老舊碼頭修復加固設計方案研究

◎ 徐昕 廣東正方圓工程咨詢有限公司

1.工程概況

某碼頭建成于1969年，位于廣東省沿海某地區，碼頭結構為高樁梁板式碼頭。碼頭作業平臺長128.0m，寬13.7m，共設26榀排架。碼頭作業平臺通過三座引橋與陸域銜接，引橋平面尺度均為15.5m×9.5m。碼頭及引橋樁基均為500mm×500mm的混凝土方樁，后方接岸及護岸均為漿砌石擋土墻結構。碼頭自投入使用已有53年之久，由于長期受海水侵蝕及外力作用，部分構件受損嚴重，主梁及面板出現較多裂縫、鋼筋銹蝕、脫落等現象，存在較大的安全隱患。

為適應生產發展的需要，避免現有岸線資源浪費，排除安全隱患，需對該老舊碼頭進行修復加固方案研究[1]。

2.碼頭檢測、測量、勘察

原碼頭建設時間久遠，資料匱乏。碼頭的地質勘察、設計資料與竣工資料均遺失，僅有一次碼頭大修的草圖，且碼頭未進行過結構檢測。因此，開展修復加固工作存在諸多限制條件，僅憑大修草圖難以得出合理的修復加固方案。

由于碼頭所處區域自然條件惡劣，受外力作用的隨機性大，且老舊碼頭受力狀態復雜。為尋求科學合理的修復加固方案，有針對性的對碼頭進行修復加固，本次首先對原碼頭進行檢測與評估，針對碼頭的不同受損情況，依據現行標準、規范對其性能做出綜合評價；其次，對碼頭區域的水深地形及結構高程等展開測量工作；再次依據規范要求，對碼頭開展地質勘察工作，獲取巖土計算參數，為碼頭的修復加固方案設計提供基礎資料。

根據碼頭的檢測情況，碼頭面層存在多處缺陷，缺陷形態主要表現為開裂，最大開裂寬度為3.0mm；面板存在開裂現象，最大開裂寬度為1.0mm，有多處面板出現混凝土破損現象，屬耐久性劣化；縱橫梁、樁帽均存在不同程度的混凝土開裂及混凝土破損露筋現象，屬耐久性劣化；1根基樁存在破損露筋缺陷，4根基樁存在斷開缺失缺陷，12根基樁存在縱向裂縫缺陷；基樁與海床結合部基樁表面情況正常，未發現開裂、淘空、移位等缺陷。

3.碼頭處理方案

該碼頭重要部位及構件有部分中度損壞，次要部位及構件大部分重度損壞，其中引橋結構存在沉降、位移或變形，影響碼頭結構的整體穩定等情況。因此，本碼頭港口主要設施技術類別評為四類，技術狀態評為差。碼頭的安全性評價為C級，適用性評價為D級，耐久性評價為D級。

本碼頭結構修復加固方案設計在檢測結論的基礎上，結合碼頭的測量、地質勘察資料等，提出兩個方案進行比選。其中方案一為對碼頭進行整體修復加固：保留現有的樁作為儲備樁，同時對受損樁采取補強措施，對未損壞的樁進行常規保養。對上部結構受損嚴重的梁板等構件拆除重建；方案二為對碼頭進行局部修復加固，即保留碼頭現有結構，僅對檢測過程中發現的缺陷構件進行小范圍修復加固，同時在斷樁周圍增設基樁，對碼頭提出限制性使用措施。

方案比選：由于碼頭建設時間久遠，受當時技術水平和標準的限制，碼頭使用至今存在較多的安全隱患。隨著近些年來水運事業的快速發展，航道條件不斷改善，船舶大型化迅速發展，老舊碼頭漸漸無法適應港口的發展需求。因此，對該碼頭進行修復加固設計時，應在修復破損結構的同時，遠近結合，考慮碼頭的使用和發展需求，對結構進行可靠加固。修復加固方案應從安全性、科學性、經濟性等方面綜合考慮，并結合現狀碼頭存在的問題、修復加固施工可操作性、碼頭實際使用需求等方面，選取合理的處理方案。由于該碼頭現狀技術狀態差，且碼頭停靠船型較原設計大，如果僅對結構進行局部修復加固，將使碼頭在日后使用中存在較多的限制條件，也有可能造成新的安全隱患，無法從根本上徹底解決問題，增加日常維護的頻率。而對碼頭進行整體修復加固，不僅可有針對性的對結構缺陷進行修復，同時可根據碼頭來船噸位大小、使用荷載等，對結構進行整體加固，滿足使用需求。

