港口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

韓 亮

（河北港口集團有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計要點

按照ISO2394 標(biāo)準(zhǔn)的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)將從結(jié)構(gòu)施工至后續(xù)服務(wù)中的環(huán)境條件因素納入設(shè)計考慮之中。結(jié)構(gòu)的任何一個狀況都能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)所處的狀態(tài)，為降低表征結(jié)構(gòu)失效后的安全問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)結(jié)合具體情況，考慮相應(yīng)的變量設(shè)計和可靠度驗算等方法。結(jié)合工程實例分析，得出以下結(jié)論：1） 在正常使用情況下，港口碼頭工程結(jié)構(gòu)的持久性與服務(wù)年限具有關(guān)聯(lián)性；2） 港口碼頭工程結(jié)構(gòu)包括短暫狀態(tài)和異常狀態(tài)。短暫狀態(tài)如港口碼頭工程結(jié)構(gòu)的短期維護中結(jié)構(gòu)暴露或使用。異常狀態(tài)是港口碼頭營運過程中常見的問題，發(fā)生事故的概率相對較低。結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限與設(shè)計狀況有關(guān)。短暫狀態(tài)下可以按照極限承載力設(shè)計的方式，異常狀態(tài)下應(yīng)按照正常使用的方式進行設(shè)計。港口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計策略應(yīng)考慮以下4 個方面的因素，以確保港口碼頭工程結(jié)構(gòu)的安全性。

1.1 結(jié)構(gòu)功能的可靠性

港口碼頭工程結(jié)構(gòu)功能的可靠性應(yīng)達到以下標(biāo)準(zhǔn)：1）能安全承受碼頭施工期間和碼頭使用期間可能出現(xiàn)的各種作用力；2） 正常營運狀態(tài)下，通過維護作業(yè)可保證結(jié)構(gòu)的可靠性；3） 正常營運狀態(tài)下，碼頭結(jié)構(gòu)應(yīng)具備良好耐久性；4） 事故發(fā)生時，碼頭結(jié)構(gòu)應(yīng)保持穩(wěn)定，不至于損壞。結(jié)構(gòu)的可靠性可用可靠度進行描述，上述功能中（2） （3） 項為可靠度描述。結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過軟件模擬對結(jié)構(gòu)可靠度進行分析。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)確保承載能力，尤其是極限承載能力必須符合標(biāo)準(zhǔn)，以使結(jié)構(gòu)在極限狀態(tài)下能夠正常使用而不發(fā)生損壞，從而保證結(jié)構(gòu)功能的可靠性。

1.2 合理的服務(wù)年限

港口碼頭工程在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重視其服務(wù)年限的設(shè)計。服務(wù)年限的長短與結(jié)構(gòu)可靠性和安全性直接相關(guān)。我國在對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)的質(zhì)量控制中，針對行業(yè)內(nèi)沒有明確的設(shè)計服務(wù)年限規(guī)定的情況，明確要求在設(shè)計文件中標(biāo)注服務(wù)年限，以保證結(jié)構(gòu)的安全性、適用性和耐久性等在服務(wù)年限內(nèi)符合要求。港口碼頭環(huán)境復(fù)雜，對結(jié)構(gòu)的耐久性影響較大，在設(shè)計中必須考慮結(jié)構(gòu)耐久性。實例中的港口碼頭將服務(wù)年限設(shè)定為50年，并采取相關(guān)防腐措施以增強結(jié)構(gòu)的耐久性，保證其在港口服務(wù)年限內(nèi)的可靠性。

1.3 結(jié)構(gòu)功能的耐久性

航運業(yè)的發(fā)展對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求。為滿足船舶大型化和專業(yè)化的需求，需要不斷對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化和改進。在重力式碼頭設(shè)計上，采用開孔消浪沉箱和大直徑薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等型式，并輔以爆炸夯實基礎(chǔ)的新技術(shù)；在防波堤和導(dǎo)堤設(shè)計上，將新材料應(yīng)用于斜坡堤的護面塊體、寬肩臺式拋石堤等處，以保護堤壩的生態(tài)環(huán)境。港口碼頭在運營過程中，對碼頭工程結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生影響的因素主要是荷載和自然環(huán)境等，如果不能有效控制這些因素，則會對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。荷載對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生直接影響；自然環(huán)境對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)的耐久性產(chǎn)生直接影響。自然環(huán)境因素對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)造成侵蝕損壞的過程極其緩慢而不易察覺，如果在港口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時忽視自然環(huán)境因素，則會產(chǎn)生安全隱患。耐久性設(shè)計的目的是增強結(jié)構(gòu)的可靠性，避免在服務(wù)年限內(nèi)在結(jié)構(gòu)功能可靠性方面出現(xiàn)問題。海洋環(huán)境中的海水、大氣中所富含的鹽類物質(zhì)對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)具有明顯的腐蝕作用，影響結(jié)構(gòu)的可靠性，最終使結(jié)構(gòu)耐久性降低，產(chǎn)生安全隱患?；炷两Y(jié)構(gòu)是港口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中常采用的結(jié)構(gòu)，也是容易發(fā)生結(jié)構(gòu)功能耐久性問題的部分。以混凝土結(jié)構(gòu)功能耐久性為例，設(shè)計方案見圖1。

在海洋環(huán)境中，混凝土結(jié)構(gòu)不同部位受侵蝕情況見圖2。

圖1 混凝土結(jié)構(gòu)功能耐久性設(shè)計方案

圖2 混凝土結(jié)構(gòu)不同部位受侵蝕情況

可通過采用高性能混凝土等措施最大限度增強混凝土結(jié)構(gòu)本身質(zhì)量，以混凝土低滲透性減輕環(huán)境介質(zhì)侵蝕，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。高性能混凝土的應(yīng)用見表1。

表1 高性能混凝土的應(yīng)用

鋼筋結(jié)構(gòu)易受到腐蝕，補充隔離保護措施有：1） 涂施保護層，即預(yù)先處理混凝土表面，清除表面雜物，按照規(guī)范均勻涂施底漆，然后進行膩子、中涂、面涂等施工；2） 外加電源或犧牲陽極陰極保護法，配合電化學(xué)法和物理方法。影響港口碼頭工程結(jié)構(gòu)耐久性的其他因素還包括施工材料、施工過程、施工質(zhì)量等，如果未采取全面的質(zhì)量控制措施，也會產(chǎn)生安全隱患。為實現(xiàn)港口碼頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)對港口碼頭工程結(jié)構(gòu)耐久度的控制，應(yīng)綜合考慮上述多種因素。

1.4 工程結(jié)構(gòu)加固設(shè)計

在港口碼頭工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)注重結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計，以避免碼頭在運營過程中出現(xiàn)結(jié)構(gòu)不堅固的問題，綜合提升結(jié)構(gòu)可靠性。實例工程結(jié)構(gòu)選用施工簡單、物理力學(xué)性能良好的碳纖維布加固方式。碳纖維布加固是使用黏合劑將碳纖維布粘貼于塑性較強的鋼筋上，充分發(fā)揮碳纖維布的高強性能優(yōu)勢，達到加固的目的。

2 結(jié)語

為了能夠不斷提高港口工程施工建設(shè)的綜合水準(zhǔn)，就需港口工程建設(shè)者提高對碼頭結(jié)構(gòu)的重視程度，結(jié)合實際的施工建設(shè)要求及情況，科學(xué)地運用新型的碼頭結(jié)構(gòu)，以便更好地提升碼頭結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保港口工程高質(zhì)量竣工，為我國海上運輸業(yè)提供更為便利的基礎(chǔ)設(shè)施條件。