船舶意外撞擊下碼頭結構的檢測及修復方案

針對意外遭受船舶撞擊的重力式碼頭結構安全及修復問題，文章結合實例，對受損碼頭結構進行了檢測和評估，并根據檢測和評估結果給出了修復處理方案。結構計算和修復后的碼頭運行結果表明，被撞碼頭結構在修復后滿足使用要求，可為今后解決類似問題提供借鑒。

船舶撞擊；結構修復；重力式碼頭

U656.1A632063

作者簡介：

王大偉（1983—），碩士，高級工程師，主要從事港航工程設計及技術管理工作。

0" 引言

船舶在進港靠泊過程中，由于受波浪、風力、能見度和人為操作失誤等因素的影響，船舶失控碰撞碼頭結構的事故逐年增加，對碼頭結構和船舶造成了損失，甚至造成人員傷亡等重大安全事故［1-2］。2021年2月，一艘70 000噸級散貨船在進港靠泊時，由于操作失誤，導致正面撞擊到碼頭結構。經現場初步查勘，碼頭的沉箱結構外壁受損嚴重，出現破洞，沉箱倉格內粗砂大量外漏，碼頭面層塌陷，出現一個大坑。為了解碼頭的受損情況，對碼頭受撞結構進行了檢測評估，根據檢測結果，設計了合理的修復加固方案。

1" 碼頭概況

某沿海15萬噸級通用泊位，碼頭水工結構采用重力式沉箱結構，碼頭面高程為7.50 m，港池底高程為-17.80 m，單個沉箱高為20.75 m，長為17.95 m，寬為18.85 m，內部設置0.25 m厚的隔墻，均分為9個隔倉，單個隔倉的內部平面尺寸為5.35 m×5.35 m。沉箱作用在拋石基床上，基礎持力層為黏土層。黏土層指標為c=65 kPa，φ=18°；沉箱內為回填中砂，沉箱后方依次為拋石棱體、二片石、級配卵礫石倒濾層和中粗砂。沉箱頂上為現澆混凝土胸墻和軌道梁，胸墻為“L”型結構，頂寬為1.1 m，底寬為2.65 m，高為3.75 m，底部厚度為1.05 m。門機前沿軌道中心線距離碼頭前沿3 m，門機后方軌道距離碼頭前沿17 m，軌道梁均為倒“T”型結構，梁肋寬0.7 m，前軌道梁翼緣寬5.55 m，后軌道梁翼緣板寬4.5 m，厚度為0.8 m。碼頭水工結構斷面見圖1。

2" 受損結構檢測

事故發生后，港口運營單位委托檢測有限公司對受撞結構受損情況進行了檢測，檢測主要結論如下：

2.1" 沉箱結構

受撞沉箱外壁出現一橢圓形破損洞口，洞口頂距碼頭頂面約9.5 m，洞口上下長約10 m，最大寬度約2.5 m。洞口周邊出現4條裂縫，最大寬度約為30 mm，均貫穿。受損處有向內彎曲的橫豎向斷裂鋼筋，檢測時外露鋼筋表面已銹蝕，混凝土碎塊懸掛。破損洞口下方有大量粗砂堆積，堆積高度約為4.5 m，且粗砂隨流水持續外漏。受撞沉箱與兩側沉箱結構縫無明顯增大，與原設計寬度基本吻合。且受撞結構段兩側沉箱經潛水員初步探摸未發現明顯損傷。

2.2" 胸墻及護輪坎

受撞胸墻頂部與護輪坎連接處有混凝土刮傷、落現象，面積約5.0 m×0.25 m，混凝土最大受損厚度約20 mm。

2.3" 碼頭面層

碼頭聯鎖塊鋪面結構有約11.53 m×8 m的塌陷，塌陷深度約為5 m。

船舶意外撞擊下碼頭結構的檢測及修復方案/王大偉，黃" 鵬

2.4" 橡膠護舷

受撞結構段橡膠護舷嚴重破損，其余結構段鼓型橡膠護舷整體基本完好。

2.5" 結構位移

受損區域內共計檢測5個分段的胸墻側面，受正面撞擊的胸墻側面，局部往岸側發生了一定的偏移，最大偏移量約為14 mm，其余各分段胸墻側面無明顯位移。

碼頭前沿兩條軌道的最大高差約為40 mm，軌距位移量為-4～+10 mm，未發生明顯的變化。

3" 修復方案研究

3.1" 設計思路

該碼頭結構為重力式沉箱結構，沉箱無法更換，修復加固方案應在保證原有結構不變的條件下，對受損結構進行加固，以達到結構安全性和耐久性目的。為減少對碼頭作業的影響，盡量做到工期短、投資省、施工簡單。

3.2" 設計方案

根據檢測報告可知，胸墻和軌道梁受損程度較輕，前后軌道高差和軌距均在正常使用范圍，可保留胸墻及前軌道梁。沉箱前壁已出現破洞，洞口附近已發現較多貫穿裂縫，且內隔板支座處也出現明顯裂縫，沉箱的結構已遭到破壞。為了保證碼頭的耐久性和整體性，擬采用立模封堵洞口，將前沿和中間隔倉的填砂清空并灌入水下混凝土，沉箱外壁修補裂縫，同時在沉箱頂部現澆連接板的修復方案。見圖2。

