碼頭受撞后結構安全風險分析

■羅 瑩

（1.福建省交通科學技術研究所;2.福建省公路水運工程重點實驗室，福州 350004）

1 引言

隨著世界經(jīng)濟全球化的不斷發(fā)展，水運在整個物流中占有越來越大的比重，我國港口建設取得了突飛猛進的發(fā)展，為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要貢獻。

在此同時，碼頭的安全性越發(fā)受到重視，碼頭容易受到船舶撞擊、貨物高空脫落、機械設備沖擊等事故發(fā)生損傷，若所建碼頭實際靠泊能力不能滿足設計要求，或船舶作用荷載超過碼頭實際靠泊能力，可能破壞結構的穩(wěn)定性和安全性，甚至導致災難性的后果。損傷程度往往輕重不同，嚴重的會形成高危結構。碼頭嚴重受損事故時有發(fā)生，受其結構自身特點限制，碼頭構件易損壞且難以修復，即受損區(qū)域形成高度危險的結構狀態(tài)，不得在該結構區(qū)域內(nèi)進行作業(yè)或增加任何荷載，否則會發(fā)生進一步的破壞事故。必須對受損區(qū)域進行加固或重新修補等措施恢復其承載力，恢復碼頭結構運營的安全性、可靠性，,以保證港口安全生產(chǎn)，促進港口健康發(fā)展。

本文結合平潭港區(qū)金井作業(yè)區(qū)2#、3#泊位工程實例，為使碼頭處于良好的工作狀態(tài)，維持碼頭的安全運營，對碼頭結構的安全性、使用性、耐久性進行綜合風險分析，對碼頭的安全運行、穩(wěn)定發(fā)展提供有效的技術支持，具有重要的意義。

2 工程概況

福州港平潭港區(qū)金井作業(yè)區(qū)2#、3#泊位工程位于平潭島西南側北厝鎮(zhèn)吉釣村前方海域，金井作業(yè)區(qū)2#泊位：建設20000GT客貨滾裝泊位1個，近期按照2萬噸級多用途泊位配置工藝設備，設計年吞吐量50萬噸（含1萬TEU）；金井作業(yè)區(qū)3#泊位：建設150000GT郵輪泊位1個及相應的配套設施，年設計吞吐量10萬人次，近期按照5萬噸級多用途泊位配置工藝設備，碼頭水工結構按靠泊10萬噸級集裝箱船設計，設計年吞吐量120萬噸；金井作業(yè)區(qū)2#、3#泊位均采用重力式沉箱碼頭結構。

現(xiàn)場事故經(jīng)過：2017年9月25日09時23分左右，某船在?？坎催^程中，因風流壓太急，造成船頭球鼻碰上碼頭系船柱18#～19#間碼頭前沿，在緊急重新拋錨調(diào)整中，受風流壓影響，于當日09時38分，球鼻首左邊擦到2#、3#泊位間的碼頭角，造成系船柱18#～19#間被頂處胸墻混凝土刮擦破損，一處SUC1450兩鼓一板橡膠護舷下部斷裂，DA-A400H豎向橡膠護舷斷裂。

3 檢測內(nèi)容及數(shù)據(jù)分析

3.1 外觀檢查

碼頭構件外觀檢查主要是通過現(xiàn)場的一些調(diào)查了解碼頭結構目前的狀況，包括收集設計資料、了解施工情況和使用情況，檢查結構的外觀、變形和位移，掌握結構外觀特征，觀察缺陷及缺陷所在的位置，為進一步的檢測提供基礎技術資料。重力式碼頭結構的外觀檢查分為水上構件外觀檢查和水下構件外觀檢查。

3.1.1 水上構件外觀檢查

為便于表述及理解，在參考現(xiàn)有設計圖紙的基礎上，本次檢測對碼頭構件編號及觀測視角進行了相應約定，碼頭水上與水下構件外觀檢查區(qū)域劃分如圖1，碼頭平面布置如圖2，立面布置如圖3所示。

對水上部分構件外觀損傷情況進行檢查，采用目眼觀察、讀數(shù)顯微鏡、照相實拍等手段對碼頭胸墻等主要構件進行外觀檢查，對存在表面缺陷（裂縫、露筋、混凝土剝離脫落等）、外觀破損、腐蝕等現(xiàn)象的構件重點進行描述并予以統(tǒng)計，用鋼卷尺測量缺陷尺寸，用裂縫綜合測試儀測量裂縫寬度，記錄缺陷位置。碼頭水上構件外觀檢查結果如表1所示。由表1可知，碼頭胸墻XQ7及2#、3#交叉角位置表面砼輕微刮擦破損，18#系船柱對應位置兩鼓一板橡膠護舷破損嚴重，其他位置橡膠護舷不同程度破損，護輪坎整體完好。

