沿海某重力式碼頭檢測(cè)與安全性評(píng)估

張素杰，趙冰，楊獻(xiàn)鵬，韓鋒，鄭玉潔

（1．青島實(shí)華原油碼頭有限公司，山東 青島 266400；2．山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

1 概述

重力式碼頭是我國(guó)分布較廣，使用較多的一種碼頭結(jié)構(gòu)形式。其結(jié)構(gòu)具有抗凍性和抗冰性強(qiáng)、承載力大、裝卸工藝適應(yīng)性強(qiáng)、施工維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。但隨著碼頭結(jié)構(gòu)使用年限的增加，碼頭受自身老化、環(huán)境腐蝕、超能力（等級(jí)）作業(yè)等影響會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷。為保證碼頭生產(chǎn)和安全，排除碼頭和引橋等結(jié)構(gòu)的安全隱患，需對(duì)碼頭進(jìn)行常規(guī)性的定期檢測(cè)，評(píng)定碼頭現(xiàn)有設(shè)施的技術(shù)狀態(tài)。本文結(jié)合沿海某重力式碼頭結(jié)構(gòu)物的工程實(shí)例以及國(guó)內(nèi)的一些研究成果開(kāi)展檢測(cè)評(píng)估，為碼頭后期的維修加固提供依據(jù)。

本次檢測(cè)評(píng)估工程為沿海某30 萬(wàn)噸級(jí)原油碼頭，碼頭布置型式為“蝶式”，引橋長(zhǎng)852m，泊位長(zhǎng)度為520m，采用重力墩式結(jié)構(gòu)。碼頭前沿底標(biāo)髙-26.2m。工程于2006年1月開(kāi)工建設(shè)，2007年3月投入試運(yùn)行。

2 碼頭結(jié)構(gòu)的整體變形與變位測(cè)量

2.1 碼頭結(jié)構(gòu)的水平位移測(cè)量

水平位移監(jiān)測(cè)首先采用GPS 靜態(tài)測(cè)量的方法，施測(cè)出基準(zhǔn)點(diǎn)及工作基點(diǎn)的點(diǎn)位坐標(biāo)，然后使用全站儀采用極坐標(biāo)法施測(cè)出變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)點(diǎn)位坐標(biāo)。2017～2021年連續(xù)五年對(duì)碼頭進(jìn)行了水平位移測(cè)量，均勻選取6 處碼頭系纜墩、靠船墩作為監(jiān)測(cè)點(diǎn)，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。從表中數(shù)據(jù)可以看出，碼頭東西方向最大位移發(fā)生在Y308-1 點(diǎn)（位于4#靠船墩），2017年至2021年累計(jì)向東位移16.3mm；碼頭南北方向最大位移發(fā)生在Y310點(diǎn)（位于6#系纜墩），2017年至2021年累計(jì)向北位移10.4mm。

表1 碼頭水平位移測(cè)量結(jié)果

備注：東西方向正值表示向西位移，負(fù)值表示向東位移；南北方向正值表示向南位移，負(fù)值表示向北位移。

2.2 碼頭結(jié)構(gòu)的傾斜測(cè)量

碼頭豎向傾斜采用JTM-U6000IA 型傾角儀進(jìn)行測(cè)量，直接測(cè)量碼頭豎向傾斜角度。測(cè)量結(jié)果表明，碼頭結(jié)構(gòu)垂直度基本滿足要求。具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 碼頭傾斜檢測(cè)結(jié)果

備注：東西方向正值向西，負(fù)值向東；南北方向正值向北，負(fù)值向南。

3 安全性評(píng)估

3.1 碼頭結(jié)構(gòu)抗傾穩(wěn)定性和抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算

按照《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，沿墩底面、墩身各水平縫和墩底面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，對(duì)墩底面和墩身各水平縫及齒縫計(jì)算面前趾進(jìn)行抗傾穩(wěn)定性計(jì)算;按《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《水運(yùn)工程地基設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，基床和地基承載力驗(yàn)算；按《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，對(duì)沉箱底板承載力和裂縫進(jìn)行驗(yàn)算，并對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件安全性進(jìn)行分級(jí)。最不利工況下對(duì)重力墩計(jì)算各項(xiàng)結(jié)果見(jiàn)表3、表4。

表3 抗滑、抗傾穩(wěn)定性及基床承載力驗(yàn)算結(jié)果

表4 沉箱驗(yàn)算結(jié)果

該沉箱配筋在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下均滿足規(guī)范要求。

3.2 碼頭人行鋼棧橋計(jì)算

本次計(jì)算采用大型通用有限元程序Midas-civil 進(jìn)行建模，桿件結(jié)點(diǎn)按剛結(jié)處理，荷載的施加為均布荷載。

3．2．1 強(qiáng)度計(jì)算

經(jīng)計(jì)算，鋼棧橋在各種計(jì)算情況下，各構(gòu)件的最大應(yīng)力值為：系纜通道橋端橫梁最大組合應(yīng)力329.7N/mm，大于允許應(yīng)力215N/mm，不滿足要求；其他構(gòu)件最大組合應(yīng)力211.3N/mm，大于允許應(yīng)力310N/mm，滿足要求。

圖1 鋼棧橋最大組合應(yīng)力

3．2．2 棧橋變形

滿負(fù)荷工作狀態(tài)下，跨中最大豎向位移為101mm，小于撓度限值125mm，滿足要求。變形情況見(jiàn)圖2。

圖2 鋼棧橋位移變形圖

3.3 碼頭結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估結(jié)果

根據(jù)《水運(yùn)工程水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》，重力式碼頭安全性評(píng)估應(yīng)分別評(píng)估所列驗(yàn)算項(xiàng)目的等級(jí)，取最低一級(jí)作為評(píng)估單元的安全性評(píng)估等級(jí)。綜合碼頭復(fù)核計(jì)算結(jié)果和安全性評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，碼頭結(jié)構(gòu)的安全性評(píng)估等級(jí)及處理建議如表5。

表5 結(jié)構(gòu)安全性等級(jí)和處理要求

鋼棧橋安全性等級(jí)為A 級(jí)，未腐蝕狀態(tài)下，棧橋主橋應(yīng)力及變形在懸臂結(jié)構(gòu)調(diào)整后，人行荷載2kPa 的工況下，滿足要求，但外伸人行道部分在橋端部位的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，建議對(duì)梁端部位進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。

4 結(jié)論及建議

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及復(fù)核計(jì)算，結(jié)論與建議如下：

（1）系纜墩、引橋墩的安全性評(píng)估綜合評(píng)定為A級(jí)；靠船墩安全性評(píng)估綜合評(píng)定為A 級(jí)；工作平臺(tái)墩安全性評(píng)估綜合評(píng)定為A 級(jí)。

（2）鋼棧橋安全性等級(jí)為A 級(jí)，未腐蝕狀態(tài)下，在滿負(fù)荷工作狀態(tài)下35.5m 和63.9m 棧橋能滿足正常使用要求；88m 棧橋主橋應(yīng)力及變形在懸臂結(jié)構(gòu)調(diào)整后，人行荷載2kPa 的工況下，滿足要求，但外伸人行道部分在橋端部位的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，建議對(duì)梁端部位進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。

（3）建議根據(jù)《港口設(shè)施維護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTS 310-2013）的相關(guān)要求，加強(qiáng)對(duì)港口設(shè)施的檢查和維護(hù)，保持港口設(shè)施處于良好技術(shù)狀態(tài)。