船舶意外撞擊下碼頭結(jié)構(gòu)的檢測(cè)及修復(fù)方案

針對(duì)意外遭受船舶撞擊的重力式碼頭結(jié)構(gòu)安全及修復(fù)問題，文章結(jié)合實(shí)例，對(duì)受損碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測(cè)和評(píng)估，并根據(jù)檢測(cè)和評(píng)估結(jié)果給出了修復(fù)處理方案。結(jié)構(gòu)計(jì)算和修復(fù)后的碼頭運(yùn)行結(jié)果表明，被撞碼頭結(jié)構(gòu)在修復(fù)后滿足使用要求，可為今后解決類似問題提供借鑒。

船舶撞擊；結(jié)構(gòu)修復(fù)；重力式碼頭

U656.1A632063

作者簡(jiǎn)介：

王大偉（1983—），碩士，高級(jí)工程師，主要從事港航工程設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。

0" 引言

船舶在進(jìn)港靠泊過程中，由于受波浪、風(fēng)力、能見度和人為操作失誤等因素的影響，船舶失控碰撞碼頭結(jié)構(gòu)的事故逐年增加，對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)和船舶造成了損失，甚至造成人員傷亡等重大安全事故［1-2］。2021年2月，一艘70 000噸級(jí)散貨船在進(jìn)港靠泊時(shí)，由于操作失誤，導(dǎo)致正面撞擊到碼頭結(jié)構(gòu)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)初步查勘，碼頭的沉箱結(jié)構(gòu)外壁受損嚴(yán)重，出現(xiàn)破洞，沉箱倉格內(nèi)粗砂大量外漏，碼頭面層塌陷，出現(xiàn)一個(gè)大坑。為了解碼頭的受損情況，對(duì)碼頭受撞結(jié)構(gòu)進(jìn)行了檢測(cè)評(píng)估，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，設(shè)計(jì)了合理的修復(fù)加固方案。

1" 碼頭概況

某沿海15萬噸級(jí)通用泊位，碼頭水工結(jié)構(gòu)采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，碼頭面高程為7.50 m，港池底高程為-17.80 m，單個(gè)沉箱高為20.75 m，長(zhǎng)為17.95 m，寬為18.85 m，內(nèi)部設(shè)置0.25 m厚的隔墻，均分為9個(gè)隔倉，單個(gè)隔倉的內(nèi)部平面尺寸為5.35 m×5.35 m。沉箱作用在拋石基床上，基礎(chǔ)持力層為黏土層。黏土層指標(biāo)為c=65 kPa，φ=18°；沉箱內(nèi)為回填中砂，沉箱后方依次為拋石棱體、二片石、級(jí)配卵礫石倒濾層和中粗砂。沉箱頂上為現(xiàn)澆混凝土胸墻和軌道梁，胸墻為“L”型結(jié)構(gòu)，頂寬為1.1 m，底寬為2.65 m，高為3.75 m，底部厚度為1.05 m。門機(jī)前沿軌道中心線距離碼頭前沿3 m，門機(jī)后方軌道距離碼頭前沿17 m，軌道梁均為倒“T”型結(jié)構(gòu)，梁肋寬0.7 m，前軌道梁翼緣寬5.55 m，后軌道梁翼緣板寬4.5 m，厚度為0.8 m。碼頭水工結(jié)構(gòu)斷面見圖1。

2" 受損結(jié)構(gòu)檢測(cè)

事故發(fā)生后，港口運(yùn)營單位委托檢測(cè)有限公司對(duì)受撞結(jié)構(gòu)受損情況進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)主要結(jié)論如下：

2.1" 沉箱結(jié)構(gòu)

受撞沉箱外壁出現(xiàn)一橢圓形破損洞口，洞口頂距碼頭頂面約9.5 m，洞口上下長(zhǎng)約10 m，最大寬度約2.5 m。洞口周邊出現(xiàn)4條裂縫，最大寬度約為30 mm，均貫穿。受損處有向內(nèi)彎曲的橫豎向斷裂鋼筋，檢測(cè)時(shí)外露鋼筋表面已銹蝕，混凝土碎塊懸掛。破損洞口下方有大量粗砂堆積，堆積高度約為4.5 m，且粗砂隨流水持續(xù)外漏。受撞沉箱與兩側(cè)沉箱結(jié)構(gòu)縫無明顯增大，與原設(shè)計(jì)寬度基本吻合。且受撞結(jié)構(gòu)段兩側(cè)沉箱經(jīng)潛水員初步探摸未發(fā)現(xiàn)明顯損傷。

