福建重力式碼頭修復(fù)加固方案

彭大勇

摘 要：本文通過對某重力式碼頭破壞后的加固修復(fù)，提出在軟土地基上建設(shè)重力式碼頭應(yīng)注意的問題，以便為類似工程設(shè)計(jì)提供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：重力式碼頭;加固修復(fù);軟土地基

中圖分類號：U655.4? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）10-0092-02

1工程概況

該重力式碼頭工程位于福建省南部沿海，東山島蘇尖灣北側(cè)水域。該工程防波堤內(nèi)側(cè)建設(shè)直立式方塊碼頭，泊位總長度290m，包含500噸泊位4個(gè)（見圖1）。建筑物安全等級為二級，設(shè)計(jì)使用年限為50年，該工程于2018年底完成施工。

2019年4月19日，該重力式方塊碼頭局部突然發(fā)生嚴(yán)重的沉降和位移情況（見圖2）。經(jīng)現(xiàn)場檢測，該重力式碼頭結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了以下破壞情況：1）碼頭胸墻向海側(cè)產(chǎn)生較大位移及豎向沉降;2）胸墻分段間存在錯(cuò)縫、移位;3）擋浪墻附近六角塊發(fā)生塌陷、位移，塊體間分離。經(jīng)研究，該重力式碼頭結(jié)構(gòu)破壞的原因主要是由于施工完成期內(nèi)，因土體未完成固結(jié)使地基承載力不足而導(dǎo)致失穩(wěn)破壞。

該重力式碼頭在局部突然發(fā)生位移沉降后，隨著地基軟土固結(jié)過程繼續(xù)產(chǎn)生豎向沉降。截至2020年4月，破壞段內(nèi)碼頭結(jié)構(gòu)最大累計(jì)沉降量為1.05m（卸荷板后側(cè)）、最大累計(jì)水平位移為0.77m（碼頭前沿，向港池側(cè)），破壞段內(nèi)擋浪墻最大累計(jì)沉降量為0.20m、最大累計(jì)水平位移為0.46m（向港池側(cè)）。

為確保該重力式碼頭不再繼續(xù)破壞，恢復(fù)碼頭使用功能，受業(yè)主方委托對該碼頭進(jìn)行了原型加載試驗(yàn)，用以明確結(jié)構(gòu)修復(fù)加固標(biāo)準(zhǔn)。

2020年4月至6月，通過碼頭原型加載試驗(yàn)論證該重力式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。試驗(yàn)條件如下：在試驗(yàn)區(qū)碼頭前側(cè)以拋砂方式形成反壓層，反壓層頂面寬度17m，反壓層頂面高程平均值約為-2.8m，碼頭頂面根據(jù)等效設(shè)計(jì)荷載值進(jìn)行加載。即卸荷板正上方加載40kPa、卸荷板后方至擋浪墻加載50kPa。原型加載試驗(yàn)結(jié)果表明，在預(yù)設(shè)反壓情況下，該重力式結(jié)構(gòu)在等效設(shè)計(jì)荷載作用下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，碼頭結(jié)構(gòu)累計(jì)豎向沉降最大值為28mm、碼頭結(jié)構(gòu)累計(jì)水平位移最大值為48mm（向外海側(cè)）、27mm（向港池側(cè)）。根據(jù)加載試驗(yàn)結(jié)果，采用碼頭前側(cè)反壓的方式提高該重力式結(jié)構(gòu)的地基承載力。

2修復(fù)原則及范圍

修復(fù)目的：對整個(gè)碼頭破壞段及未破壞段進(jìn)行修復(fù)加固處理，恢復(fù)該碼頭的正常使用功能。

修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)：在滿足原碼頭設(shè)計(jì)使用條件的基礎(chǔ)上，將港池水深從-5.6m變更為-4.6m，碼頭頂高程仍為6.0m，碼頭前沿線向港池側(cè)偏移1m。

