談巴基斯坦QICT—2項(xiàng)目鋼拉桿設(shè)計(jì)

冷樂飛+李庭輝

摘 要：通過參與巴基斯坦QICT-2項(xiàng)目設(shè)計(jì)的全過程，對(duì)板樁碼頭鋼拉桿進(jìn)行了全面的研究和了解。文中詳細(xì)介紹了鋼拉桿設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和防腐設(shè)計(jì)等主要步驟，為類似項(xiàng)目提供了參考。

關(guān)鍵詞：板樁碼頭；鋼拉桿；結(jié)構(gòu)計(jì)算；防腐設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：U657.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006—7973（2017）05-0057-03

1 項(xiàng)目概況

巴基斯坦卡西姆港國際集裝箱泊位二期擴(kuò)建工程位于巴基斯坦最大城市卡拉奇市的QASIM港。碼頭前沿岸線長度727m，其中112m作為一期泊位延長段，剩余615m作為二期碼頭前沿線。頂高程+5.2m，港池底標(biāo)高為-16.0m，前墻高度差達(dá)到21.2m。設(shè)計(jì)最大可?？看盀?5000DWT，最小為36000DWT。碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命60年。

目前泊位建設(shè)已經(jīng)完畢，部分岸線已經(jīng)開始正常運(yùn)營。根據(jù)最新的位移觀測數(shù)據(jù)，碼頭結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定。

2 設(shè)計(jì)方案介紹

現(xiàn)場除了表層較薄的淤泥層，地質(zhì)主要是由堅(jiān)硬到非常硬的粘土和軟粘土混砂層構(gòu)成，但是大部分位置在-21.0m～-23.0m范圍內(nèi)有一堅(jiān)硬夾層⑤4和⑥2間歇性和可變帶狀的礫巖，有超過一半的鉆孔中顯示存在有SPT值≥80的土層。

中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司在本工程中擔(dān)任碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)任務(wù)。設(shè)計(jì)組針對(duì)當(dāng)?shù)靥厥獾牡刭|(zhì)情況，參考日本、歐洲等國的板樁設(shè)計(jì)規(guī)范和類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，采用新型鋼管板樁組合體系作為前板樁墻：材質(zhì)Q345Bφ2016mm大直徑鋼管樁和材質(zhì)S355 GP的AZ26高強(qiáng)度鋼板樁交叉組合。鋼管樁與鋼板樁通過焊在鋼管樁兩邊通長的C9鎖口進(jìn)行連接，形成封閉的前板樁墻結(jié)構(gòu)。后軌道梁采用與前墻鋼管樁相同間距的φ1200mm灌注樁作為基礎(chǔ)。后板樁墻采用連續(xù)設(shè)置的預(yù)制混凝土樁。

前板樁墻結(jié)構(gòu)與后板樁墻，利用φ115mm的S550級(jí)高強(qiáng)度鋼拉桿連為一體。每根鋼管樁設(shè)置有兩根鋼拉桿。前后板樁墻間距離為50m，拉桿長度約52m。拉桿在前板樁墻的固定點(diǎn)高程為+1.50m，在后錨樁布置的固定點(diǎn)高程為+0.0m。

碼頭典型設(shè)計(jì)斷面圖如圖1所示：

鋼管板樁組合體系前板樁墻結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示：

3 拉桿材質(zhì)和結(jié)構(gòu)簡圖

鋼拉桿墊板間距為52.6m/套，此拉桿有三個(gè)單向鉸接和兩個(gè)緊張器。單向絞沿豎直平面可以發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，防止因地基沉降、砂石回填等因素使鋼拉桿承受側(cè)向彎矩，確保只承受拉力；每個(gè)緊張器都可以實(shí)現(xiàn)收緊或放松100mm的調(diào)節(jié)，兩個(gè)緊張器可以實(shí)現(xiàn)收緊或放松200mm的調(diào)節(jié)。即使施工過程中造成偏差，可以進(jìn)行彌補(bǔ)，并實(shí)現(xiàn)張緊。在這6段桿體中，兩端與前后板樁墻固定的桿體長度較短，只有約3m，且大部分錨固在板樁墻結(jié)構(gòu)中。這樣的構(gòu)造，不僅給實(shí)際的安裝施工帶來了便利，也更有利于減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

