某重件码头加固修复设计关键技术分析

杨 帅，罗 雷

（中交二航局建筑科技有限公司，湖北 武汉 430040）

引言

随着码头装卸货种的大型化、重型化发展，使用固定桅杆式起重机（也称为桅杆吊）进行作业的码头越来越多。固定桅杆式起重机具有制作简单、装拆方便，起重量较大（可达100 t以上）等优点，一般用于港口码头木材或钢材的装卸作业，特别是吊装大型构件时，这类起重设备更显它的优越性。但固定桅杆式起重机也有其明显缺点：起重半径小、移动困难，需拉设较多的缆风绳，一旦发生事故，将会对码头结构造成严重损伤，且修复难度较大。

武汉阳逻某码头为重件码头，码头上布置1台350 t-33 m固定桅杆式起重机。该码头固定桅杆式起重机向岸侧倾覆，码头结构受损严重。本文通过对码头受损区域加固修复设计中关键技术进行分析，为类似工程问题提供参考。

1 原码头概况

武汉阳逻某码头为1个5 000 t级重件泊位，主要功能为出口重件，码头上布置1台350 t-33 m固定桅杆式起重机。该码头结构型式为高桩墩台结构，江侧布置桅杆吊前墩台（江侧墩台），通过42 m长的钢横撑结构段与桅杆吊后墩台（岸侧墩台）连接。江侧墩台尺寸为35.0 m×23.7 m，岸侧墩台尺寸为16.0 m×12.0 m。

桅杆吊江侧墩台的排架间距5.0 m，每排设置6根Φ1 000δ16预制芯柱嵌岩钢管桩，岸侧墩台尺度为16.0 m×12.0 m，墩台基础布置9根Φ1 200钻孔灌注桩。前墩台与后墩台通过2根Φ1 000×16的水平钢横撑连接，钢横撑下部设置三榀排架，排架间距10.5 m，每榀排架设置两根Φ1 000钻孔灌注桩。原码头结构平面和码头结构剖面如图1和图2所示。

图1 原码头结构平面

图2 原码头结构剖面

2 码头受损检测主要结论

2.1 江侧墩台

受桅杆吊倒落影响，江测墩台两个臂架下铰点基座处出现混凝土破损 7处，破损面积共计28 800 cm2，经去除基座预埋钢板后混凝土仍存在混凝土破损、裂缝现象。

对桅杆吊臂架下铰点基座处混凝土进行钻芯检测，结果显示自钻孔顶部以下0～30 cm范围内波幅较大，声速基本正常，判定自钻孔顶部以下30 cm范围内存在轻微缺陷。

2.2 钢横撑结构段

受桅杆吊倒落影响，从岸侧到江侧第1榀排架和第2榀排架的4根灌注桩中，每根灌注桩均出现约10条环向裂缝，最大裂缝宽度4.2 mm。对4根灌注桩外观缺陷以下部位进行低应变完整性检测，其中Ⅱ类3根、Ⅲ类1根，未发现Ⅰ类、Ⅳ类。从岸侧到江侧第2榀排架上游侧灌注桩为Ⅲ类桩。

从岸侧到江侧第2榀盖梁12处混凝土破损，破损面积共计21 550 cm2，且存在2处混凝土内部不密实和空洞，面积合计2 600 cm2；从岸侧到江侧第1榀盖梁在可视范围内共出现29处裂缝（竖向、横向、斜向、环向），最大裂缝宽度6.47 mm，破损胀裂5处，共计12 709 cm2，且存在8处混凝土内部不密实和空洞，面积合计12 800 cm2。

对钢横撑进行外观检测，钢横撑未发现变形及裂缝，仅端部焊接部位锈蚀严重。

2.3 岸侧墩台

江侧距上游5～10 m混凝土表面破损4处，破损总体积为7.85 m³，且存在露筋现象，总长度为L1=3 100 cm。

3 码头维修加固设计

桅杆吊臂架下铰点基座是受力最大、最复杂的基座，从检测报告中可知，该码头桅杆吊臂架下铰点基座处受损严重、且预埋钢板被切除，故如何修复桅杆吊复臂架下铰点基座是本项目的一个关键点。

钢横撑结构段的作用在于抵抗桅杆吊作业时产生的水平力，从检测报告中可知，钢横撑结构段盖梁及桩基受损严重，且其中1根桩为Ⅲ类桩，故如何修复钢横撑结构段盖梁及桩基是本项目的另一个关键点。

同时，由于原桅杆吊受损严重，故业主决定采购新桅杆吊（WGD 350 t/150 t-35 m固定桅杆式起重机），与原桅杆吊相比，新桅杆吊各基座荷载均发生一定变化，这进一步增加了修复难度。

3.1 臂架下铰点基座修复方案[1-4]