2.2" 胸墻及護(hù)輪坎

受撞胸墻頂部與護(hù)輪坎連接處有混凝土刮傷、落現(xiàn)象，面積約5.0 m×0.25 m，混凝土最大受損厚度約20 mm。

2.3" 碼頭面層

碼頭聯(lián)鎖塊鋪面結(jié)構(gòu)有約11.53 m×8 m的塌陷，塌陷深度約為5 m。

船舶意外撞擊下碼頭結(jié)構(gòu)的檢測(cè)及修復(fù)方案/王大偉，黃" 鵬

2.4" 橡膠護(hù)舷

受撞結(jié)構(gòu)段橡膠護(hù)舷嚴(yán)重破損，其余結(jié)構(gòu)段鼓型橡膠護(hù)舷整體基本完好。

2.5" 結(jié)構(gòu)位移

受損區(qū)域內(nèi)共計(jì)檢測(cè)5個(gè)分段的胸墻側(cè)面，受正面撞擊的胸墻側(cè)面，局部往岸側(cè)發(fā)生了一定的偏移，最大偏移量約為14 mm，其余各分段胸墻側(cè)面無明顯位移。

碼頭前沿兩條軌道的最大高差約為40 mm，軌距位移量為-4～+10 mm，未發(fā)生明顯的變化。

3" 修復(fù)方案研究

3.1" 設(shè)計(jì)思路

該碼頭結(jié)構(gòu)為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱無法更換，修復(fù)加固方案應(yīng)在保證原有結(jié)構(gòu)不變的條件下，對(duì)受損結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，以達(dá)到結(jié)構(gòu)安全性和耐久性目的。為減少對(duì)碼頭作業(yè)的影響，盡量做到工期短、投資省、施工簡(jiǎn)單。

3.2" 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)檢測(cè)報(bào)告可知，胸墻和軌道梁受損程度較輕，前后軌道高差和軌距均在正常使用范圍，可保留胸墻及前軌道梁。沉箱前壁已出現(xiàn)破洞，洞口附近已發(fā)現(xiàn)較多貫穿裂縫，且內(nèi)隔板支座處也出現(xiàn)明顯裂縫，沉箱的結(jié)構(gòu)已遭到破壞。為了保證碼頭的耐久性和整體性，擬采用立模封堵洞口，將前沿和中間隔倉的填砂清空并灌入水下混凝土，沉箱外壁修補(bǔ)裂縫，同時(shí)在沉箱頂部現(xiàn)澆連接板的修復(fù)方案。見圖2。

具體方案主要為：清理聯(lián)鎖塊面層→開挖沉箱頂部砂→清理受損沉箱前2排倉格內(nèi)的填砂及沉箱外部漏砂、松動(dòng)混凝碎塊→水下清理沉箱前壁外表面→在沉箱外壁洞口處立模板→將C30水下混凝土灌入受損沉箱倉格→重復(fù)灌漿步驟前排箱格逐個(gè)灌填混凝土→重復(fù)灌漿步驟中間倉格逐個(gè)灌填混凝土，同時(shí)進(jìn)行沉箱前壁外立面裂縫修補(bǔ)→現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土蓋板→回填振沖中粗砂→恢復(fù)C50高強(qiáng)聯(lián)鎖塊面層→更換1450H鼓型橡膠護(hù)舷→鑿除破損護(hù)輪檻、立模澆筑新護(hù)輪檻→胸墻外立面做硅烷浸漬。

4" 結(jié)構(gòu)計(jì)算

修復(fù)施工過程中由于需要清空前兩排隔倉填砂，對(duì)結(jié)構(gòu)自重影響較大，因此施工期結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和隔板承載能力成為方案能否順利實(shí)施的關(guān)鍵。施工期效應(yīng)主要考慮兩種工況：（1）設(shè)計(jì)高水位+永久作用自重力及填料產(chǎn)生的土壓力+主導(dǎo)可變作用波浪力+施工荷載；（2）設(shè)計(jì)低水位+永久作用自重力及填料產(chǎn)生的土壓力+主導(dǎo)可變作用波浪力+施工荷載。采用《碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS167-2018）分別抗滑穩(wěn)定性、抗傾穩(wěn)定性和沉箱隔板內(nèi)力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1～3。計(jì)算結(jié)果表明施工期結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，沉箱隔板承載能力及配筋滿足規(guī)范要求。

修復(fù)完成后，沉箱倉格內(nèi)填料由中砂改為了混凝土，與原結(jié)構(gòu)相比倉格內(nèi)填料的重度增大，結(jié)構(gòu)自重增加有利于碼頭結(jié)構(gòu)的整體抗滑、抗傾穩(wěn)定性。使用期的地基承載能力成為控制工況，因此主要對(duì)地基承載力進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表4，計(jì)算結(jié)果表明地基承載力滿足規(guī)范要求。

