某高樁碼頭船撞修復(fù)方案研究

王志勇， 羅 彬， 張海民

(安徽省現(xiàn)代交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230022)

0 引 言

2011年福建龍洲運(yùn)輸股份有限公司通過收購安徽中技管樁有限公司后成立安徽中樁物流有限公司，公司坐落在蕪湖長江大橋綜合經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，鄰近蕪湖長江二橋三山出口，地理位置優(yōu)越，是一個(gè)集港口裝卸、貨物堆存、倉儲(chǔ)加工、集疏運(yùn)、配送、信息服務(wù)、礦建材料貿(mào)易、油氣供應(yīng)等服務(wù)于一體的大型綜合物流樞紐。

2020年1月31日，安徽中樁物流有限公司碼頭工程第50#軸線受到了滿載船體撞擊，碼頭靠江側(cè)的鋼管樁發(fā)生破損，撞擊處鋼管樁焊接部位拉裂、彎曲變形，樁帽節(jié)點(diǎn)部位斷裂并一定程度影響后方PHC基樁；同時(shí)影響相鄰第49#和51#軸線的基樁及上部結(jié)構(gòu)安全。為充分掌握船損碼頭整體結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀情況，需要檢測和評估受損情況并設(shè)計(jì)修復(fù)。碼頭工程軸線基樁如圖1所示。

圖1 49#～51#軸線基樁編號圖

1 工程地理位置

安徽中樁物流有限公司位于蕪湖市繁昌縣高安橋村，蕪湖長江大橋綜合經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)境內(nèi)，位于長江下游黑沙洲河段右汊右岸，緊鄰蕪湖長江二橋(徐福高速)三山出口，地理位置優(yōu)越。

2 水工建筑物檢測與評估結(jié)論

根據(jù)水利部交通運(yùn)輸部國家能源局南京水利科學(xué)研究院編制的《安徽中樁物流有限公司碼頭工程船損事故水工建筑物檢測與評估報(bào)告》，報(bào)告的結(jié)論如下[1]：

(1)通過抽檢49#～51#軸線排架水工混凝土結(jié)構(gòu)表明：

① 抽檢排架結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度50測區(qū)，所得現(xiàn)齡期混凝土強(qiáng)度推定值在35.5～36.0 MPa，符合設(shè)計(jì)指標(biāo)C30要求；抽檢鋼筋保護(hù)層厚度30點(diǎn)，合格點(diǎn)數(shù)為27點(diǎn)，合格率為90.0%；抽檢鋼筋間距30點(diǎn)，合格點(diǎn)數(shù)為28點(diǎn)，合格率為93.3%；抽檢鋼筋銹蝕電位108測點(diǎn)，108測點(diǎn)電位水平均>-200 mV，所抽構(gòu)件鋼筋銹蝕狀況判別均為銹蝕概率<10%。

② 50#軸線與50-F鋼管基樁連接部位橫梁混凝土成塊剝落，剝落部位可見縱筋與箍筋，均無銹蝕，錨固插筋裸露，該構(gòu)件其余部位混凝土表面無蜂窩麻面、無裂縫、無孔洞、無露筋，構(gòu)件整體無顯著異常。

③ 49#軸線、51#軸線橫梁混凝土表面無蜂窩麻面、無裂縫、無孔洞、無露筋，構(gòu)件整體無異常。

④ 49#～51#軸線邊梁、軌道梁及縱梁混凝土表面均無蜂窩麻面、無裂縫、無孔洞、無露筋，構(gòu)件整體無異常。

⑤ 通過對碼頭第五分段測量表明：2020年03月12日對測點(diǎn)M17、測點(diǎn)M18、測點(diǎn)M19、測點(diǎn)M20的測量結(jié)果相較于2015年12月15日觀測平均豎向相對位移分別是-7.0 mm、-20.0 mm、-16.0 mm、-13.0 mm；測線一高程分布在14.023～14.063 m，測線二高程分布在14.027～14.055 m，測線三高程分布在13.983～14.027 m。

(2)通過采用水下攝像技術(shù)檢測49#～51#軸線基樁水下部分表明：

① 水下攝像探測時(shí)水面高程約3.10 m。

② 50#軸線50-F鋼管基樁從高程0.9 m處往上出現(xiàn)沿螺旋焊縫的撕裂損壞，高程在0.9～1.8 m為損壞撕裂區(qū)域，高程1.8 m以上被壓扁，在高程1.1 m左右的位置與50#軸線50-E鋼管基樁靠在一起，高程0.9 m處以下無可見變形、裂縫及其他損壞現(xiàn)象。