綜上，從工程實施難易度、建設成本、安全性、船舶適應性等多方面進行比較，推薦方案為方案一，即對碼頭進行整體修復加固。

3.1 基礎（樁）處理方案

根據檢測分析，該碼頭樁身存在多處缺陷，其中有4根樁存在局部斷開缺失的現象，對碼頭承載力以及結構的穩定性均造成嚴重影響。碼頭原基樁為500mm×500mm的混凝土方樁，其抗彎性能稍弱，且使用已超過50年，樁的力學性能隨著結構的老化進一步削弱。本次修復加固方案考慮到水下舊樁拔除施工難度大、工期長，處理不當則容易對周邊土體產生較大擾動，且可能將樁拔斷，施工難度較大。因此設計中將舊樁保留作為儲備樁，針對斷樁、局部存在缺陷樁、未受損的樁分別采取相應的處理方式，并根據碼頭使用需求及受力情況，對樁基進行補強[2]。具體處理措施如下：

圖1 斷樁修復加固示意圖

（1）斷樁的處理方式。工程中較為常見的對斷樁修復措施為：采用設置封底鋼套筒灌注水下混凝土的方式進行修復。該碼頭斷樁位置分水上和水下兩種，方案中針對兩種工況選取有效的措施對其進行修復加固。

本次修復加固方案中拆除上部結構后，對缺陷位于水上的斷樁，首先將斷裂口鑿毛、沖洗，然后植入8根直徑25mm的鋼筋，用于斷樁的修復補強及與上部結構的連接；植筋完成后在樁外套550mm×550mm、壁厚15mm的鋼護筒；灌注混凝土。完成斷樁的修復加固。

對缺陷位于水下的斷樁，先采取措施創造可施工的條件，然后進行修復加固。本次采用550mm×550mm、壁厚15mm的鋼護筒（長度可結合施工水位及工藝合理分段），內側采用止水軟墊，從樁頭上部套入斷樁頂部1m左右（卡入殘樁頂部1m以上），以此來隔斷樁與外部的水，便于施工。抽干筒內水后對樁頭進行清洗、鑿毛，植入直徑25mm的鋼筋或自旋式螺桿8根，然后澆筑混凝土。

施工后鋼護筒保留并在表面涂刷防腐涂層。斷樁修復后需等強度滿足規范要求后，方可澆筑上部結構。

（2）局部存在缺陷樁的處理。根據檢測結果，樁基完整性檢測為Ⅱ類的樁，其水下部分的缺陷可不進行修復，水上部分的缺陷則按照以下方式進行修復加固：

對存在破損且有露筋缺陷的基樁，首先采用環氧砂漿對破損處進行修補，修補后在結構的表面粘貼厚度為6mm的Q235鋼板，并在鋼板外側采用U型卡環與樁箍在一起。通過鋼板與結構的協同工作，達到對受損樁修復加固的目的。為提高結構的耐久性，鋼板粘貼固定后，在其表面涂刷防腐涂層。

對存在縱向裂縫缺陷的基樁，根據裂縫的寬度采取不同的修補方式。對于裂縫寬度在0.3mm以內的基樁，采用注射法的方式，以低黏度、高強度的裂縫修補膠液進行修補，并在裂縫處用四層高強度Ⅱ級碳纖維布進行包覆處理；對于裂縫寬度在0.3mm以上的基樁，可采用注射法或壓力注漿法的方式，用裂縫修補膠液或改性聚合物水泥注漿料進行修補，同時在樁身范圍內粘貼厚度為6mm的Q235鋼板進行加固。

（3）未受損樁的處理。由于碼頭長期處于海水環境中，存在氯離子滲透、海生物附著等現象，均對結構造成不利影響。對未受損的樁，采取一定措施進行常規保養也是非常必要的。主要采取措施為：清理樁體，并對設計低水位以上的樁體涂刷防腐涂層，以提高結構的耐久性。

（4）碼頭整體樁基補強措施。由于利用現有的檢測手段，尚無法準確的判斷基樁的實際力學性能，對判斷基樁是否適合繼續使用造成了一定的困難。因此，方案對于受外力影響而導致受損或者斷裂的樁，采取增設樁以“二”代“一”的方式對樁基進行補強。增設的樁強度、受力等均應滿足要求，且不應發生碰樁現象。