5" 施工要求

5.1" 清理殘余填砂、漏砂及碎塊

碼頭前沿堆積的漏砂采用8 m3抓斗挖泥船開挖，沉箱箱格內(nèi)填砂采用抽砂泵水下抽吸，抽砂泵功率宜≥40 kW。箱格內(nèi)殘留的混凝土碎塊由潛水員水下作業(yè)清理。受損洞口處松動(dòng)的混凝土碎塊應(yīng)鑿除；向外彎曲、影響立模的鋼筋應(yīng)剪斷。

5.2" 水下混凝土灌填

澆注C30水下混凝土應(yīng)在清空箱格砂后跟進(jìn)施工，混凝土宜連續(xù)澆注，采用豎管法施工，通過導(dǎo)管將混凝土送入箱格底部。導(dǎo)管口到底部的初始距離≤0.3 m，澆筑過程中導(dǎo)管口應(yīng)埋入混凝土中≥1.5 m。每立方米水下C30混凝土加入水泥用量的9%微膨脹劑。

為提高施工澆注的能力，縮短施工時(shí)間，可采用雙導(dǎo)管灌注水下混凝土。混凝土澆筑到頂后應(yīng)預(yù)留好插筋。

5.3" 沉箱前壁外立面裂縫修補(bǔ)

寬度＞0.3 mm的裂縫采用化學(xué)灌漿法修補(bǔ)，采用環(huán)氧樹脂水下粘結(jié)劑作為補(bǔ)縫材料。

5.4" 現(xiàn)澆連接板

受損沉箱前軌道梁底板邊緣至中間隔倉，設(shè)800 mm厚現(xiàn)澆連接板，尺寸為16.55×6.55 m，底高程為2.95 m，頂高程為3.75 m。連接板采用C30普通混凝土澆筑，現(xiàn)澆前先鑿除箱格內(nèi)表層0.3 m混凝土。應(yīng)掌握潮位施工，避免澆筑混凝土的過程被潮水淹沒。

5.5" 結(jié)構(gòu)分縫及反濾

開挖沉箱頂中粗砂后應(yīng)查看受損沉箱兩側(cè)的倒濾腔內(nèi)回填料是否流失，若流失應(yīng)回填級(jí)配碎石反濾。倒濾腔頂部設(shè)反濾結(jié)構(gòu)，從下至上依次為沉箱側(cè)壁頂部50 mm厚M15水泥砂漿找平、400 mm厚預(yù)制混凝土蓋板、400 mm厚級(jí)配碎石倒濾層、土工布1層。

5.6" 沉箱頂回填砂

沉箱頂上回填砂宜優(yōu)先采用開挖砂，不足時(shí)外購內(nèi)摩擦角φ≥30°的中粗砂回填，其含泥量≤10%?；靥钌皯?yīng)振沖處理，填料密度要達(dá)到中密，標(biāo)貫擊數(shù)≥18擊。

5.7" 高強(qiáng)聯(lián)鎖塊鋪面

碼頭面層結(jié)構(gòu)采用C50混凝土連鎖塊鋪設(shè)，單塊厚為140 mm，其下為回填振沖中粗砂。塊體間的縫隙寬度≤5 mm，縫隙內(nèi)應(yīng)用細(xì)砂填料填實(shí)。聯(lián)鎖塊在不便鋪筑處現(xiàn)澆C30混凝土。

6" 結(jié)語

由于船舶意外撞擊碼頭結(jié)構(gòu)造成的破壞具有隨機(jī)性，在對(duì)受損碼頭結(jié)構(gòu)的修復(fù)過程中，掌握碼頭受損情況是制定科學(xué)合理修復(fù)方案的關(guān)鍵，應(yīng)對(duì)受損結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面檢測(cè)評(píng)估；設(shè)計(jì)修復(fù)方案時(shí)應(yīng)當(dāng)結(jié)合檢測(cè)結(jié)果和碼頭結(jié)構(gòu)形式具體分析。本文提出的重力式碼頭修復(fù)方案，具有典型的代表性，可為今后類似問題提供解決思路。

［1］林" 彬，梁昊文，蔡偉成，等.某海港碼頭的撞損修復(fù)［J］.水運(yùn)工程，2006（2）：39-42.

［2］姜金勇.碼頭受船舶撞擊結(jié)構(gòu)受力及安全分析［J］.中國水運(yùn)，2021（8）：94-98.

20240312