圖1 碼頭檢查區(qū)域圖

圖2 碼頭平面圖

圖3 碼頭立面圖

表1 碼頭水上構件外觀檢查結果

3.1.2 水下構件外觀檢查

水下結構主要指沉箱結構，采用潛水員水下探摸結合水下錄像的方法進行對沉箱外壁及沉箱底部進行詳細的檢查，確定沉箱結構是否損害、傾斜及損壞部位的位置尺寸，并對沉箱間隙及相對錯位進行測量，對損壞、裂縫、表面剝落等情況進行檢查、測量、拍照。

碼頭沉箱外壁及底部經(jīng)潛水員逐個仔細目視與手感探摸檢查，確認碼頭沉箱外壁混凝土結構完好，表面較平整，有海生物附著。沉箱底部基本都已被海底淤泥掩埋，沉箱間有3cm至7cm之間的間隙。沒有發(fā)現(xiàn)沉箱表面有明顯破損，底部未發(fā)現(xiàn)沖刷損壞、掏空現(xiàn)象。碼頭水下沉箱檢測平面圖如圖4所示。

圖4 碼頭沉箱檢測平面圖

3.2 碼頭變形變位檢測

在碼頭前沿面向大海各船墩左側向外10cm、護輪坎內(nèi)壁向內(nèi)10cm處設置沉降觀測點（M1～M7），采用水準儀進行觀測（G1～G8）；在碼頭前沿面向大海各船墩左側與護輪坎內(nèi)壁相交角點處設置水平位移觀測點，采用全站儀進行觀測。通過布置監(jiān)測網(wǎng)，設置觀測點，測量各觀測點的高程及水平位移，并向業(yè)主提供相關數(shù)據(jù)，觀測點位布置如圖5、6所示。

圖5 碼頭沉降觀測點位圖

圖6 碼頭水平位移觀測點位圖

3.2.1 沉降觀測

因未提供碼頭高程觀測點，故假定后視點M1為碼頭原設計高程9.50m，由此，碼頭前沿沉降觀測結果如表2所示。由表2可知，碼頭沉降觀測實測值與設計值對比范圍在-1.53cm～2.57cm之間，最大差異沉降為M3與M7的4.10cm。

表2 碼頭沉降觀測結果

3.2.2 水平位移觀測

碼頭前沿水平位移觀測結果如表3所示。由表3可知，碼頭前沿水平位移觀測實測值與設計值對比偏差范圍在0.39cm～1.95cm之間，最大偏差值為點G5的1.95cm。

表3 碼頭前沿水平位移觀測結果

3.3 砼構件強度檢測

通過使用回彈儀及碳化深度尺對碼頭胸墻構件進行混凝土強度檢測，確定各種構件的混凝土強度是否與原設計強度相符。按照《水運工程混凝土結構實體檢測技術規(guī)程》（JTS 239-2015）規(guī)定進行單個構件判定，檢測結果碼頭胸墻混凝土強度推定值大于設計強度等級，判定為合格。

3.4 砼構件碳化深度檢測

本碼頭設計高水位+6.83m，設計低潮位+0.54m，依照《水運工程混凝土施工規(guī)范》中對混凝土部位劃分的規(guī)定，將待測構件所處區(qū)域劃分成大氣區(qū)、浪濺區(qū)和水位變動區(qū)。按港工設計水位取+8.33m高程以上為大氣區(qū)，+5.83m高程以上至+8.33m高程范圍為浪濺區(qū)，-0.54m高程以上至+5.83m高程范圍為水位變動區(qū)，具體分區(qū)如圖7所示。

圖7 碼頭混凝土部位劃分圖

碳化深度值的測量依據(jù)現(xiàn)場具體情況，在選取的代表性測區(qū)上進行，測點數(shù)為3個，并分布在不同測區(qū)。混凝土碳化深度值在每個測點（測區(qū)）測量3次，每次讀數(shù)精確至0.25mm，取其平均值為一個測點（測區(qū)）的碳化深度值，并精確至0.5mm。所有測點的碳化值的平均值為該樣本每測區(qū)的碳化深度值，測的結果水位變動區(qū)胸墻的碳化深度測定值為1.0mm～1.5mm。

3.5 砼構件保護層厚度檢測

采用鋼筋保護層厚度測定儀對碼頭胸墻的鋼筋保護層厚度進行檢測。在不同構件上選取具有代表性的區(qū)域，利用鋼筋保護層厚度測定儀先確定各個構件受力主筋的位置，然后測定鋼筋保護層厚度，確定鋼筋保護層厚度是否滿足規(guī)范要求。

由于鋼筋在混凝土結構中屬于隱蔽工程，在不同構件上選取不少于3個具有代表性的測區(qū)，每個測區(qū)至少包含6根主筋,每根鋼筋選取3個測點，利用鋼筋保護層厚度測定儀先確定各個構件受力主筋的位置，然后測定鋼筋保護層厚度。