本方案在1根受損樁附近的合理位置設置2根樁代替，另外，在每榀排架增設3根樁，提高碼頭的整體受力。碼頭原有的基樁均作為儲備樁，不納入結構力學驗算。采用此種樁基補強措施，不僅可避免直接利用舊樁可能存在實際受力不滿足的情況，又能利用舊樁的剩余力學性能，提高碼頭的整體穩定性和使用安全性。

該碼頭原第一排樁為靠船樁，橡膠護舷直接與樁固定，樁與樁之間無水平撐連接，當使用中操作不當或水平力較大時，可能造成靠船樁出現斷樁、移位等現象，對結構造成不利影響。結合該碼頭的使用特點及樁受損的區域特性，方案中在第一排樁外側增設一排樁，并設置靠船構件、水平撐等以避免應力過于集中到前排樁上，提高碼頭的整體水平抗力。

另外，由于新樁與舊樁受力狀態不同，舊樁經長期使用基本沉降穩定，新樁在一定時間內受上部結構及其他力綜合作用還會發生沉降，樁長選取的不合理，可能造成結構的不均勻沉降，對結構造成危害。因此，在確定新設樁的樁長時，應根據檢測得出的舊樁實際樁長，以及最新地質勘察資料、持力層的力學參數等，計算結構沉降量，確定合理的樁長。

（5）基樁類別的選取。碼頭基樁按成樁工藝分為打入樁、灌注樁和嵌巖樁三類。一般水上工程宜優先采用打入樁，由于該碼頭修復加固保留原碼頭的樁，增設樁以“二”代“一”的方式進行補強，若選用打入樁，打樁船無法進入，不具備施工可行性。根據碼頭的地質勘察資料以及施工可操作性，該碼頭增設的樁選用直徑1000mm的灌注樁，施工時可利用碼頭舊樁設置施工作業平臺，采用旋挖樁進行施工。

3.2 上部結構處理方案

根據檢測結果，碼頭的綜合定級為D級：耐久性不滿足設計使用年限要求，結構嚴重損壞。鑒于該碼頭面板、縱橫梁、樁帽等上部結構受損面積較大、受損較嚴重，且使用期間已進行過多次修補，即使對缺陷進行修復，構件的強度無法滿足碼頭日后使用荷載要求，存在較大的安全隱患。因此，方案對上部結構的處理方式為拆除重建。

上部結構拆除時，應注意保護樁頭部分鋼筋，借助風鎬、水刀、鋼釬等清除樁頭鋼筋四周包裹的混凝土；樁頭鋼筋若有生銹情況，可采用噴砂、鋼刷等，外表清洗可采用高壓水、壓縮空氣、丙酮等；樁頂嵌入上部結構段的鋼筋應滿足規范要求，當鋼筋長度不足時，可采用焊接方式適當加長。拆除上部結構時，若不慎對樁頭鋼筋造成破壞，應采用化學法植筋，植入深度及配筋率均應滿足規范要求[3]。

上部結構設計時，應根據現行規范和標準要求，并結合碼頭施工期與使用期的不同荷載組合，考慮施工可操作性等，選取合適的截面，進行合理設計，避免少筋或超筋破壞。另外，由于碼頭位于沿海地區，風浪較大，碼頭面板澆筑時需預埋Φ50mm的PVC管以形成透氣孔。

4.結論

目前港口已建碼頭存在達到設計使用年限后還需使用的現象較普遍，但因結構已達到設計使用年限，存在較多安全隱患。且碼頭建設時受當時技術水平和標準規范的限制，無法適應近些年來水運事業的快速發展。

為了恢復碼頭的使用功能，適應港口的發展需要，對老舊碼頭進行修復加固是十分必要和迫切的。在選擇合適的修復加固方案前需收集原碼頭的設計和竣工資料、地質勘察等基礎資料，詳細了解碼頭的現狀及存在問題，結合檢測、測量、勘察等具體情況進行多方案比選，選取科學、合理的修復加固方案。

本文通過對廣東某沿海碼頭工程的實際案例進行剖析，在老舊碼頭的資料采集、基礎及上部結構處理等方面提出較為科學、合理的處理方式，以期為廣大港航同仁在進行老舊碼頭修復加固設計時提供參考。