淺談錨桿在方塊碼頭改造中的應用

左月飛

(山東港通工程管理咨詢有限公司，山東 煙臺 264000)

0 引 言

老舊重力式方塊碼頭改造的原因眾多，如碼頭面荷載增加、增添新設備、碼頭使用功能變化等。老舊碼頭改造需用現行規范對其結構進行核算，由于老舊碼頭都是按當時規范進行的設計，所取參數普遍偏小，故碼頭穩定性等核算結果大多偏小，不符合現行規范。故而老舊碼頭改造的主要方向就是滿足碼頭穩定性，常用的施工方法是加大碼頭胸墻自重、碼頭后方打樁等，但是這些方法都存在大量破壞碼頭現有面層、長時間影響碼頭作業等問題。故而，討論錨桿這種結構簡單、工程量小、破壞小的后錨固改造方法非常必要，后錨固技術是通過相關技術手段在既有建筑上的錨固，包括膨脹型錨栓、擴孔型錨栓、化學錨栓和植筋等四類錨固連接方式[1]，本文討論的錨桿錨固機制類似植筋。作者根據威海某石油碼頭快速脫纜鉤改造工程的應用，計算、討論錨桿結構的使用，希望能為以后類似工程提供參考。

1 脫纜鉤基礎核算

威海某石油碼頭為重力式方塊結構，改造內容為增設100 t雙鉤快速脫纜鉤及靠泊輔助設施。主要核算內容為對脫纜鉤基礎進行核算。以下為碼頭穩定性的簡單核算。

1.1 系纜力

根據船型及荷載規范[2]計算系纜力為750 kN，豎向夾角15°、水平夾角30°，作用點距碼頭面1 m。則：

豎向分力：750×sin15°=194.1 kN。

垂直岸線水平分力：750×cos15°×sin30°=362.2 kN。

作用點距碼頭前沿2.0 m、距胸墻底4.1 m，對胸墻前沿底：豎向力為194.1 kN，水平力為362.2 kN，傾覆力矩為362.2×3.7+194.1×2.0=1 728.3 kN·m。

1.2 胸墻自重

設計高水位2.38 m，胸墻高程從標高1.40到4.50 m、截面3.0×3.1 m，長度10.55 m，混凝土重度23.5 kN/m3、13.5 kN/m3。

豎向合力:[3.1×3.0×13.5+(4.5-2.38)×3.0×10]×10.55=1 995.5 kN。

穩定力矩：1 995.5×3.0/2=2 993.3 kN·m。

1.3 土壓力

塊石水上重度17.0 kN/m3，水下重度9.0 kN/m3，Ka=0.172，則土壓力合計水平力為13.39×10.55=141.3kN，傾覆力矩為13.39×1.068 21×10.55=150.9 kN·m。

1.4 均載壓力

合計水平力為15×0.172×3.1×10.55=84.4kN，傾覆力矩為84.4×3.1/2=130.8kN·m。

1.5 穩定性驗算

根據碼頭結構設計規范[3]，經計算，抗滑滿足要求。傾覆力矩計算結果為2 746.9 kN·m，穩定力矩計算結果為2 394.6 kN·m，故不滿足規范要求。

2 胸墻改造

2.1 胸墻加寬

由以上核算結果可知，穩定力矩小于傾覆力矩，而穩定力矩只有通過胸墻自重產生，故而要使穩定力矩大于傾覆力矩，傳統的做法是拓寬胸墻寬度，增大胸墻自重，如圖1所示。筆者通過逐漸增大胸墻寬度，直至碼頭胸墻穩定力矩大于傾覆力矩，得出胸墻加寬量為0.5 m。這種加寬胸墻的方案，施工步驟主要有碼頭面層鑿除、后方回填料開挖、胸墻鑿毛、混凝土澆筑、后方回填料回填，最后恢復碼頭面層。特點是開挖量較大，施工工序較多。

圖1 胸墻加寬斷面圖

2.2 錨桿結構

針對此工程胸墻傾覆力矩大于穩定力矩的情況，也可以使用錨桿結構解決問題，胸墻后沿設錨桿，使荷載傳遞至卸荷板，如圖2所示。錨桿距碼頭前沿2.0 m，錨桿使用HRB400鋼筋，直徑25 mm。錨桿按裂縫開展寬度控制其允許應力120 MPa。

圖2 錨桿結構斷面圖

單根允許拉力為12.52×3.142×120=58 912N，穩定力矩為58.9×2.0=117.8kN·m。

根數為(2 746.9-2 394.6)/117.8=2.99根，實際工程中考慮到胸墻結構段長度及卸荷板長度，實際取4根，間距1.4 m。

胸墻加寬與錨桿結構對比，見表1。

表1 胸墻加寬與錨桿結構對比

3 結束語

本文實例是個非常簡單的碼頭改造工程，通過對碼頭穩定性的簡單核算，又通過對傳統常用加寬胸墻施工與錨桿結構對比，可以形象地看到傳統加寬胸墻的施工工序多、開挖量大，施工時間較長，甚至嚴重影響碼頭使用。化學植筋是將鋼筋膠結固定于混凝土基材錨孔中形成錨固作用。雖然化學錨栓在幕墻工程的應用中表現出了突出的特性，但是化學錨栓在施工過程中受各種因素的影響，如工人的施工工藝、施工過程的環境溫濕度，基材的物理化學性質等，其施工質量是否達到標準要求并不能直接體現出來，所以需要進行抗拔承載力試驗對其質量做有效驗證[5]。化學植筋在施工過程中常常存在注膠不飽滿、錨固深度不足的問題，因此施工相關方需特別注意。本案實例中錨桿結構的施工過程中應用了水鉆工藝，相對于傳統的機械鉆孔工藝更加先進。隨著我國各行各業的蓬勃發展，新工藝、新材料的應用，工程領域也會進入到一個高速發展的時代。港口設計工程師的設計方法、理念、思路更加多樣化，本文通過錨桿結構的巧妙應用，希望為以后類似工程設計提供一個思路，起到一定的參考作用。