任 偉 劉現(xiàn)鵬

(1.天津市交通運(yùn)輸和港口管理局，天津 300250；

2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所水工構(gòu)造物檢測(cè)、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

高樁碼頭受撞后結(jié)構(gòu)修復(fù)經(jīng)驗(yàn)及創(chuàng)新

任 偉1劉現(xiàn)鵬2

(1.天津市交通運(yùn)輸和港口管理局，天津 300250；

2.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所水工構(gòu)造物檢測(cè)、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

針對(duì)天津港某事故后結(jié)構(gòu)受損修復(fù)前臨時(shí)支護(hù)難題，在分析了全國(guó)各地高樁碼頭受撞后修復(fù)方法優(yōu)勢(shì)和不足的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性的提出了新的臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)，指出該結(jié)構(gòu)具有浮游穩(wěn)定、下沉就位方便、普遍適用和可回收重復(fù)利用的特點(diǎn)，解決了受撞高危結(jié)構(gòu)無(wú)法承受施工荷載問(wèn)題。

高樁碼頭，臨時(shí)支撐，高危結(jié)構(gòu)，撞損事故

高樁碼頭是最常用的碼頭形式之一，而在天津港一百多個(gè)泊位中，幾乎所有的碼頭均采用了該結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，容易受到船舶撞擊、貨物高空脫落、機(jī)械設(shè)備沖擊等事故發(fā)生損傷，損傷程度往往輕重不同，嚴(yán)重的會(huì)形成高危結(jié)構(gòu)，即受損區(qū)域形成高度危險(xiǎn)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，不得在該結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)或增加任何荷載，否則會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的破壞事故。交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究院對(duì)近5年來(lái)天津港發(fā)生的意外事故進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，每年的事故為15次左右，由于事故嚴(yán)重形成高危結(jié)構(gòu)的也在3次～5次。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)資料和相關(guān)論文，比較典型的高危結(jié)構(gòu)往往是由于高樁碼頭的基樁被撞缺失造成的。船舶在碼頭前沿進(jìn)行掉頭、回轉(zhuǎn)和失去控制時(shí)容易碰撞碼頭前沿靠船構(gòu)件或基樁，一旦基樁受撞往往造成局部區(qū)域的豎向承載力受損或缺失，必須對(duì)受損區(qū)域的基樁進(jìn)行加固或重新補(bǔ)樁等措施恢復(fù)其承載能力。本文總結(jié)了國(guó)內(nèi)以往高樁碼頭撞損修復(fù)的工程案例，并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)分別進(jìn)行了歸納和總結(jié)，對(duì)于這些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)無(wú)法解決的一個(gè)實(shí)際案例探討了一種創(chuàng)新型的臨時(shí)加固方法，填補(bǔ)了以往經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)不足之處，對(duì)于完善系統(tǒng)的撞損修復(fù)方法提供了很高的參考價(jià)值。