根據(jù)《水運工程混凝土結構實體檢測技術規(guī)程》相關規(guī)定，胸墻受力鋼筋保護層厚度允許偏差為-5～+15mm。當保護層厚度負偏差大于允許負偏差的1.5倍時，保護層厚度判為初步不合格；當保護層厚度負偏差不大于允許負偏差的1.5倍時，通過保護層厚度合格點率進行判定。

由表4可知，碼頭胸墻保護層厚度合格點率不小于80%，達到規(guī)范要求，判定為合格。

表4 碼頭胸墻鋼筋保護層厚度測定結果匯總表

3.6 砼構件鋼筋銹蝕電位檢測

砼構件鋼筋銹蝕情況利用半電池電位法進行檢測，該法利用混凝土中鋼筋銹蝕的電化學反應引起的電位變化來測定鋼筋銹蝕狀態(tài)。依據(jù)外觀檢查結果在各構件上選取100cm×100cm鋼筋銹蝕概率較高的區(qū)域進行檢測,構件表面以網(wǎng)格形式布置測點，測點縱、橫向間距為20cm，共計36個，測點布設詳見圖8。

半電池電位法測試依據(jù)現(xiàn)行行業(yè)標準 《水運工程混凝土結構實體檢測技術規(guī)程》（JTS 239-2015）有關規(guī)定，在碼頭大氣區(qū)、浪濺區(qū)和水位變動區(qū)抽取構件進行鋼筋銹蝕電位檢測，檢測環(huán)境溫度為20℃。

區(qū)域發(fā)生鋼筋銹蝕概率的判定根據(jù) 《水運工程混凝土結構實體檢測技術規(guī)程》（JTS 239-2015）第7.2.5條的規(guī)定，判定標準見表5。水位變動區(qū)胸墻鋼筋銹蝕電位測試結果見表6。

圖8 鋼筋銹蝕電位測點布設圖

表5 區(qū)域發(fā)生鋼筋銹蝕概率

表6 水位變動區(qū)胸墻鋼筋銹蝕電位測試統(tǒng)計結果

3.7 鋼軌檢測

利用水準儀對鋼軌同一斷面左右側高程進行測量，測量同個斷面鋼軌的高程差值。以碼頭面沉降觀測點M1為后視點，鋼軌高程的測量結果同斷面軌道高程差值范圍在 2.75cm～6.15cm，最大差值為 H5與 A5之間的6.15cm。鋼軌測點布置如圖9所示。

圖9 鋼軌測點布置圖

4 結論

本文以福州港平潭港區(qū)金井作業(yè)區(qū)2#、3#泊位工程為背景，進行受損專項檢查與檢測，可以得到如下結論：

（1）經(jīng)水上結構外觀檢查，結果表明碼頭胸墻XQ7及2#、3#交叉角位置胸墻表面砼輕微刮擦破損，18#系船柱對應位置兩鼓一板橡膠護舷破損嚴重，18#系船柱位置下部豎向橡膠護舷破損脫落，護輪坎整體完好。

（2）經(jīng)水下探摸檢查，結果表明該碼頭沉箱外壁混凝土結構完好，表面較平整，有海生物附著。沉箱底部基本都已被海底淤泥掩埋，沉箱間有3cm至7cm之間的間隙。沒有發(fā)現(xiàn)沉箱表面有明顯破損，底部未發(fā)現(xiàn)沖刷損壞、掏空現(xiàn)象。

（3）經(jīng)碼頭變形變位檢測，碼頭沉降觀測實測值與設計值對比范圍在-1.53cm～2.57cm之間，最大差異沉降為M3與M7的4.10cm；碼頭前沿水平位移觀測實測值與設計值對比偏差范圍在0.39cm～1.95cm之間，最大偏差值為點G5的1.95cm。

（4）經(jīng)構件混凝土強度檢測，結果表明碼頭胸墻混凝土強度推定值大于設計強度等級，判定為合格。

（5）經(jīng)構件混凝土碳化深度檢測，結果表明水位變動區(qū)胸墻的碳化深度測定值為1.0mm～1.5mm。

（6）經(jīng)構件鋼筋保護層厚度檢測，結果表明碼頭碼頭胸墻保護層厚度合格點率不小于80%，達到規(guī)范要求，判定為合格。

（7）經(jīng)構件鋼筋銹蝕電位檢測，結果表明碼頭位于水位變動區(qū)胸墻鋼筋銹蝕電位實測值均大于-200mV，胸墻發(fā)生鋼筋銹蝕的概率小于10%。

（8）經(jīng)碼頭鋼軌檢測，結果表明同斷面軌道高程差值范圍在2.75cm～6.15cm，最大差值為H5與A5之間的6.15cm。

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[4]中華人民共和國交通運輸部.JTS 239-2015,水運工程混凝土結構實體檢測技術規(guī)程.2015.5.1

[5]JTJ 302-2006,港口水工建筑物檢測與評估技術規(guī)范.北京：人民交通出版社,2007.5.1.