某內河碼頭固定起重機基礎改造設計

◎狄宇倫 廣東省航運規劃設計院有限公司

1.項目背景

該工程位于廣州省淡水河右岸，碼頭于1993年竣工投產，碼頭現有1個5000噸級通用散貨泊位，泊位總長160米。碼頭結構采用透空式高樁梁板結構，采用門機抓斗加漏斗裝車的作業方式裝卸糧食。其中有一臺門機，由于超齡及金屬結構存在安全隱患，已報備了港航事務中心。作報廢處理。由于，近幾年的10噸門機生產廠家不作生產，同時隨著船舶大型化、專業化、自動化的發展，碼頭原有港口規模及裝卸設備難以適應現狀物吞吐量及裝卸能力的需求。因此，本次設計補充一臺45t固定吊，作為補充碼頭前沿生產作業的設備。

2.自然條件

2.1 設計水位

本報告的高程系統采用當地理論最低潮面。

設計高水位：3.05m（106.32m） （高潮10%）；

設計低水位：0.37m（103.65） （低潮90%）；

校核高水位：4.06m（107.34） （50年一遇高潮）；

校核低水位：-0.41m（102.87） （50年一遇低潮）。

2.2 泥沙及波浪

淡水河屬少砂河流，河床比較穩定。據有關研究分析，本河段潮流為往復流性質，河流的懸移質和推移質均小于東江北干流，淤積甚微。本河段距外海較遠，外海傳入的波浪受河床及沿岸地形等因素的影響，至本河段時已大大減弱，且本碼頭屬透空式樁基結構，故本碼頭水工結構對波浪作用的影響可以忽略不計。

2.3 工程地質

依據現狀碼頭的相關地質勘查報告，本工程碼頭所處地區地質分布比較均勻，起伏不大，上軟下硬。基本上分為灰色淤泥，灰色亞粘土（局部為灰色淤泥質亞粘土），灰色中粗砂和砂頁巖風化層。

2.4 地震

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2001），本區地震基本烈度為7度，設計基本地震加速度為0.10g，區內建筑物抗震設計應據此設防。

3.改造設計方案難點重點

依據舊碼頭的檢測與評估報告，舊碼頭樁基仍可承受部分作用力。因此充分利用原碼頭結構，保證新舊結構的結合性，是本次改造設計的重點難點。

4.總平面布置

4.1 總平面布置原則

總平面布置需與港口總體規劃相協調，并滿足《海港總體設計規范》（JTS 165-2013）等相關規范要求。

充分考慮碼頭現狀裝卸工藝，盡可能減少對現狀門機作業環境的影響。

在滿足補充功能的前提下，盡可能利用現有碼頭結構，降低工程造價，節約投資。

4.2 設計船型主尺寸

本次設計為補充原碼頭前沿生產作業的裝卸設備而進行的局部改造工程，根據規范選取船型見表1。

表1 設計代表船型尺度（單位：m）

4.3 原碼頭平面布置

原碼頭前沿線離開岸線（防洪堤）約45m，走向基本與堤岸平行。碼頭占用岸線總長度為160m，順岸布置一個5000DWT泊位，結構按靠泊5000DWT散、雜貨船設計。泊位總長度為160m，碼頭平面尺寸為160m×25.8m。

碼頭、引橋面高程為4.46m；前沿停泊水域寬度為38m，碼頭前沿底高程為-7.7m；回旋水域短軸長為186m、長軸長度為310m，底高程設計值為-7.7m。

4.4 總平面布置方案

充分考慮碼頭現狀門機的作業環境，并結合業主的實際需求及后方工藝流程的布置，總平面布置方案固定吊機墩臺布置在碼頭上游一側，吊機墩臺尺度：長×寬×厚=12.3×5.9×2.51m，吊機墩臺沿著碼頭前沿線方向長度為12.3m，垂直碼頭前沿線方向長度為5.9m，現狀碼頭面頂高程4.46m，底高程1.87m；為避免墩臺面局部積水，吊機墩臺頂面高程略高于碼頭面，并做自然排水坡；吊機墩臺中心距離碼頭前沿7.5m，距離碼頭上游一側邊緣26.05m。總平面布置方案詳見圖1。

圖1 碼頭改建結構平面圖

4.5 主干管線綜合布置

本工程為碼頭改造工程，碼頭新增固定式起重機供電管線沿已有電纜溝鋪設，其余配套管線沿用原碼頭布置。

5.水工建筑物

本次設計在碼頭泊位長度方向設置1個吊機墩臺，拆除范圍為碼頭上游一側結構段局部范圍，拆除改造吊機墩臺位置原碼頭梁板結構，為保證新舊結構的整體剛度，保留拆除范圍內原結構橫梁。

5.1 原碼頭結構

碼頭結構設計為樁基梁板結構，由南向北分3個結構分段，共27個排架，基樁采用500×500mm預應力方樁，排架間距6.4m，排架每榀樁基布置2根3∶1的斜樁及7根直樁組成。梁系為預制安裝結構。碼頭上部結構主要包括樁帽、橫梁、縱梁、軌道梁、面板等，砼標號均采用C30。

5.2 原碼頭結構檢測與評估

原碼頭結構前期做過多次檢測以及質量評估。依據最新的檢測與評估報告說明，碼頭結構整體外觀良好，個別構件局部存在混凝土剝落、露筋情況。構建劣化度綜合評定為A級；樁基試驗工檢測247根混凝土方樁，其中Ⅰ類樁242根，占所測樁數的97.98%，Ⅱ類樁5根，占所測樁數的2.02%，無Ⅲ類樁與Ⅳ類樁。