1 高樁碼頭撞損事故處理研究現(xiàn)狀

對(duì)于高樁碼頭受撞后的結(jié)構(gòu)修復(fù)，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有諸多成功經(jīng)驗(yàn)遵循，利用已有的技術(shù)方法已經(jīng)能夠解決大多數(shù)的修復(fù)難題，但在特殊情況下，已有方法無(wú)法滿足實(shí)際修復(fù)需要，需要采用創(chuàng)新的方法進(jìn)行處理。徐萬(wàn)群、龍建文[1]認(rèn)為高樁碼頭前沿基樁被撞后如果采用拆除面板后補(bǔ)樁措施，則費(fèi)用高、時(shí)間長(zhǎng)。因此探求了采用薄壁沉井加固原破損基樁的方法，在原破損基樁外側(cè)利用高壓射水等措施讓沉井沿基樁下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，然后進(jìn)行斷樁復(fù)位，完成后綁扎鋼筋并澆筑混凝土進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，如果是空心方樁，則在斷樁位置的空心進(jìn)行填充實(shí)心會(huì)有良好的作用。該方法的優(yōu)點(diǎn)在于原地加固，拆除量小、避免了拔樁、補(bǔ)樁，故具有費(fèi)用低廉和簡(jiǎn)便快捷的特點(diǎn)，但針對(duì)于基樁破損程度相對(duì)較輕的狀況適用。邳志[2]針對(duì)天津港21段高樁碼頭前沿有一個(gè)排架上的雙直樁被撞失去承重作用提出補(bǔ)樁修復(fù)方案。修復(fù)的方案有補(bǔ)充鋼樁、補(bǔ)充混凝土樁和補(bǔ)充鉆孔灌注樁三種方案，最終經(jīng)過(guò)費(fèi)用和工期等比選確定了補(bǔ)充鋼樁的方案。本文認(rèn)為該方案比選和最終確定存在討論的空間，例如鋼樁與混凝土結(jié)構(gòu)之間存在彈模差異，而且整個(gè)碼頭需要單獨(dú)針對(duì)少數(shù)鋼樁進(jìn)行防腐措施，后期維護(hù)等都會(huì)給管理方帶來(lái)不便等。錢平生、趙月玲[3]針對(duì)東突堤工作船碼頭被撞后變形結(jié)果，推求了基樁樁身應(yīng)力，認(rèn)為基樁在頂部變形較大情況下會(huì)在泥面附近出現(xiàn)斷裂，從而為碼頭所有方挽回了較大損失。該論文利用樁頂殘余的永久性變形量，推求了基樁在泥面附近的應(yīng)力超過(guò)了開裂應(yīng)力，為類似的撞損事故對(duì)基樁完整性和承重性能提供了有益參考。吳坤俊、張明海[4]針對(duì)馬村港6年來(lái)發(fā)生的32起船舶撞損事故的原因進(jìn)行了分析和歸類，指出撞損事故的關(guān)鍵因素、主要因素和重要因素等，從海事管理的角度對(duì)于船舶撞損事故進(jìn)行了分析，這對(duì)于第三方的檢測(cè)評(píng)估工作也提供了重要參考。梁昊文等[5]詳細(xì)介紹了七里集裝箱一期碼頭被撞后的檢測(cè)和修復(fù)情況，其中采用了不打開約束條件下采用低應(yīng)變檢測(cè)基樁完整性來(lái)判定被撞區(qū)域附近的基樁情況，在國(guó)內(nèi)具有領(lǐng)先的意義，也是一種高端的檢測(cè)手段，對(duì)于其檢測(cè)結(jié)果的可靠性應(yīng)有進(jìn)一步的了解和分析。由于撞擊事故嚴(yán)重，基樁、梁板等都有不同程度的破損，修復(fù)工程中按照“缺一代二”原則有補(bǔ)充新的鉆孔灌注樁，也有采用原樁就地利用套筒外包加固的方法；針對(duì)梁板等構(gòu)件既有更換新構(gòu)件，也有原構(gòu)件擴(kuò)大截面外包加固的方法，種類齊全，方式多樣，是類似修復(fù)工程很好的參考資料。陳燦明[6]作為海事法院委托的第三方檢測(cè)單位對(duì)港方和船方所做的檢測(cè)評(píng)估結(jié)果和修復(fù)內(nèi)容等做公正判斷。該論文詳細(xì)介紹了現(xiàn)場(chǎng)撞損情況，分析了港方和船方針對(duì)撞損程度的判斷和不同的修復(fù)方法，做出了客觀、合理的評(píng)價(jià)和建議。文中針對(duì)基樁受撞后承載能力和完整性的判斷，依靠基樁頂部的位移大小和基樁在泥面處與岸坡泥土之間出現(xiàn)開裂距離進(jìn)行判斷的，而不是采用低應(yīng)變的手段進(jìn)行檢測(cè)，也說(shuō)明在該時(shí)期利用低應(yīng)變檢測(cè)不打開約束的基樁完整性并沒(méi)有普及或具有普遍的說(shuō)服力。林彬等[7]對(duì)某海港碼頭的撞損修復(fù)提出了加固方案。謝永健等[8]對(duì)碼頭受撞后的檢測(cè)內(nèi)容、典型破損形式和不同的加固方法進(jìn)行了總結(jié)和歸納。其中，檢測(cè)內(nèi)容和撞損實(shí)例中也應(yīng)用了不打開約束條件下采用低應(yīng)變檢測(cè)基樁完整性的檢測(cè)技術(shù)。李宗哲[9]提出了碼頭前沿基樁被撞后將其豎向荷載通過(guò)在碼頭上方設(shè)置臨時(shí)措施轉(zhuǎn)換到相鄰的排架上，從而在被撞形成的高危區(qū)域內(nèi)進(jìn)行原結(jié)構(gòu)的拆除、補(bǔ)強(qiáng)加固等工作，保證了施工區(qū)整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性。該受力體系轉(zhuǎn)換新工藝具有較好的創(chuàng)新性和實(shí)用性，對(duì)出現(xiàn)撞擊事故后采取臨時(shí)安全保障措施具有良好的借鑒意義。鄧?yán)罪w等[10]對(duì)于船舶撞擊碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元模擬分析，對(duì)于船舶撞擊碼頭后結(jié)構(gòu)的破損、發(fā)展等進(jìn)行了研究，對(duì)于判斷一些表觀未明顯破損構(gòu)件的破損程度起到了參考作用。

