

参考文献：

[1]孙强宝.淤泥质软基上建造重力式码头实例[J].海岸工程，1990（01）：40-46.