某電廠碼頭加固改造技術(shù)淺析

顧海英

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325062)

近年來隨著貨運量的不斷增長、航道條件不斷改善及航運技術(shù)的不斷發(fā)展，船舶大型化趨勢日益明顯，越來越多的碼頭難以適應(yīng)此發(fā)展的靠泊，為適應(yīng)船舶大型化趨勢，提高碼頭競爭力，不少碼頭結(jié)合自身實際情況對碼頭進行了升級改造[1]。

溫州電廠因四期“上大壓小”工程需要，一期、二期煤碼頭2 個2 萬噸級散貨泊位加固改造為2 個3.5 萬噸級散貨泊位，同時碼頭水工結(jié)構(gòu)按照升級后卸船機荷載進行復(fù)核，對不滿足要求的構(gòu)件進行加固，對碼頭、棧橋破損構(gòu)件進行修補。為此，本文將重點介紹溫州電廠煤碼頭加固改造工程的情況，并提供碼頭樁基修復(fù)加固典型案例，為今后類似工程建設(shè)提供參考。

1 加固改造條件

1.1 工程概況

溫州電廠一期卸煤碼頭于1990 年完工，二期卸煤碼頭于2000 年完工，兩期緊鄰呈“一”字，均為2 萬噸級散貨泊位。

煤碼頭平臺與棧橋呈L 型布置，卸煤碼頭泊位長度為434m，碼頭平臺寬25m，碼頭面標(biāo)高8.42m。其中，一期碼頭平臺長180m，二期碼頭平臺長191m，東端間距34.7m 處布置有一座1000kN 的系纜墩。棧橋分行車道和輸煤廊道兩部分，行車道寬5 米，輸煤廊道寬8 米，排架間距除一跨為3.98 米，其余均為7 米。

煤碼頭平臺結(jié)構(gòu)系高樁梁板式結(jié)構(gòu)，上部構(gòu)件由軌道梁、橫梁、縱梁、水平撐、靠船構(gòu)件及面板等組成（以下統(tǒng)稱上部構(gòu)件）；樁基均為600mm×600mm 的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土方樁，長度55～60m 不等。目前安裝的裝卸橋運行軌道為兩條QU80 鋼軌，軌距16m。

1.2 檢測評估結(jié)論

為了碼頭平臺加固改造的順利實施，在前期溫州電廠已經(jīng)委托南京水利科學(xué)研究院對碼頭及棧橋的平臺、樁基分別進行了檢測評估。碼頭整體外觀基本完好，除個別軌道梁、縱梁和橫梁存在豎向裂縫外，其余構(gòu)件外觀未發(fā)現(xiàn)明顯的混凝土銹脹開裂、混凝土剝離、剝落等腐蝕破損現(xiàn)象；主要混凝土構(gòu)件的抗壓強度基本滿足設(shè)計要求；預(yù)應(yīng)力方樁檢測結(jié)果，23 根為Ⅱ類樁，其余為I 類樁；主要混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性等級分別為：基樁級A、橫梁A 級、軌道梁B 級、縱梁B 級、箱梁B 級、面板A 級。

根據(jù)檢測評估的結(jié)論及相關(guān)規(guī)范要求，需對B 級的混凝土結(jié)構(gòu)進行及時采取修補措施，同時，根據(jù)電廠運行需要的吞吐量預(yù)測和靠泊船型預(yù)測，碼頭需滿足滿載靠泊3.5 萬噸級散貨船和裝卸的使用要求。經(jīng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)判別，碼頭整體性能能滿足新的使用要求，但個別構(gòu)件及破損構(gòu)件須進行維修加固。

2 加固改造技術(shù)方案

根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)形式和檢測評估報告的結(jié)論，以及改造后的使用要求，為保證煤碼頭的可靠運營，保障溫州電廠的用煤需求，本次加固改造的總體思路：一是針對結(jié)構(gòu)破損影響耐久性的部分進行常規(guī)性的修復(fù)處理；二是針對因碼頭升級和工藝設(shè)備荷載改變而需要加強結(jié)構(gòu)的，采用工作量少、經(jīng)濟的橫梁加強法和局部加固改造法[2-3]；三是為減少碼頭加固改造對碼頭正常運營的影響，局部加固時盡量不采用施工困難的打入樁，而是選用易施工的鉆孔灌注樁且布置在碼頭后沿，同時考慮整個修復(fù)加固工作采用分區(qū)分批實施。具體方案如下：