③ 50#軸線50-G構(gòu)件為鋼靠船立柱，已被船舶撞彎變形，與50#軸線50-F鋼管基樁靠在一起。

④ 49#軸線～51#軸線鋼管基樁之間的兩跨三層系纜平臺掉落于河床上。

⑤ 50#軸線50-A、50-B、50-C、50-D四根PHC基樁表面未發(fā)現(xiàn)裂縫、缺損及其他損壞現(xiàn)象。

⑥ 49#軸線49-A、49-B、49-C、49-D四根PHC基樁、49-E、49-F兩根鋼管基樁，以及49-G鋼靠船立柱表面均未發(fā)現(xiàn)裂縫、缺損及其他損壞現(xiàn)象。

⑦51#軸線51-A、51-B、51-C、51-D四根PHC基樁、51-E、51-F兩根鋼管基樁，以及51-G鋼靠船立柱表面均未發(fā)現(xiàn)裂縫、缺損及其他損壞現(xiàn)象。

(3)通過檢測49#～51#軸線共12根基樁參數(shù)表明：

① 樁號50-A距樁頂約15.5 m左右，樁身存在輕微缺陷，樁號49-B距樁頂約16.5 m，樁身存在輕微缺陷，樁號50-C距樁頂約17.0 m，樁身存在輕微缺陷。

② 樁號49-C、49-D、50-A、50-B、50-D、51-A、51-B、51-C、51-D樁身完整。

③ 所檢部位涂層厚度合格率在33.3%～100.0%，涂層厚度局部合格率較低，大部分滿足設(shè)計(jì)要求。所檢鋼管基樁水位變動(dòng)區(qū)涂層基本失效，鋼管基樁和鋼靠船立柱銹蝕。鋼管基樁和鋼靠船立柱設(shè)計(jì)壁厚為16 mm，經(jīng)檢測，目前壁厚在15.40～15.60 mm。

④ 50#軸線鋼靠船立柱臨江側(cè)在二層系纜平臺處斷裂(高程7.9 m)，斷裂長度約2.0 m，斷裂不在焊縫處，為水平斷裂。岸側(cè)余下0.5 m連接。二層平臺以下因與其連接的縱橫連系梁全部丟失，現(xiàn)處于傾斜狀態(tài)，傾向岸側(cè)與51排架方向，且變形嚴(yán)重。其上一豎向橡膠護(hù)舷缺失。二層系纜平臺處，因50#與51#排架之間縱向連系梁擠壓而凹陷?？看⒅敳炕炷翙M梁破損較嚴(yán)重，鋼筋外露3根。

⑤ 50-F、50-E樁嚴(yán)重變形、變位，特別是二層系纜平臺與三層系纜平臺之間。在三層系纜平臺處，該鋼管基樁因擠壓而凹陷。二層平臺處，50-F、50-E樁整體向岸側(cè)變位60 cm；整體向51#排架方向變位約15 cm。水位變動(dòng)區(qū)鋼管涂層基本失效，表面有銹跡、銹斑。頂部混凝土橫梁破損較嚴(yán)重，2處鋼筋外露各10余根，且大都已被拉斷。

⑥ 49#排架鋼管基樁與靠船立柱無明顯變形，三層系纜平臺與50#排架相連接的縱向連系梁因撞擊而缺失，其中49F樁在縱向連系梁連接處破損一塊，約10 cm×6 cm。水位變動(dòng)區(qū)鋼管涂層基本失效，表面有銹跡、銹斑。

⑦ 51#排架鋼管基樁與靠船立柱無明顯變形，三層系纜平臺與50#排架相連接的縱向連系梁因撞擊而缺失。水位變動(dòng)區(qū)鋼管涂層基本失效，表面有銹跡、銹斑。

⑧ 50#排架橫向連系梁二層和三層系纜平臺橫向鋼連系梁與樁柱之間的焊接均有脫開的情況。二層平臺處，50-E與50-F之間連接焊縫處脫開，50-F與靠船立柱之間連系梁已完全脫開而丟失。三層平臺連系橫梁焊縫處均脫開。

