原创《大型重力式矿石码头改造工程的设计分析》
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摘 要：文章以实际工程为例,对码头工程现状进行了分析,然后从码头主体结构设计、基床改造加固设计、码头附属设施设计、配套工程设计等几个方面对码头泊位改造工程的设计进行了分析,最后对码头泊位改造工程中需要注意的地方进行了探讨.
关键词：码头泊位护弦钢架大型矿石码头
1.工程概况
某码头结构为典型的重力式方块码头,后轨道梁采用钢管桩基础,码头后方陆域采用海砂吹填形成.主要施工内容为码头疏浚、码头结构施工、护岸施工、陆域回填及地基处理.码头岸线总长337m,码头基槽底标高需根据基础岩面确定,基床抛石分三层.本扩建工程位于河口,其可压实土壤层的厚度不等,并且基底岩石风化或分裂厚度不等.码头结构基床（里程CH204～CH337）可能坐落在此种地层上,这种土层很难达到承载力要求,并会出现较大的沉降及整体稳定性问题.因此必须对基础地基进行处理.
2.当前码头的基本情况
在码头平台基础施工过程中,主要由2排12列平行正交布置的圆柱构成,其中相邻两列圆柱的墩心距為34.5m,而前后排之间的中心距离则为23.4m,圆柱墩的直径为Φ13.6m,高度为27m,开孔率为20%.
在码头施工过程中,前后沉箱联系梁和T型梁、管沟梁以及钢结构轨道梁的预制高度都为3m,钢筋混凝土板预制的基本厚度则为0.5m,磨耗层的设计厚度为0.05～0.1m.
在抛石基床的处理过程中,主要采用10～100kg的石块进行处理,而持力层的基座则基本会放置于中等风化板岩之上,基床自身的基本厚度为1～3.5m.
最终获得结论：当前码头存在沉箱开裂现象,局部构件的混凝土有剥落和破损以及裂缝.最终的评估结果是码头当前的安全性和适用性以及耐久性都为B级.
3.对于码头结构的设计
3.1针对码头主体结构的设计
在码头结构整体稳定性和核心构件内力的核算过程中,在各种组合极为不利的情况下,码头自身的整体性依然可以满足要求,核心构件的内力设计值也与已经建成的构件相符,因此并不需要对码头的主体结构和构件进行改造.
3.2对于基床加固改造的设计
在码头前沿停泊区域正式开挖完成之后,应当对原码头前沿区域的底栅栏板进行完全拆除,在沉箱前趾的外侧应当填补0.5m的抛石基床,在此过程中所采取的抛石应当为10～100kg的块石,肩宽为0.5m,边坡的坡度为1：1.
从码头前沿的沉箱前趾外侧,按照1：1的坡度对原码头抛石基床开展挖出,要求挖出的厚度保持在1.5m左右,并与挖岩后码头前沿停泊水域底部保持同样的高度.
在处理码头前沿沉箱下抛石基床时,采用的是水下升浆的方式进行加固.按照同类工程的经验,在升浆的工程中,从前趾向后2m的范围内应该注浆饱满,升浆深度保持在2m；在2m之后的范围,升浆深度应逐渐减小.
最后采用袋装混凝土对码头沿箱前趾外侧进行填筑,要求抛填的厚度为2m,混凝土设计强度为C30,外侧坡度应控制在1：1.5.
3.3增加护弦钢架的设计
为了有效提高较大船舶靠岸时的安全性,需要增大船舶舭龙骨与码头之间的距离.该泊位改造采用的是在现有码头橡胶护弦后方增加钢筋设置的方法,增设的钢架厚度要求为1m,钢材表面需要采用热喷铝处理,从而避免被海水腐蚀.在固定过程中,首先应在码头前沿后置螺栓,然后将钢架的一端用螺母固定在上面,而钢架的另一端则利用螺栓与橡胶护弦进行连接.码头改造后断面图如图1所示：
3.4对码头结构的维护
为了保证码头结构达到设计的使用年限,应对码头结构的破损位置进行修复：首先将沉箱和构件混凝土出现剥落、破损和具有裂缝的混凝土表面进行凿毛,之后利用弹性或者柔性材料进行嵌缝,接着用聚合物砂浆抹平表面,支模现浇采用高性能修补材料进行修补,以此使构建恢复原貌,同时在修补区域表面用防腐材料进行涂抹.
3.5对配套工程的设计
该泊位的改造工程设计,需要根据设计船型靠泊时对码头泊位工艺设备、供电等的实际要求决定.通过计算发现,当前码头的配套设施能够满足设计船舶的靠岸需要,不用再进行调整.
3.6排架、横梁以及灌注桩的设计
（1）排架设计和受力分析
①排架的设计：因本码头改造之后的宽度最大加宽达到了8m,为了使灌注桩的单根刚度和承载力较大的特点得到有效发挥,该设计采用了单排灌注桩对码头上部结构进行支撑的方案,要求排架间的距离应保持在5m.
②排架的受力分析：为了使换算程序更加的简化,可将排架受力转化为平面问题,即横梁一端采用铰支座的方式进行支撑,而另一端则采用与灌注桩顶铰接的方式.由于灌注桩支撑在岩面上,加之其下端嵌入风化岩的深度为0.5m左右,因此可对其以固接考虑.系船柱及靠船构件都和横梁相连,如此码头所承受的水平力大部分就会通过横梁传递于原方块码头进行承载,并且横梁还要承载来自于面板、轨道梁等竖向荷载.灌注桩需要承受来自于横梁等上部结构的荷载以及内力作用.
（2）横梁的设计
由于靠船构件和系船柱都和横梁连接,通过横梁可以将码头收到的水平力传递到原方块码头,而且横梁还承受轨道梁和面板传递的竖向荷载,灌注桩主要承受横梁以及横梁尚不能结构荷载和自重产生的内力.按照受弯构件的设计原理,对该横梁采用倒T型复合截面进行设计.靠船构件应设计在横梁的外端下部,系船柱应设置在横梁外端的上部.门机轨道梁与前纵梁则在节点位置与横梁进行整体浇注.
（3）进行灌注桩的设计
根据排架受力分析发现,灌注桩承载着码头上部结构和设备的全部重量.由于灌注桩的沉降能够引起码头上部构件形成较大的附加内力,因此进行灌注桩的设计非常关键.通过对有关地质资料的分析决定,灌注桩按照支撑桩的标准开展施工,其下端应嵌入风化岩内约0.5m；在灌注桩的上端应设置桩帽,以便与横梁连接.因该工程运用的是单排灌注桩支撑上部结构的形式,所以灌注桩的施工质量非常关键,为了保证灌注桩的施工质量,该工程设计了永久性的灌注桩钢护筒.
4.结论
综上所述,文章以实际工程为例,从主体结构设计、基床改造设计、码头附属设施设计、配套工程设计几个方面对码头泊位改造工程进行了分析,通过在码头改造中应用灌注桩梁板结构,可以将原有结构的配套设施优点充分发挥出来,并且具有施工工期短、投入资金小、工艺简单等优点.此外还应不定期检测码头施工情况,当有异常情况出现时及时采取相应的安全处理措施,保证码头施工质量.
参考文献：
[1]奚静雯.浅议老港区码头加固改造方式[J].中国港口,2003（08）：39-39.
[2]刘安成,丁志军,朱汪来.提高重力式码头观感质量的施工控制措施[J].中国港湾建设,2003（04）：50-53.
设计分析论文参考资料：
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