传统的基座修复方法是开挖基座处混凝土基础，重新预埋锚固螺栓、钢板及浇筑混凝土，不仅修复难度较大，而且施工周期长、工程造价高，尤其在高桩码头上开挖并重新浇筑时，由于高桩墩台结构下部为镂空结构，上部为大体积混凝土，开挖难度更大，且重新浇筑后整体性较差，更增加了修复难度。

与原桅杆吊相比，新桅杆吊臂架下铰点基座荷载变化较大，且在检测过程中，基座预埋钢板被切除。为解决传统基座修复方法在高桩码头基座修复应用中的难题，本项目臂架下铰点基座修复采取的技术方案为：切除原预埋钢板，检测基座处基础混凝土损伤程度，凿除受损及存在裂缝的混凝土层，利用剩余无损伤的原有基础及原预埋螺栓进行基座修复，铺设钢筋网加强，采用塞焊的方式安装预埋钢板，预埋钢板与混凝土之间空隙采用环氧砂浆密实，基座顶部采用沥青密封。修复方案如图3和图4所示。

图3 臂架下铰点基座修复平面

图4 臂架下铰点基座修复剖面

3.2 钢横撑结构段桩基及盖梁修复[5-6]

传统的修复方式是采用粘贴钢板或碳纤维的方式进行桩基和盖梁的修复，且Ⅲ类桩不可利用，需重新补桩。该码头钢横撑段桩基环向裂缝较多，盖梁破损严重且存在不密实和空洞现象，采用此传统方法修复后，桩基和盖梁修复后承载力均不能有效保证。故本项目钢横撑结构段桩基及盖梁修复方案为：拆除受损盖梁及受损灌注桩，对剩余灌注桩进行检测（如图5所示，检测结果显示剩余桩基均为Ⅰ类桩），利用剩余灌注桩重新浇筑地梁、立柱、盖梁的方式进行修复。修复过程中，为防止桩基拆除过程中，上部钢撑杆没有支撑而对端部接头处造成破坏，故采用钢架和千斤顶支撑起钢撑杆。钢架及千斤顶布置如图6所示，钢横撑结构段修复如图7所示。

图5 4根灌注桩剩余桩基完整性检测结果

图6 钢架及千斤顶布置

图7 钢横撑结构段修复

3.3 桅杆吊增加防后倾装置[7]

为防止桅杆吊发生倾覆，故在桅杆吊设计中考虑增加防后倾装置，包括防后倾拉索和防后倾支撑。在两个臂架下铰点基座附近区域布置两个防后倾拉索，以限制桅杆吊吊臂的最大倾角，同时，在臂架与撑杆之间设置一套防后倾支撑，进一步防止吊臂的最大倾角，以达到防止桅杆吊向后倾覆的双保险措施。桅杆吊新增防后倾装置如图8所示。

图8 桅杆吊新增防后倾装置

3.4 码头承载能力复核[2,8]

由于桅杆吊各基座荷载变化，故需根据新荷载对码头结构整体承载能力进行分析，并对各基座预埋件承载能力进行分析。整体建模如图9所示，计算结果如表2所示。

由表2可知，加固后码头整体结构及加固后桅杆吊臂架下铰点基座均是安全的。

图9 码头结构整体模型

表2 码头结构承载能力核算结果

4 结语

本文依托实际工程项目，提出了桅杆吊臂架下铰点基座及钢横撑结构段修复的新方法，与传统修复方法相比，优势明显，主要结论如下：

1）臂架下铰点基座是桅杆吊受力最大最复杂的一个基座（包括抗拉、抗压、抗剪、抗扭），本修复方法利用原预埋螺栓，并与检测、施工相结合，改变了以往开挖基座混凝土及锚筋、重新浇筑基座基础的传统修复方式，降低了修复难度、节约了造价及修复工期。

2）钢横撑结构段桩基和盖梁的加固方法，破除常规的补桩及粘贴钢板或碳纤维的加固方式，拆除受损盖梁和桩基，对剩余桩基检测，利用剩余桩基浇筑地梁和盖梁。此外，修复过程中分布实施，安装钢架和千斤顶的支撑装置，支撑起钢横撑，防止钢横撑与墩台连接位置受力太大而遭到破坏，保证了钢横撑的结构安全。

3）桅杆吊新增防后倾装置，防止桅杆吊发生倾覆，有效保证了码头的安全使用。

4）与原桅杆吊相比，新桅杆吊各基座荷载均有变化，故根据新荷载对码头整体结构进行复核，以保证码头结构安全。

综上所述，与传统的修复方式相比，该码头桅杆吊臂架下铰点基座和钢横撑结构段修复方法，采用检测、设计、施工相结合的方式，提出了适用于码头上基座修复的新方法，不仅保证了结构安全，而且节约了工期和修复成本。