码头结构加固改造工程的技术要求和方法

邢 尧，高凌霄

（中交天津港湾工程设计院有限公司 大连分公司，辽宁 大连 116001）



码头结构加固改造工程的技术要求和方法

邢 尧，高凌霄

（中交天津港湾工程设计院有限公司 大连分公司，辽宁 大连 116001）

摘要：为保证港口作业安全，节约岸线资源，交通运输部于2009年开展沿海港口码头加固改造工作。本文以大连某码头工程为例，浅析了码头结构加固改造工程方案设计要求与方法，以期为今后类似的方案设计提供参考和借鉴。

关键词：码头结构加固改造；岸线利用；结构复核

引 言

为了适应经济社会发展需要，节约岸线资源，保证港口作业安全，交通运输部在2006年沿海港口靠泊能力核查工作和沿海港口码头改造试点工作的基础上，于2009年开展了沿海港口码头结构加固改造工作。沿海港口码头结构加固改造的主要范围是：对原交通部和各省级交通主管部门在2006年靠泊能力核查中给予缓冲期的泊位，如需继续靠泊超过原设计船型船舶的，必须进行码头结构加固改造；对原交通部和各省级交通主管部门在2006年靠泊能力核查中给予核准的泊位，鼓励进行码头结构加固改造；对2006年1月1日后经有关交通主管部门竣工验收合格，但不能满足生产要求，需靠泊超过原设计船型船舶的，可申请进行码头结构加固改造。

1 码头结构加固改造有关原则及内容要求

1.1有关原则

1）以改造后确保安全、地基基础稳定为原则。加固改造项目不涉及到泊位安全等级以及码头使用功能的变化。

2）加固改造项目不允许新增岸线。码头加固改造是在原有码头的基础上进行少量的结构改造工程，需要新增岸线的项目将不认为是加固改造项目。

3）码头结构加固改造方案中，应以拟靠泊的最大设计代表船型满载靠泊作为码头结构计算标准。

4）符合报送码头结构加固改造工程的泊位，在加固改造方案报送前必须完成竣工验收。

5）码头结构加固改造项目宜大不宜小、宜普不宜危，3 000 t以下码头建议走发改委项目审批程序或技改程序。

6）申报加固改造项目的企业应有迫切的需求性和充分的必要性。

1.2 改造工程方案的技术要求

1）总平面布置

加固改造的码头工程不得增加使用新的港口岸线，如需增加港口岸线需办理相关审批手续，码头前沿线位置原则上不得改变。

码头前沿水下地形资料应采用最新测量资料，资料年限原则上不应早于2009年。

2）装卸工艺

码头结构加固改造不涉及装卸货种、运能的变化，但需核算现有装卸设备是否满足最大设计船型装卸的要求。

3）水工建筑物

码头结构加固改造方案中，应以拟靠泊的最大设计代表船型满载靠泊作为码头结构计算标准。码头结构计算时，码头前沿设计泥面高程取值标准，原则上应按设计低水位下最大设计船型满载吃水考虑。结合航道、岸坡情况，码头前沿水深可不强制要求达到设计水深。

加固改造方案应列出原码头设计荷载及参数取值，关于工艺荷载标准，如不涉及装卸设备的改变，则工艺荷载取值可以参考原设计，但不得低于原设计标准；船舶荷载计算应按规范要求取值，且不得包含限定条件。

如利用原有码头结构，应复核原结构现有桩基、上部结构、水平位移等是否满足规范要求；如原有结构不满足最大设计船型满载靠泊要求，需增设新结构段的，应补充新增结构相关内力计算。

按照加固改造设计泥面高程，补充复核码头岸坡整体稳定。

4）加固改造设计单位应对码头检测中发现的受损构件提出修复方案；对因检测（如混凝土取芯、基桩完整性检测等）导致的码头结构局部破损，提出相应的修复措施。

2 码头结构加固改造工程案例

2.1 概况

拟加固改造工程系大连市某3 000 t级油品装卸码头两座，年设计通过能力80万t。码头主体结构采用高桩梁板式结构。每座码头平台长59 m，宽15 m。桩基均采用φ1 200 mm嵌岩灌注桩；栈桥尺寸1号码头为69.6 m×7 m，2号码头为103.6 m×7 m，桩基采用φ800 mm嵌岩灌注桩；平台两侧各设2 个8.5 m×6.5 m系缆墩，桩基采用φ1 500 mm嵌岩灌注桩；系缆墩与码头平台之间采用1.2 m宽人行钢过桥相连，每座码头的泊位长度均为155 m，码头面高程为3.75 m（85高程），码头前泥面高程-13.6 m（85高程）。码头平台与系缆墩上均设置550 kN系船柱。

图1 码头现状

考虑到工程所在地水深条件较好，原工程在设计时已为日后停靠更大船型提供了结构预留。现业主公司对其所属部分的2#码头泊位进行加固改造，将原有3 000 t级油船泊位加固改造为10 000 t级油船泊位。