4 設(shè)計(jì)計(jì)算

設(shè)計(jì)計(jì)算以日本海工規(guī)范OCDI第VIII章 5.4.2節(jié)所述為依據(jù)。拉桿的允許拉應(yīng)力應(yīng)小于等于正常狀態(tài)下屈服應(yīng)力的40%或者特殊情況下屈服應(yīng)力的60%。

故拉桿的橫斷面尺寸應(yīng)根據(jù)表5中的標(biāo)準(zhǔn)來確定。

拉桿參數(shù)如下：

鋼材等級(jí)：StE550

抗拉強(qiáng)度：750Mpa

屈服點(diǎn)強(qiáng)度：550Mpa

設(shè)計(jì)直徑：115mm

屈服荷載：≥ 5710 kN

彈性模量：200，000MPa

泊松比：0.30

腐蝕容許半徑：3.0mm

故設(shè)計(jì)計(jì)算中考慮的拉桿直徑為：

拉桿截面積：

拉桿拉力NT由WALLAP軟件建模，在所要求的如下三種狀態(tài)條件下，分別進(jìn)行計(jì)算得出的拉桿內(nèi)力值。

5 拉桿的防腐蝕設(shè)計(jì)

作為板樁碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)成的關(guān)鍵部分，鋼拉桿的放銹蝕問題事關(guān)板樁碼頭整體結(jié)構(gòu)的安全與耐久性， 同樣是設(shè)計(jì)過程中受關(guān)注的焦點(diǎn)問題。所以針對(duì)拉桿的防腐蝕，設(shè)計(jì)組專門進(jìn)行了如下的考慮：

根據(jù)英國海工規(guī)范BS-6349第一冊表22中對(duì)建筑用鋼的腐蝕速率代表值的描述，細(xì)節(jié)如表6：

本項(xiàng)目前板樁墻組合結(jié)構(gòu)采用的C9型鎖口的防水效果好，碼頭后方的海水水位不會(huì)隨外部水位變化。碼頭建成之后，拉桿會(huì)被碎石完全掩埋，接近于表6中的第一種情況。考慮到碎石間的空隙存有海水，故此環(huán)境可以認(rèn)為介于表6第一、二種狀態(tài)之間。按照保守考慮，取每年的腐蝕速度為每年0.08mm。

根據(jù)上述分析，如不考慮涂層的防腐效果，拉桿設(shè)計(jì)中富余的3mm腐蝕容許半徑可以抵抗38年的侵蝕。碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)壽命是60年，故拉桿仍需再提供至少22年的防腐涂層保護(hù)。根據(jù)拉桿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，涂層防腐方案采用如下兩種：

（1） 拉桿桿體的防腐。拉桿桿體的防腐處理是在拉桿廠家進(jìn)行，當(dāng)桿件表面噴砂處理后，進(jìn)行三次刷涂，每次厚度為200μm。防腐層材料為國內(nèi)常規(guī)使用的環(huán)氧重防腐涂層，設(shè)計(jì)涂層厚度為600μm。此涂層設(shè)計(jì)壽命是30年。

（2）張緊器及鉸接的防腐。此區(qū)域采用咨工RH推薦的denso防護(hù)方案。Denso材料普遍應(yīng)用在國外項(xiàng)目中，在國內(nèi)項(xiàng)目中很少見到。Denso方案包括三種材料：底漆，填充膠泥和包裹帶。這樣的組合可以保證此方案對(duì)異型構(gòu)件的防腐效果。Denso材料全部先運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，待拉桿安裝完畢后，現(xiàn)場進(jìn)行施工。此防腐方案的設(shè)計(jì)壽命是30年。

6 總結(jié)

隨著國內(nèi)外鋼管板樁碼頭結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)，鋼拉桿的應(yīng)用也是越發(fā)的普遍。鋼拉桿作為聯(lián)系前后板樁結(jié)構(gòu)的紐帶，在結(jié)構(gòu)中起到了承前啟后的作用。因此，在工程設(shè)計(jì)中需要認(rèn)真計(jì)算、全面考慮，保證結(jié)構(gòu)的可用性和耐久性。

參考文獻(xiàn)：

[1] [Geotechnical Site Investigation Report] Was Published by Marine Geo Solutions Ltd. on September 2007 in Hong Kong

[2] [QICT二期項(xiàng)目地質(zhì)鉆探圖] 中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院2008年10月于廣州出版

[3] BS-6349 Part 1Maritime structure， 2000