码头桩基装配式防腐修复平台开发及应用

张文锋，杨太年，肖冠，陈韬，刘凯，李云飞

（1.中交天津港湾工程研究院有限公司，天津港湾工程质量检测中心有限公司，天津 300222；2.中交第一航务工程局有限公司，天津 300461；3.天津市水下隧道建设与运维技术企业重点实验室，天津 300461；4.广东大鹏液化天然气有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

高桩码头由于长期服役于严酷的海洋环境下，码头桩基会遭到腐蚀破坏，对码头整体结构造成不利影响。为确保码头桩基（如钢管桩等）的耐久性，通常会采用必要的防腐措施[1-2]，其中涂层保护使用最为普遍。当涂层在海洋环境下服役时，受紫外线、盐雾、海水、漂浮物撞击等因素影响，常会出现局部过早腐蚀破坏[3]。涂层局部破损一旦出现，在海洋环境作用下，破损区域会逐步扩大，造成更大面积的破坏[4]。因此，应尽早对涂层破损部位进行修复，以延缓或抑制腐蚀破坏的进一步发展。

码头桩基涂层的传统修复工艺常采用搭设脚手架或吊篮，并辅以船舶进行施工。然而，搭设及拆卸脚手架或吊篮工序较繁杂，效率低，成本高，作业平台舒适度较差，且在脚手架平台上邻边作业存在危险性。为此，有必要开发新型防腐修复工艺以克服传统工艺的不足。本文在专利技术[5]基础上，依托南方某码头防腐修复工程，开发并应用了一种码头桩基装配式防腐修复平台（简称“修复平台”）。

1 工程概况

南方某高桩码头共有直径1 000 mm的钢管桩249根，其中工作平台和引桥139根、靠船墩56根和系缆墩54根。维护检测发现，码头钢管桩存在涂层局部破损及腐蚀情况，亟待防腐修复。工作平台和引桥底部距设计高水位最大可达7 m以上，按传统修复工艺需采用脚手架或吊篮辅以船舶施工；而系缆墩和靠船墩底部距设计高水位最小仅1.2 m左右，桩间距最小仅为2 m左右，传统施工船舶很难进入墩台下部，且作业空间有限，无法提供有效施工平台。传统修复工艺难以满足现场施工条件和业主单位相关要求。为此，开发了一种适合规模化和标准化的修复平台，以实现码头桩基经济高效、安全舒适的防腐修复。

2 修复平台结构

修复平台由水上浮动平台（简称“浮动平台”）和抱箍托架平台（简称“托架平台”）构成。浮动平台由浮筒组装而成，代替施工船作为水面作业平台；托架平台由上下抱箍、三角支承架、脚踏板、梯子和栏杆等组件构成，代替脚手架或吊篮作为水上作业平台。本工程码头墩台下部作业空间有限，采用浮动平台施工；工作平台和引桥桩顶距水面较高，仅用浮动平台无法达到钢管桩较高部位实施修复作业，因此联合使用浮动平台和托架平台施工。

图1为修复平台结构示意图。

图1 修复平台结构示意图Fig.1 Structure schematic diagram for the anticorrosion repair platform

3 修复平台设计及安全性能评估

3.1 水上浮动平台

3.1.1 组件及设计

浮动平台由浮筒组装而成，见图2。浮筒材质为高密度聚乙烯，表面使用防滑花纹，四角采用圆弧钝角造型，规格为50 cm伊50 cm伊40 cm，重量为（7依0.3）kg/个。安全使用时，吃水深度为15~20 cm，承重臆150 kg/m2，水面风浪应小于5级。实际应用时，根据钢管桩间距及布局确定浮动平台尺寸及组装方案，并预留钢管桩空隙。

图2 装配式水上浮动平台Fig.2 Prefabricated floating platform

假定有1根钢管桩位于浮动平台中心位置，根据浮筒规格及安全使用条件，拟采用80个浮筒组成8伊10（4 m伊5 m）的浮动平台，因钢管桩直径为1 000 mm，故需在中心位置预留2伊2（1 m伊1 m）的空隙，即有2伊2个浮筒不安装（见图2）。

3.1.2 安全性能评估

据上述案例，浮动平台组装完成后实际承载面积约18 m2，安全使用时承重臆150 kg/m2，因此最大承重为2 700 kg。通常而言，浮动平台运行时承载8人左右，按每人重80 kg计；浮筒共76个，每个按7.3 kg计；同时放置物品、工具等600 kg左右。求和计算可得，浮动平台载重后约1 800 kg，小于最大承重2 700 kg。因此，浮力满足使用要求。浮筒组合在水面风浪5级内可安全使用，本工程规定在3级及以下风浪条件下施工，满足使用要求。

浮动平台长5 m，宽4 m，载重后约1 800 kg。根据浮游稳定性计算过程[6]，得到浮动平台惯性矩为（5伊43-1伊13）/12=26.6 m4，浮动平台排水体积约为1.8 m3，吃水深度约为0.1 m，定倾半径为26.6/1.8=14.8 m。浮动平台浮心约为0.05 m，若假定浮动平台载重后重心在1.5 m（实际会更低），则浮心到重心的距离约为1.5 m，故定倾高度为14.8-1.5=13.5 m，远大于0.2 m[6]，因此浮动平台稳定性满足要求。