2.1 破損修補方案

（1）對于缺陷位置位于設(shè)計泥面以下6m 或以上的Ⅱ類樁樁基擬在缺陷位置上下各2m 范圍采用兩個半圓形鋼套筒內(nèi)澆筑水下不分散混凝土進行加固。

（2）針對出現(xiàn)裂縫，影響耐久性且耐久性評估為B 級的構(gòu)件，進行局部修補措施。對于寬度小于0.2mm 的裂縫，采用涂層的方法進行修補；對于寬度為0.2～0.3mm 的豎向裂縫，采用封閉法修補。對于寬度大于0.3mm 的豎向裂縫，采用灌漿法修補[4]。

其中，對于存在一條裂縫時，應(yīng)進行涂層或封閉方法處理后，在裂縫處采用碳纖維進行加固；存在貫穿裂縫時，應(yīng)進行封閉方法處理后，然后在裂縫處采用碳纖維進行加固；對于混凝土脫落的地方，擬先鑿除混凝土的松散破損部位，再清理表面并涂覆界面粘結(jié)材料，且采用NBS 聚合物砂漿填充修補，直至構(gòu)件原斷面恢復(fù)；對于破損嚴(yán)重，露出鋼筋的構(gòu)件，擬先鑿除混凝土的松散破損部位，鋼筋除銹至St2 級，再清理表面增補鋼筋并涂覆界面粘結(jié)材料，且采用NBS聚合物砂漿填充修補，直至構(gòu)件原斷面恢復(fù)。

（3）對于碼頭表面附屬設(shè)施，對有破損的護舷和螺栓進行更換，并對外露鐵件進行防腐處理。

2.2 結(jié)構(gòu)加固改造方案

根據(jù)經(jīng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)判別結(jié)果，本碼頭和棧橋水工結(jié)構(gòu)整體性能良好，既有結(jié)構(gòu)體系維持基本不變，但由于靠泊船型大于原設(shè)計船型，卸船機更新采用1250t/h，卸船機的工藝荷載變大。經(jīng)計算復(fù)核，結(jié)構(gòu)局部需要進行加固改造，具體改造方案如下：

（1）根據(jù)排架計算結(jié)果，對碼頭平臺的橫梁需進行局部加固。對上部配筋不足的橫梁擬先鑿除端部橫梁上部混凝土，在端部橫梁頂部向下鑿除300mm 混凝土，然后在相應(yīng)位置增加縱向受力鋼筋后再將橫梁重新修補好；對下橫梁底部局部配筋不足的地方，采用梁底粘貼碳纖維布加固法[5]。

（2）對一期、二期煤碼頭有系船柱排架、同時出現(xiàn)2 根Ⅱ類樁的排架以及缺陷位置位于泥面以下超過6m 的Ⅱ類樁所在排架碼頭需要局部加強，改造方案采用局部加固改造法，即在排架后沿（靠陸側(cè)）加長橫梁并增加1 根Φ1000 灌注樁，二期碼頭共改造了16 榀排架，局部加固改造斷面見1。

圖1 碼頭加固改造斷面圖

3 關(guān)鍵施工工藝

根據(jù)煤碼頭加固改造技術(shù)方案，對缺陷位置位于泥面以下不大于6m 的共18 根Ⅱ類樁，在缺陷位置上下各2m 范圍采用兩個半圓形鋼套筒內(nèi)澆筑水下不分散C40 混凝土加固，施工時不僅空間狹小而且要水上作業(yè)，實施技術(shù)難度大，是本次加固改造工程施工的重點。

3.1 鋼套筒施工

為做好樁基修復(fù)施工，鋼套筒施工極為關(guān)鍵，施工前專門研究制定一套鋼套筒施工流程，即：施工準(zhǔn)備→鋼套筒水上施工平臺安裝→鋼套筒工廠制作吊裝→導(dǎo)向裝置安裝 →原樁基的淤泥清理→鋼套筒安裝、下沉→鋼套內(nèi)淤泥清除→水下不分散C40 混凝土灌注。

3.1.1 鋼套筒安裝

施工時，根據(jù)現(xiàn)場實測泥面標(biāo)高、水位情況及地質(zhì)條件，鋼套筒上頂面高程位于淤泥面標(biāo)高以上1m，而下頂面位于缺陷位置以下2m。鋼套筒內(nèi)徑為1000mm，安裝示意圖見圖2。