⑨ 49#排架橫向連系梁、51#排架橫向連系梁鋼管橫梁外觀基本完好，無明顯變形、焊縫開裂情況。

⑩ 49#～50#縱向連系梁三層系纜平臺2根連系縱梁已完全脫開而丟失。二層系纜平臺，靠船立柱之間縱向連系鋼梁焊縫大部分已被拉開。

3 原設(shè)計(jì)方案

3.1 原設(shè)計(jì)方案

根據(jù)長江勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司2016年1月編制的《安徽中樁物流有限公司碼頭工程竣工圖紙》，本工程主要由碼頭平臺、汽車引橋、皮帶機(jī)引橋、生產(chǎn)輔助設(shè)施等組成。

直立式碼頭平臺為高樁梁板結(jié)構(gòu)，建設(shè)3個(gè)5 000噸級(水工結(jié)構(gòu)按10 000噸級考慮)的散雜貨泊位。碼頭平面尺寸為396 m×20 m，共設(shè)5個(gè)結(jié)構(gòu)段，兩端結(jié)構(gòu)段長度為75 m，中間三個(gè)結(jié)構(gòu)段長度為82 m，兩端設(shè)置2.5 m的懸臂結(jié)構(gòu)，碼頭面標(biāo)高為14.0 m。碼頭后沿上下游各設(shè)置1座8 m寬皮帶機(jī)引橋和3座8 m寬汽車引橋，汽車引橋與大堤銜接處采用平交方式。

碼頭排架間距為7 m，上部為現(xiàn)澆混凝土橫梁、預(yù)制縱向梁系、鋼系靠構(gòu)件和混凝土疊合面板，下部每榀排架基礎(chǔ)為2根φ800 mm鋼管樁和4φ800 mmPHC管樁組成(設(shè)1對叉樁)?？紤]到水位差較大，碼頭面以下標(biāo)高7.89 m與4.49 m處各設(shè)置2層靠船梁，設(shè)系纜平臺與爬梯，以滿足不同水位下船舶系靠泊。每榀排架靠船立柱前沿設(shè)DA-A400H橡膠護(hù)舷。

3.2 計(jì)算荷載

(1) 堆貨荷載：20 kPa。

(2) 船舶系纜力：經(jīng)計(jì)算，船舶系纜力為620 kN。

(3) 船舶撞擊力：按照選用的DA-A400H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷，橡膠護(hù)舷與鋼管樁接觸長度1.5 m，撞擊力為574 kN；DA-A300H標(biāo)準(zhǔn)反力型橡膠護(hù)舷，橡膠護(hù)舷與鋼管樁接觸長度2.0 m，撞擊力為588 kN；GD280 H，橡膠護(hù)舷與鋼管樁接觸長度1.5 m，撞擊力為565 kN。

(4) 門機(jī)荷載：16t門機(jī)，軌距14 m，基距14 m，最大輪壓250 kN，每腿6個(gè)輪，輪距0.765 m。

(5) 流動(dòng)機(jī)械荷載：40 t-25 t平板車流動(dòng)荷載，25 t自卸車。

4 碼頭拆除方案

首先拆除第49榀排架至第51榀排架、水溝梁至前邊梁組成的范圍內(nèi)的磨耗層、現(xiàn)澆面板、預(yù)制面板、水溝梁上部的排水溝及鋼蓋板，同時(shí)第49榀、第51榀橫梁側(cè)預(yù)制板30 cm長的受力鋼筋保留，如圖2所示[3]。

圖2 碼頭預(yù)制板、縱向梁系拆除平面布置圖

然后拆除2根預(yù)制縱梁、2根預(yù)制軌道梁、2根預(yù)制前邊梁。

最后拆除第50榀排架的部分橫梁、靠船構(gòu)件、二層系纜平臺、三層系纜平臺和截?cái)?根φ800 mm鋼管樁等，整體吊走，如圖3所示。

圖3 第50榀排架橫梁拆除布置圖

其中第50榀排架的部分橫梁分兩次拆除，第一次拆除距離碼頭前沿6.75 m長橫梁，跟下部鋼結(jié)構(gòu)一道拆除。第二次鑿除上橫梁1.9 m和下橫梁0.8 m范圍內(nèi)的混凝土，保留上橫梁的箍筋和受力鋼筋、下橫梁的受力鋼筋，長度不小于0.8 m。