根據檢測結果，墩臺與舊碼頭澆筑成整體，舊碼頭樁基仍可承受部分作用力。

5.3 碼頭工藝荷載

碼頭前沿堆貨荷載：20kN/m2。

起重運輸機械荷載：45t固定吊：水平力600kN，垂直力5000kN，傾覆力矩19000kN.m。

移動荷載：Q35牽引車+載重20t平板車。

5.4 水工建筑物結構改造方案

考慮到現狀碼頭護岸拋石的影響，本工程樁基礎選用灌注樁。

5.4.1 水工結構方案一

拆除范圍：對原碼頭結構H-E行（不含H、E）22-24列內縱梁及面板拆除，包括4根Z2-1縱梁和12塊P1面板。

吊機墩臺樁基礎：吊機墩臺下部布置6根Φ1200灌注樁，樁底標高為-32m。

吊機墩臺：墩臺尺度：長×寬×厚=12.3m×5.9m×2.51m。新吊機墩臺與原結構橫梁澆筑在一起。縱梁和橫梁與吊機墩臺結構界面進行鑿毛處理。墩臺面頂高程4.46m，底高程1.87m。墩臺中間的吊機底座頂為便于排水，頂高程設計為4.51m。結構方案詳見圖2。

圖2 改建后結構斷面圖 （水工結構方案一）

5.4.2 水工結構方案二

吊機墩臺尺度與結構方案二相同，不同的是結構方案一吊機墩臺樁基礎由下部布置6根Φ1200灌注樁，而結構方案二樁基礎由下部布置4根Φ1500灌注樁。

拆除范圍：與結構方案一相同。

吊機墩臺樁基礎：吊機墩臺下部布置4根Φ1500灌注樁，樁底標高為-33m。

吊機墩臺：與結構方案一相同。

6.結構計算

本次計算采用“易工水運工程結構CAD集成軟件”對結構進行建模計算。

碼頭作用包括結構自重、船舶作用力、人群荷載、堆貨荷載、流動機械荷載等。各作用效應按《港口工程荷載規范》（JTS 144-1-2010）對實際可能在碼頭結構上同時出現的作用，按不同水位情況下相應的持久狀況，短暫狀況及偶然狀況予以考慮組合。

6.1 結構方案一

吊機墩臺采用Φ1200mm灌注樁與原結構500×500mm方樁結構（G-23、F-23共2根）形成基礎，灌注樁持力層進入頁巖中風化不少于2倍樁徑，其樁基內力和單樁承載力設計值見表2。

表2 樁基承載力計算結果表

6.2 結構方案二

當吊機墩臺采用Φ1500mm灌注樁與原結構500×500mm方樁結構（G-23、F-23共2根）形成基礎，經過試算，門機主導作用時，原結構500×500mm方樁超過單樁軸向承載力，因此結構計算時吊機墩臺僅考慮采用Φ1500mm灌注樁形成基礎，灌注樁持力層進入頁巖中風化不少于2倍樁徑，其樁基內力和單樁承載力設計值見表3。

表3 樁基承載力計算結果表

6.3 方案比選

結構方案一樁基礎采用6根Φ1200灌注樁與原結構500×500mm方樁結構（G-23、F-23共2根）形成基礎，方案二樁基礎采用4根Φ1500灌注樁，兩個方案均可行，不同之處在于樁基礎的布置不一樣，但各有優缺點，詳見表4。

表4 結構方案比選表

結合樁基礎受力及施工方法分析，結構方案一樁基礎受力分布更均勻，與原碼頭結構結合較好，整體性好；結構方案二灌注樁樁徑及樁底高程與原碼頭方樁相差較大，整體性較差。入巖深度較深，后期沖孔較困難。綜合考慮，本次設計推薦結構方案一。

7.設計體會和結論

（1）原碼頭結構檢測與評估的結論對碼頭結構改造有重要的參考與指導意義，改造設計前需充分對原碼頭的樁基礎、碼頭構件等做充分的檢測以及質量評估。

（2）碼頭改造設計總平面布置需充分結合業主需求、協調現狀裝卸設備的布置，盡可能減少對現狀裝卸設備作業環境的影響。在滿足補充功能的前提下，盡可能利用現有碼頭結構，降低工程造價，節約投資。

（3）樁基礎在滿足極限承載能力狀態下單樁軸向承載力的前提下，樁基選型盡可能選用與原碼頭結構樁基礎直徑相近的型號，充分利用原碼頭樁基礎，保證與原碼頭結構結合的整體性。

（4）原結構拆除時需注意對原碼頭結構的保護，盡可能的保留原結構受力鋼筋，新建結構依據現場施工情況，合理采用植筋，嚴格按照相關規范施工，保證與原碼頭結構的連接性、整體性。

（5）灌注樁施工時，可在碼頭面板打孔，利用原碼頭結構作為施工平臺。

（6）澆筑新建構件混凝土時，需注意有關預埋件的預埋。

8.總結

隨著船舶大型化、專業化、自動化的發展，港口大型化、專業化、裝備現代化的趨勢明顯。老港港區原有港口規模及裝卸設備難以適應現狀吞吐量及裝卸能力的需求，同時港口岸線是一種稀缺且不可再生的寶貴戰略資源。通過對現狀碼頭結構進行結構升級和改造，對節約和優化岸線資源、解決高速發展帶來的碼頭設計吞吐量及裝卸能力不足的問題有重要意義。