3修復(fù)方案及說明

3.1 總體方案

該重力式碼頭修復(fù)方案包括對地基部分和結(jié)構(gòu)部分的加固修復(fù)措施，主要內(nèi)容如下：

（1）地基加固修復(fù)：包括變形段（含拐角內(nèi)側(cè)）以及未變形段。

考慮原設(shè)計(jì)中靠泊船型對港池水深的要求（港池底高程不高于-4.6m），在變形段（K0+338至K0+468）推薦采用鐵礦石混凝土替代試驗(yàn)中的反壓砂，從而實(shí)現(xiàn)既保證反壓重量、又降低反壓高度的目的;該方案相對簡單，無需再采用深層水泥攪拌等處理措施。

對于未變形段（碼頭泊位范圍為K0+468至K0+628/碼頭全長為K0+468至K0+738）建議采用加載試驗(yàn)驗(yàn)證碼頭穩(wěn)定性：在碼頭前側(cè)少量反壓，采用塊石回填碼頭前沿溝槽;在碼頭頂面施加25～30kPa的堆載，分為2～3次加載，每級加載10～15kPa。

加載期間對碼頭及防波堤結(jié)構(gòu)的水平位移、沉降進(jìn)行持續(xù)觀測，每周觀測次數(shù)不小于2次，每次觀測盡量選取同一水位（如潮位2m）進(jìn)行觀測。待每級加載穩(wěn)定后方可施加下一級荷載，加載間隔不小于24h。通過加載試驗(yàn)可以對未變形段地基進(jìn)行預(yù)固結(jié)處理，可有效降低使用期碼頭沉降量，提升未變形段碼頭結(jié)構(gòu)的安全性。

（2）碼頭頂面找平：包括變形段（含拐角內(nèi)側(cè)）。

在變形段內(nèi)（含拐角附近），對六面塊體及部分回填料進(jìn)行開挖、清除;對胸墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除、重新澆筑;回填塊石料并重新鋪設(shè)碼頭面墊層及六面塊體，恢復(fù)變形段內(nèi)碼頭頂面高程至原設(shè)計(jì)高程（6m）。

（3）碼頭前沿線找平：包括變形段（含拐角內(nèi)側(cè)）以及未變形段。

在變形段內(nèi)，以水平變形最大處為基準(zhǔn)，通過重新澆筑胸墻的方式使得碼頭前沿線向港池側(cè)偏移1m。

在未變形段內(nèi)，采用在碼頭前立面加裝預(yù)制鋼筋砼靠船構(gòu)件的方式使碼頭前沿線向港池側(cè)偏移1m，從而達(dá)到變形段與未變形段的碼頭前沿線保持平直。

（4）擋浪墻找平：包括變形段。目前拐角過后第2～6個(gè)擋浪墻之間存在錯(cuò)縫，墻頂錯(cuò)縫最大值約為9cm，建議采用鑿毛、植筋、局部補(bǔ)澆混凝土的方式，通過增大擋浪墻外觀尺寸，修復(fù)相鄰擋浪墻之間的錯(cuò)縫，使得擋浪墻頂高程達(dá)到原設(shè)計(jì)高度。

3.2變形段（K0+328<含拐角內(nèi)側(cè)10m>/K0+338至K0+468）

（1）前沿反壓。挖除碼頭前側(cè)加載試驗(yàn)的反壓砂及表層地基至-6.2m，在碼頭變形段（K0+328/338至K0+468）前側(cè)拋級配塊石至-6.2m，用以填平碼頭前沿附近溝槽，然后吊裝預(yù)制的鐵礦石混凝土塊，形成反壓層（見圖3）。反壓區(qū)域頂寬為17m，長度約為130m，頂高程為-4.6m。為了避免鐵礦石與海水反應(yīng)導(dǎo)致鐵離子等元素析出，預(yù)制鐵礦石混凝土塊體的保護(hù)層厚度不小于10cm。

（2）拆除胸墻。對變形段（K0+328/338至K0+468）內(nèi)的胸墻進(jìn)行拆除。同時(shí)清除變形段（K0+328/338至K0+468）內(nèi)碼頭面層、挖除胸墻后側(cè)的部分回填塊石。