3.2 抱箍托架平台

托架平台由上下抱箍、三角支承架、脚踏板、梯子和栏杆等组件构成，见图2。

3.2.1 上下抱箍

上下抱箍均由2块带法兰的半圆形钢板构成，直径与钢管桩匹配，并通过4套M18高强螺栓副和法兰固定在钢管桩上。上抱箍钢板厚10 mm，宽100 mm；下抱箍钢板厚5 mm，宽50 mm。上抱箍对称设置插槽，用于插入三角支承架上部插杆实现连接。下抱箍相应位置竖向焊接带螺栓孔的耳板，通过螺栓固定三角支承架下部。上下抱箍安装在钢管桩上时，其径向平面与钢管桩轴向垂直。

3.2.2 三角支承架

三角支承架主体结构由水平撑、斜支撑和竖支撑按一定角度焊接组成，用于支承脚踏板。水平撑采用槽钢[63 mm伊40 mm伊4.8 mm，斜支撑和竖支撑采用等边角钢蚁40 mm伊5 mm。三角支承架边缘焊有插孔，用于插入栏杆竖向固定杆实现连接。直桩和斜桩与水平面夹角不同，为使脚踏板处于水平状态，需根据钢管桩与水平面夹角确定三角支承架水平撑和竖支撑间的角度。

3.2.3 脚踏板

脚踏板为4个扇形结构，由外圈支撑、内圈支撑、加强筋和连接锁扣等构成，用于承载施工人员、材料和器具等。扇形结构间采用工业搭扣锁定，防止脱落。脚踏板面板为碳钢钢板网，厚度3 mm，孔径4 cm伊4 cm。

3.2.4 栏杆

栏杆由竖向固定杆、围栏撑和防护网等组件组成，用于防止施工人员跌落。竖向固定杆采用φ32 mm伊3 mm镀锌钢管，围栏撑采用φ25 mm伊3 mm镀锌钢管，防护网采用尼龙网。竖向固定杆和围栏撑采用插销式连接，防护网绑扎固定在竖向固定杆和围栏撑的相应位置。

3.2.5 梯子

上、下层平台（含托架平台和浮动平台）间采用外挂梯子的方式通行，梯子与托架平台使用工业搭扣锁定。

3.2.6 防腐处理

抱箍和三角支承架采用未涂装钢材，其他组件采用镀锌钢材。未涂装钢材在工厂实施涂层防腐，表面喷砂除锈后，涂装底漆—中间漆—面漆3道涂层，干膜厚度不小于150滋m。施工过程中若发现抱箍平台存在腐蚀情况，应及时处理。

3.2.7 抱箍托架平台安全性能评估

托架平台安全性能评估时，设置荷载组合为1.20伊恒载（0.4 kN/m2）+1.40伊活载（2.5 kN/m2）。托架平台材质为碳钢，弹性模量2.06伊105N/mm2，泊松比0.30，线膨胀系数1.20伊10-5，质量密度7 850 kg/m3。根据相关标准规范[7]进行验算，各验算单元的强度、整体稳定、应力比、长细比等均满足要求。结果表明，托架平台结构能够满足承载力计算要求，应力比最大值为0.93。因此，托架平台的承载能力满足要求。

3.2.8 抱箍托架平台承载能力试验

为验证托架平台可行性，在陆地上进行了承载能力试验。首先按照设计制作托架平台各组件，用钢管模拟钢管桩，并在钢管表面洒水模拟码头钢管桩的湿润状态。然后，依次安装上抱箍、三角支承架、下抱箍、脚踏板、围栏、防护网等组件，实现托架平台在钢管上的组装，同时测量记录抱箍底部标高并标记。待平台准备完毕后，用重物模拟承载试验。重物先放置于平台一侧，模拟3人在钢管桩同侧施工的状态，实际承重342 kg。随后再次加载，将同样重量的重物对称放置于平台另一侧，实际承重684 kg。结果表明，托架平台未发生滑移，且各组件未发生损伤或破坏，满足使用要求。

4 修复平台工程应用

修复平台施工工艺包括浮动平台施工和托架平台施工。托架平台设置数量根据本工程钢管桩高度确定，距水面较高部位钢管桩设置上、下共2层。托架平台和浮动平台可重复使用，总体数量根据工作量及投入班组确定。施工过程中，按照作业指导书进行防腐修复作业，并做好安全防护工作。图3为多个装配式防腐修复平台协同施工的现场情况。

图3 施工现场Fig.3 Scene for construction

5 BIM技术在修复平台中应用

修复平台开发及应用中使用了BIM技术。首先，根据初步设计尺寸对上下抱箍、三角支承架、脚踏板、梯子和栏杆等组件进行了建模和尺寸优化，同时检验各组件间的安装匹配性，并进一步调整和优化组件尺寸使其满足使用要求。在修复平台开发完成后，通过BIM技术模拟其整体组装过程，进一步调整和优化各组件布局和组装顺序，使各组件安装工序更优、布局更合理。随后基于创建的BIM模型和优化工序，添加时间轴，通过材质渲染输出可视化交底视频。通过BIM技术辅助各组件设计，并模拟修复平台整体安装工序，不仅便于可行性验证和优化调整，而且可减少实物试验，节约资源，并降低开发成本。同时，基于BIM技术制作的可视化交底视频，有助于施工人员理解和掌握施工要点及细节，确保施工质量和施工效率。

6 结语

装配式防腐修复平台在南方某高桩码头钢管桩防腐修复工程得到成功应用。该平台组装方便，拆卸便捷，经济高效，环境适应性较强，适合规模化和标准化施工，显著提高了施工效率，同时保障了施工质量及安全。由于采用该装配式平台及相应的施工工艺，防腐修复工程在保质保量的情况下提前3个月完工，具有良好的经济和社会效益。该平台除用于码头钢管桩防腐修复施工外，还可供跨海大桥、海上风电基础等结构其他类型桩基（如混凝土方桩、PHC管桩等）的类似作业借鉴或使用，具有广阔的应用前景。