表1 设计船型主尺度

2.2 自然条件

1)水文

设计水位（85国家高程系统）：设计高水位1.82 m；设计低水位-1.38 m；极端高水位3.20 m；极端低水位-2.39 m。

该水域大潮最大流速81 cm/s，流向193°，推算最大流速113 cm/s，流向203°。

本工程港址所在地掩护良好，全年≥0.6 m波高频率为5.4 %，年平均波高为0.2 m。据附近实测资料，当强台风侵袭时，最大浪高H=1.7 m，最大周期为5.3 s。计算波浪条件时按有掩护的码头考虑。

2)工程地质

勘察结果表明，本场地不存在不利于场地稳定的断层、断裂构造和软岩夹层、古滑坡体、岩溶洞穴等不良地质现象，场区稳定性较好，场地和地基稳定。本工程选择中风化岩层作为桩基持力层。

2.3 工程结构检测结果

为了给本工程的改造方案提供依据，业主委托检测公司对码头进行了现场检测。检测结果为：

1）码头外观整体情况基本完好，个别基桩桩顶混凝土及防腐涂层脱落。

2）码头沉降、位移较小，未发生不均匀沉降和倾斜。

3）码头主要构件各项耐久性参数正常：混凝土强度均满足原设计等级要求，结构验算时可采用原设计值；混凝土碳化深度远小于保护层厚度；各区域构件在设计钢筋位置处的氯离子含量均低于临界值；保护层厚度基本满足原设计要求；完好构件的钢筋未发生锈蚀，结构验算时钢筋强度可取原设计值。

4）码头基桩泥面处无明显淤积。码头基桩完整性总体情况良好，无Ⅱ类、Ⅲ类或Ⅳ类桩。

5）码头接岸结构外观完好，无明显错位、坍陷现象，混凝土结构无破损、裂缝、露筋等情况。接岸结构沉降、位移均微小，基础完好，无冲刷、淘空等情况。

6）码头岸坡稳定，未发生明显变形，外观完好，无明显滑移、坍陷、破损等情况。

7）码头部分橡胶护舷、系船柱、护轮槛等停靠船防护设施均完好。

8）各泊位前沿水深无明显淤积。

2.4 总平面布置方案

1）平面布置方案一

图2 码头总平面布置方案一

改造工程总平面布置计划在原2#码头的基础上，在原1#码头与2#码头之间，新建一座系缆墩，系缆墩上设置550 kN系船柱，通过使用新建系缆墩达到停靠10 000 t级油船的要求。新建系缆墩在业主公司两座码头之间，不属于新增岸线。新建系缆墩后，码头长度增加为181.7 m。

2）平面布置方案二

改造工程总平面布置计划在原2#码头的基础上，直接在1#码头最南端的系缆墩上新建一座550 kN快速脱缆钩，通过使用快速脱缆钩达到停靠10 000 t级油船的要求。使用1#码头系缆墩后，2#码头长度增加为207.2 m。

其余结构形式与方案一相同。

图3 码头总平面布置方案二

3）平面方案比选

平面方案一码头平面布置对称、合理，但需要在两座码头之间新建一座系缆墩，较方案二造价高，需要办理用海手续。

平面方案二较方案一投资少，施工简单，但带缆方式复杂，实际可操作性不高，故本工程推荐平面布置方案一。

2.5 水域尺度核算

1）码头长度核算

对于有单个一字型布置的泊位，泊位长度可按下式确定：Lb=L+2d。

式中：设计船长L为141 m；富裕长度d取14 m；经计算，Lb=169 m。

现有2#泊位长度为155 m，利用1#码头系缆墩后（总平面方案二），码头长度为207.2 m，可以满足10 000 t级油船停靠要求。如在1#与2#码头间新建系缆墩（总平面方案一），则码头长度增加为181.7 m，也满足要求。

与其相邻的1#泊位长度为155 m，结构加固改造后两泊位间的船舶间距为90 m，《海港总平面设计规范》4.4.3要求相邻油品泊位的船舶间距不小于35 m，满足要求。

2）码头顶面高程

根据《海港总体设计规范》第5.4.8条，本工程码头顶面顶高程应分别按上水标准和受力标准分别计算。

按基本上水标准计算：E=设计高水位H+ （1.0~2.0）m=1.82+(1.0+2.0)=2.82~3.82 m。

按复核上水标准计算：E=极端高水位H+ （0.0~0.5）m=3.20+(0.0+0.5)=3.20~3.70 m。

按受力标准计算：E=DWL+η－h0+ΔF+h= 1.82+0.9－2.32+（0~1.0）+2.55=2.95~3.95 m。

根据以上公式计算，码头前沿高程应取3.20 m以上，现码头顶高程为3.75 m，满足规范要求。

3）码头前沿设计水深

码头前沿设计水深是指在设计低水位以下的保证设计船型在满载吃水情况下安全停靠的水深，根据《海港总体设计规范》第5.4.12条，其深度按下式确定：

码头前沿设计水深：D=T+Z1+Z2+Z3+Z4；经计算，E=-10.6 m。则码头前沿底高程取-10.6 m，根据现有水深测图，2#码头前沿实际水深-13.6 m。满足要求。