（3）重新現(xiàn)澆胸墻（前立面找平）。對碼頭變形段（K0+328/338至K0+468），重新現(xiàn)澆C30混凝土胸墻并安裝橡膠護(hù)舷，使得修復(fù)后的碼頭前沿線向港池側(cè)偏移1m。原卸荷板上的水平橡膠護(hù)舷變更為豎向橡膠護(hù)舷，每組豎向護(hù)舷總長3.3m，水平間隔5m。重新現(xiàn)澆胸墻尺寸詳見圖3。

（4）擋浪墻找平。采用鑿毛、植筋、局部補(bǔ)澆混凝土的方式，通過增大擋浪墻外觀尺寸，修復(fù)相鄰擋浪墻之間的錯(cuò)縫，使得擋浪墻頂高程達(dá)到原設(shè)計(jì)高度。

（5）裂縫修補(bǔ)。根據(jù)需要，對碼頭結(jié)構(gòu)、擋浪墻結(jié)構(gòu)上寬度為0.2-0.3mm的裂縫，采用封閉方法對裂縫進(jìn)行修補(bǔ);對寬度大于0.3mm的裂縫或貫穿裂縫，采用化學(xué)灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)。

3.3未變形段（K0+468至K0+628<碼頭泊位范圍>/K0+738<碼頭全長>）

（1）前沿反壓。在碼頭未變形段前沿少量反壓，即拋填塊石至-6.2m，用以填平碼頭前沿附近溝槽。

（2）拆除胸墻。對未變形段（碼頭泊位范圍K0+468至K0+628）內(nèi)的胸墻進(jìn)行拆除。同時(shí)清除未形段內(nèi)碼頭面層、挖除胸墻后側(cè)的部分回填塊石。在胸墻拆除施工過程中，需注意對原碼頭電纜管線的保護(hù)。

（3）重新現(xiàn)澆胸墻（前立面找平）。對碼頭未變形段（碼頭泊位范圍K0+468至K0+628），重新現(xiàn)澆C30混凝土胸墻并安裝橡膠護(hù)舷，使得修復(fù)后的碼頭前沿線向港池側(cè)偏移1m。原卸荷板上的水平橡膠護(hù)舷變更為豎向橡膠護(hù)舷，每組豎向護(hù)舷總長4.5m，水平間隔5m。重新現(xiàn)澆胸墻尺寸詳見施工圖。

4結(jié)語

迄今為止，軟基上的重力式碼頭建設(shè)依然是一項(xiàng)嚴(yán)重依賴工程經(jīng)驗(yàn)、缺乏明確行業(yè)規(guī)范指導(dǎo)的任務(wù)。一方面，軟土地基上重力式結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞機(jī)制不同于坐于剛性地基之上的重力式結(jié)構(gòu)，譬如：拋石基床與軟土之間的水平滑動破壞機(jī)理更為復(fù)雜，結(jié)構(gòu)傾覆轉(zhuǎn)動點(diǎn)位置也不再是前趾點(diǎn)，軟粘土地基在循環(huán)荷載作用下承載力的弱化機(jī)理以及砂土在振動荷載作用下的液化問題都是需要不斷持續(xù)深入研究的問題等。另一方面，現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范中缺乏對軟基上的重力式結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)方法。因此，近些年來國內(nèi)不斷出現(xiàn)軟粘土地基上重力式結(jié)構(gòu)破壞的案例。

本工程雖然建設(shè)規(guī)模不大，但從地質(zhì)條件看，基床下臥地基有軟粘土、砂混泥、中砂等，地質(zhì)條件十分復(fù)雜。這些都增加了設(shè)計(jì)難度，現(xiàn)有的行業(yè)規(guī)范中缺乏對此類工程的具體規(guī)定與指導(dǎo)。本工程以及近些年來國內(nèi)不斷出現(xiàn)軟粘土地基上重力式結(jié)構(gòu)破壞的案例，也更加說明亟需完善和補(bǔ)充規(guī)范中關(guān)于軟基上重力式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫強(qiáng)寶.淤泥質(zhì)軟基上建造重力式碼頭實(shí)例[J].海岸工程，1990（01）：40-46.