具體方案主要為：清理聯鎖塊面層→開挖沉箱頂部砂→清理受損沉箱前2排倉格內的填砂及沉箱外部漏砂、松動混凝碎塊→水下清理沉箱前壁外表面→在沉箱外壁洞口處立模板→將C30水下混凝土灌入受損沉箱倉格→重復灌漿步驟前排箱格逐個灌填混凝土→重復灌漿步驟中間倉格逐個灌填混凝土，同時進行沉箱前壁外立面裂縫修補→現澆C30鋼筋混凝土蓋板→回填振沖中粗砂→恢復C50高強聯鎖塊面層→更換1450H鼓型橡膠護舷→鑿除破損護輪檻、立模澆筑新護輪檻→胸墻外立面做硅烷浸漬。

4" 結構計算

修復施工過程中由于需要清空前兩排隔倉填砂，對結構自重影響較大，因此施工期結構的穩定和隔板承載能力成為方案能否順利實施的關鍵。施工期效應主要考慮兩種工況：（1）設計高水位+永久作用自重力及填料產生的土壓力+主導可變作用波浪力+施工荷載；（2）設計低水位+永久作用自重力及填料產生的土壓力+主導可變作用波浪力+施工荷載。采用《碼頭結構設計規范》（JTS167-2018）分別抗滑穩定性、抗傾穩定性和沉箱隔板內力進行了計算，計算結果見表1～3。計算結果表明施工期結構穩定性滿足規范要求，沉箱隔板承載能力及配筋滿足規范要求。

修復完成后，沉箱倉格內填料由中砂改為了混凝土，與原結構相比倉格內填料的重度增大，結構自重增加有利于碼頭結構的整體抗滑、抗傾穩定性。使用期的地基承載能力成為控制工況，因此主要對地基承載力進行了計算，計算結果見表4，計算結果表明地基承載力滿足規范要求。

5" 施工要求

5.1" 清理殘余填砂、漏砂及碎塊

碼頭前沿堆積的漏砂采用8 m3抓斗挖泥船開挖，沉箱箱格內填砂采用抽砂泵水下抽吸，抽砂泵功率宜≥40 kW。箱格內殘留的混凝土碎塊由潛水員水下作業清理。受損洞口處松動的混凝土碎塊應鑿除；向外彎曲、影響立模的鋼筋應剪斷。

5.2" 水下混凝土灌填

澆注C30水下混凝土應在清空箱格砂后跟進施工，混凝土宜連續澆注，采用豎管法施工，通過導管將混凝土送入箱格底部。導管口到底部的初始距離≤0.3 m，澆筑過程中導管口應埋入混凝土中≥1.5 m。每立方米水下C30混凝土加入水泥用量的9%微膨脹劑。

為提高施工澆注的能力，縮短施工時間，可采用雙導管灌注水下混凝土。混凝土澆筑到頂后應預留好插筋。

5.3" 沉箱前壁外立面裂縫修補

寬度＞0.3 mm的裂縫采用化學灌漿法修補，采用環氧樹脂水下粘結劑作為補縫材料。

5.4" 現澆連接板

受損沉箱前軌道梁底板邊緣至中間隔倉，設800 mm厚現澆連接板，尺寸為16.55×6.55 m，底高程為2.95 m，頂高程為3.75 m。連接板采用C30普通混凝土澆筑，現澆前先鑿除箱格內表層0.3 m混凝土。應掌握潮位施工，避免澆筑混凝土的過程被潮水淹沒。

5.5" 結構分縫及反濾

開挖沉箱頂中粗砂后應查看受損沉箱兩側的倒濾腔內回填料是否流失，若流失應回填級配碎石反濾。倒濾腔頂部設反濾結構，從下至上依次為沉箱側壁頂部50 mm厚M15水泥砂漿找平、400 mm厚預制混凝土蓋板、400 mm厚級配碎石倒濾層、土工布1層。

5.6" 沉箱頂回填砂

沉箱頂上回填砂宜優先采用開挖砂，不足時外購內摩擦角φ≥30°的中粗砂回填，其含泥量≤10%。回填砂應振沖處理，填料密度要達到中密，標貫擊數≥18擊。

5.7" 高強聯鎖塊鋪面

碼頭面層結構采用C50混凝土連鎖塊鋪設，單塊厚為140 mm，其下為回填振沖中粗砂。塊體間的縫隙寬度≤5 mm，縫隙內應用細砂填料填實。聯鎖塊在不便鋪筑處現澆C30混凝土。

6" 結語

由于船舶意外撞擊碼頭結構造成的破壞具有隨機性，在對受損碼頭結構的修復過程中，掌握碼頭受損情況是制定科學合理修復方案的關鍵，應對受損結構進行全面檢測評估；設計修復方案時應當結合檢測結果和碼頭結構形式具體分析。本文提出的重力式碼頭修復方案，具有典型的代表性，可為今后類似問題提供解決思路。

［1］林" 彬，梁昊文，蔡偉成，等.某海港碼頭的撞損修復［J］.水運工程，2006（2）：39-42.

［2］姜金勇.碼頭受船舶撞擊結構受力及安全分析［J］.中國水運，2021（8）：94-98.

20240312