圖2 鋼套筒安裝示意圖

3.1.2 原樁基的淤泥清理

在Ⅱ類樁修復(fù)項目中，原樁基的淤泥清理是一項重要環(huán)節(jié)。根據(jù)前述需修復(fù)Ⅱ類樁數(shù)據(jù)，如按一期碼頭22AII 類樁（最深的深度為7.2m）計，清淤最大深度將達到9.2m 以上。要在水下實施深度達9—10m 的清淤作業(yè)，一方面其工作量相當(dāng)大；另一方面危險大。為此，施工時采用鋼套筒直接清淤法，并制定了詳細(xì)的作業(yè)工序，具體如下：

3.1.3 灌注水下不分散C40 混凝土

水下不分散C40 混凝土澆筑前，潛水員對水下已安裝好的鋼套筒進行調(diào)整，確保調(diào)其底部位置與設(shè)計缺陷位置以下2 米一致，為防止水下澆筑混凝土?xí)r動水的影響和減少水泥漿的流失，澆筑時必須將輸送管插入鋼套筒內(nèi)進行澆筑。

在泵送混凝土前，采用泵送水下不分散砂漿進行潤管?；炷帘玫妮?shù)拦鼙仨毑煌杆?，且在澆灌中保持混凝土充滿。澆筑時，泵管由水下潛水員直接插入鋼套管距底400mm 左右，利用泵送的壓力將混凝土擴散至四周，直至水下不分散混凝土完成澆筑。

3.2 鋼套筒施工注意事項

（1）鋼套筒施工前需編制施工方案，關(guān)于鋼套筒結(jié)構(gòu)受力整體安全性必須有詳細(xì)的計算說明，結(jié)構(gòu)焊接必須嚴(yán)格執(zhí)行焊接技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，且不低于二級焊縫要求。

（2）水上及水下作業(yè)應(yīng)遵循安全操作規(guī)程，尤其在吊裝過程應(yīng)加強對吊裝設(shè)備安全性能的檢查。

（3）鋼套筒所有接縫處均應(yīng)進行止水處理，采用橡膠板擠壓密封止水，同時在法蘭板面連接處刻制粗糙紋路，使用螺栓的預(yù)緊力實現(xiàn)完全止水效果。

（4）鋼套筒的運輸、吊裝、固定及下沉施工應(yīng)由專職人員分別負(fù)責(zé)，項目部統(tǒng)一指揮，以確保鋼套筒施工過程安全。

（5）為防止鋼套筒下沉?xí)r單側(cè)先著床而發(fā)生傾斜，在下沉過程中，需全程測量鋼套筒下沉處的河床高度，保證鋼套筒體著落平穩(wěn)。

（6）鋼套筒施工前，需對河床的斷面形狀、樁基埋深及相關(guān)水質(zhì)、流體形態(tài)、汛期等做深入了解，密切注意天氣預(yù)報，編制好相關(guān)應(yīng)急預(yù)案。

（7）鋼套筒施工時，與水文部門保持聯(lián)系，以便施工水文情況變化能及時傳達，確保鋼套筒施工風(fēng)險可控。

4 實施效果

溫州電廠一、二期煤碼頭通過維修加固技術(shù)進行了加固改造，不僅節(jié)約了岸線資源，而且企業(yè)以較低的投入，較好滿足了迫切提升靠泊能力的要求。施工期間通過設(shè)計單位、施工單位和業(yè)主密切合作和統(tǒng)籌安排，碼頭運營總體上未受到較大影響。維修加固改造后的碼頭滿足3.5 萬噸級散貨船滿載靠泊，不用再采用 “減載靠泊”等方式，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本，改造工程于2015 年7 月竣工驗收，實施效果良好。

5 結(jié)論

（1）碼頭結(jié)構(gòu)維修加固是一項較為復(fù)雜工作，改造前不僅要委托專業(yè)檢測評估單位對原碼頭結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)檢測和評估，而且制定改造方案時，設(shè)計要與業(yè)主、施工充分交流溝通，使得改造方案既施工方便、經(jīng)濟又盡量少地影響碼頭使用。

（2）隨著靠泊船舶大型化，船舶荷載加大，對結(jié)構(gòu)整體性能較好碼頭，對局部結(jié)構(gòu)采用局部加固改造方式，不僅施工面小、工程量小、施工方便、經(jīng)濟，而且對企業(yè)生產(chǎn)運行影響也小，實踐證明該方案是較合適的，有較廣泛的應(yīng)用價值。

（3）碼頭維修加固中，施工實施是極為關(guān)鍵，尤其是關(guān)鍵施工工藝把握至關(guān)重要，本文提出的樁基修復(fù)的鋼套筒施工技術(shù)，可為今后類似工程建設(shè)提供參考。