鋼管樁切除分兩次進(jìn)行，先進(jìn)行江側(cè)第1根鋼管樁切除作業(yè)，再進(jìn)行第2根鋼管樁切除作業(yè)。每根鋼管樁的拆除分兩步進(jìn)行，先從水面處將鋼管樁進(jìn)行一次切除，然后利用內(nèi)側(cè)焊定位三角勁板的鋼護(hù)筒套在原鋼管樁上邊，鋼護(hù)筒插入江底6～8 m，隔絕護(hù)筒內(nèi)外水流關(guān)系，再將鋼護(hù)筒內(nèi)水抽干后在護(hù)筒內(nèi)搭設(shè)施工平臺，繼而進(jìn)行水下部分?jǐn)鄻短幥谐?。鋼管樁切除后需在切面進(jìn)行坡口處理，再進(jìn)行焊接接樁，接樁后應(yīng)讓相關(guān)檢測單位對焊縫進(jìn)行探傷檢測，檢測合格后將鋼護(hù)筒拔出進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)施工[4]。

5 修復(fù)設(shè)計(jì)方案

5.1 碼頭結(jié)構(gòu)計(jì)算[5]

碼頭結(jié)構(gòu)采用高樁框架式結(jié)構(gòu)，碼頭平臺排架結(jié)構(gòu)計(jì)算方法參照《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS 167-2018)、《港口工程荷載規(guī)范》(JTS 144-1-2010)、《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTS 151-2011)等相關(guān)規(guī)范。計(jì)算采用《易工水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)CAD集成軟件V3.0》進(jìn)行計(jì)算[6]。

碼頭修復(fù)完成后第50榀排架主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果見表1[7]。

表1 主要構(gòu)件計(jì)算結(jié)果表

5.2 修復(fù)設(shè)計(jì)方案[8]

修復(fù)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：水上施工鋼護(hù)筒、焊接鋼管樁、現(xiàn)澆橫梁、預(yù)制縱向梁系和面板安裝、現(xiàn)澆面板、靠船構(gòu)件、系纜平臺、橡膠護(hù)舷等[9]。

根據(jù)施工單位確定的方案，先打鋼護(hù)筒形成干地施工條件，然后焊接鋼管樁，保證焊縫質(zhì)量和鋼管樁垂直度，滿足規(guī)范要求。

鋼管樁在有資質(zhì)的專業(yè)廠家制作，從專用碼頭上岸裝船，水運(yùn)至現(xiàn)場。新進(jìn)場鋼管樁在碼頭面層讓具有特種作業(yè)資質(zhì)的人員修飾出坡口。利用第51軸系纜平臺與鋼護(hù)筒外壁焊接安全通道平臺，安全通道平臺滿足規(guī)范要求。在鋼護(hù)筒內(nèi)壁利用汽車吊懸掛鋼爬梯，作為進(jìn)入護(hù)筒底的上下通道。進(jìn)入鋼護(hù)筒后利用內(nèi)壁與舊鋼管樁焊接底部操作平臺并滿鋪跳板。

在第50榀排架前兩根截?cái)啾Ａ舻匿摴軜秲?nèi)焊4個(gè)定位用的槽鋼，然后將新鋼管樁起吊安放在老鋼管樁上，采用坡口對接焊，焊接完成后及時(shí)通知相關(guān)檢測單位對焊接質(zhì)量進(jìn)行探傷檢測，檢測合格后再在外面焊接一塊環(huán)形加強(qiáng)鋼板，形成1根整體樁基，施工完成后將鋼護(hù)筒拔除，循環(huán)以上工序施工進(jìn)行下道工序施工[10]。

施工流程：打鋼護(hù)筒→鋼管樁焊接→靠船立柱施工→現(xiàn)澆下橫梁→安裝預(yù)制縱向梁系→現(xiàn)澆上橫梁→安裝預(yù)制面板→現(xiàn)澆面板、磨耗層→安裝附屬設(shè)施。

6 結(jié)束語

目前施工單位已根據(jù)修復(fù)設(shè)計(jì)方案施工完成，花較少的代價(jià)修復(fù)效果較好，獲得業(yè)主單位的好評，碼頭的靠泊等級能夠達(dá)到原設(shè)計(jì)的泊位等級和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。后期碼頭營運(yùn)時(shí)也在碼頭面上設(shè)置觀測點(diǎn)，定期觀測沉降、位移等，監(jiān)測出來的數(shù)據(jù)并未出現(xiàn)異常，說明碼頭拆除和修復(fù)設(shè)計(jì)方案是可行合理的，為以后類似高樁碼頭船舶撞擊的修復(fù)加固提供參考。