4）其他

经核算，码头停泊水域、回旋水域、制动水域、航道有效宽度、航道设计水深等条件，均满足10 000 DWT油船的使用条件。

2.6 主要外力计算结果及核算

经核算，10 000 t级油船满载时为本工程控制工况，对应的主要外力计算结果如下：

1）船舶上风荷载

风压力按9级风，V=23 m/s考虑。

经计算：横风作用下Fxw=235.7 kN；Fyw=0 kN。

纵风作用下Fxw=0 kN；Fyw=72.7 kN。

2）船舶上水流力

按估算最大流速计算，估算大潮最大流速113 cm/s，流向203°。

经计算，Fxc=406.2 kN，Fyc=221.0 kN。

3）船舶系缆力

经核算，9级横风，同时水流流速1.11 m/s，流向角26°同时出现时为系缆力的控制工况，对应的计算结果，单个系船柱系缆力的标准值N=451.6 kN。

通过上述计算，现有系船柱设计荷载为550 kN，系船设施满足升级使用要求。

4）其他

经核算挤靠力、撞击力等其余指标，码头现有靠船设施也满足10 000 DWT油船停靠舶的使用要求。

2.7 主要作用与结构核算结果

根据《高桩码头设计与施工规范》（JTS167-1-2010），2#码头原结构计算复核结果见表2、表3。

表2 2#码头桩基核算

表3 2#码头横梁核算结果

1#码头系缆墩结构核算时，设计考虑在9级横风与最大水流力同时出现时，新建550 kN快速脱缆钩承受2#码头10 000 t级油船系缆力，同时系缆墩上原有550 kN系船柱承受1#码头3 000 t级油船系缆力的受力状况。

经计算，系缆墩核算结果见表4。

表4 系缆墩桩基计算结果

经以上核算，原码头结构满足停靠10 000 t级油船的使用要求。

3 关于码头结构加固改造工程的些许心得

1）由于“码头结构加固改造工程方案”编制的相关内容应同时达到工程可行性研究和初步设计阶段的深度要求。在方案编制的过程中，除了要重视码头结构核算外，对于加固改造可行性与必要性的论述也应足够重视。

2）加固改造方案设计过程中，应对照改造加固原则严格执行，方案设计注意严格不增加岸线。

3）近几年港口工程规范更新较快，应注意使用新规范对原有码头结构进行复核。

4 结 语

码头加固改造是国家建立资源节约型社会，适应社会发展需要，节约岸线资源的重要手段之一。大连市某石化公司码头结构加固改造工程方案是我们对结构码头改造工程的初次试水，工程设计过程中我们力求达到结构安全稳定与造价最低的结合统一。希望本文对码头结构加固改造及类似的减载靠泊设计带来一定的参考价值。

专利名称：边长为700 mm的预制预应力混凝土空心方桩

专利类型：实用新型

专 利 号：ZL 2013 2 0507301.4

专利权人：中交第一航务工程勘察设计院有限公司

技术领域：本实用新型涉及桩基工程结构技术，特别是一种边长为700 mm的预制预应力混凝土空心方桩。

专利摘要：本实用新型提供一种边长为700 mm的预制预应力混凝土空心方桩，该空心方桩外形截面为方形，空心方桩的桩身为桩顶实心部分、中间空心部分、桩底实心部分，桩顶实心部分上面设有后浇的桩帽，空心为圆形，空心方桩的桩体内设有钢筋，所述桩底实心部分设有钢筋混凝土桩尖。本实用新型的效果是该预制预应力混凝土空心方桩的抗弯、抗压承载能力和单桩垂直极限承载力较650 mm×650 mm的混凝土方桩均有所提升，可以达到7 000 kN以上，比相同截面积圆桩具有更大的摩阻力，又在造价上较大直径管桩更为经济。该预制预应力混凝土空心方桩外形为方形，利于配筋，堆放和储藏方便安全，施工速度快，工程质量高。

Technical Methods and Requirements for Wharf Structure Reinforcing and Reconstruction Project

Xing Yao, Gao Lingxiao
(Dalian Branch of Tianjin Port Engineering Design & Consulting Co., Ltd. of CCCC First Harbor Engineering Co., Ltd., Dalian Liaoning 116001, China)

Abstract:In order to guarantee the safety of port operation and save shoreline resource, the Ministry of Transport carried out the coastal wharf reinforcing and reconstruction work in 2009. One terminal project in Dalian has been taken as an example to briefly analyze the design methods and requirements for the wharf structure reinforcing and reconstruction, which will provide a reference for similar design in the future.

Key words:wharf structure reinforcing and reconstruction; shoreline utilization; structure re-check

作者简介：邢尧（1983-），男，工程师，主要从事港口航道设计和研究工作。

收稿日期：2015-04-17

DOI:10.16403/j.cnki.ggjs20160108

中图分类号：U656.108

文献标识码：A

文章编号：1004-9592（2016）01-0034-05