綜上對(duì)于高樁碼頭事故后的檢測(cè)評(píng)估和維修維護(hù)的總結(jié)可知，國(guó)內(nèi)類似事故屢見(jiàn)不鮮，有了很好的解決對(duì)策，無(wú)論在受損程度鑒定、加固臨時(shí)支護(hù)、加固合理方案選擇上，都有比較豐富的經(jīng)驗(yàn)可循，形成了良好的診斷、評(píng)估、加固系統(tǒng)。另外，在以上對(duì)于撞損事故總結(jié)中，比較側(cè)重于總結(jié)基樁受撞后的破損程度鑒定，是因?yàn)檫@是鑒定類似事故的重點(diǎn)?；鶚对谒隆⒛嗝嬉韵露加休^大的長(zhǎng)度，依托潛水檢查往往只能是部分檢查，能依托先進(jìn)的技術(shù)手段例如超聲波在不打開結(jié)構(gòu)約束的情況下準(zhǔn)確檢測(cè)基樁完整性可以提升整個(gè)檢測(cè)行業(yè)技術(shù)水平，可喜的是目前已經(jīng)有一些單位開始采用這樣的方法進(jìn)行基樁完整性檢測(cè)和判斷，但筆者認(rèn)為其成果的可操作性、可靠性仍然需要繼續(xù)通過(guò)實(shí)踐的檢驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證和提高。

2 高樁碼頭受撞加固新難題

2014年3月9日，香港某5萬(wàn)t散貨船在天津港某碼頭撞擊到碼頭前沿，造成撞擊區(qū)域的基樁、梁板、附屬設(shè)施都出現(xiàn)了不同程度的破壞，尤其是基樁被撞破損嚴(yán)重，有3根基樁被撞直接倒入海中(31排的前1、前2基樁和32排的前1基樁)，另有1根基樁雖然未倒塌，但是頂端錯(cuò)位嚴(yán)重，該基樁也喪失了承載能力(33排前1基樁)。這4根喪失承載力的基樁可參見(jiàn)圖1，破損基樁樁位圖見(jiàn)圖2,其他構(gòu)件的破損經(jīng)檢測(cè)后其情況統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 碼頭破損情況表

排架號(hào)受損部位及受損情況31排31排前1樁帽隨同前1基樁和前2基樁一同脫落掉入海中，D級(jí)破損32排32排前1樁帽隨同前1基樁一同脫落掉入海中，D級(jí)破損33排33排前樁帽隨同前1基樁與其上橫梁錯(cuò)位約60cm，C級(jí)破損32排～33排該排架之間靠船構(gòu)件被撞缺失(7m)，混凝土脫落掉入海中，D級(jí)破損31排～33排該排架之間的2套D1200×1000筒形護(hù)舷被撞脫落掉入海中，D級(jí)破損32排～33排該排架之間的前1面板受撞后底層混凝土脫落，露筋面積約12m2，C級(jí)破損31排～33排該排架之間的護(hù)輪坎共計(jì)14m全部被撞缺失，D級(jí)破損其他其他構(gòu)件與構(gòu)件之間的節(jié)點(diǎn)混凝土存在脫落、錯(cuò)位等破損情況，B級(jí)破損

由此可見(jiàn)，本次撞擊事故主要造成了4根基樁喪失承載力、3個(gè)樁帽脫落缺失、1榀靠船構(gòu)件缺失、1跨面板破損、2套D型護(hù)舷缺失的破損情況。最嚴(yán)重的是碼頭前沿形成了連續(xù)3個(gè)排架的前1基樁承載力缺失的高危結(jié)構(gòu)。根據(jù)計(jì)算可知，該結(jié)構(gòu)在自重作用下會(huì)發(fā)生坍塌事故，所幸現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)支撐下，整體結(jié)構(gòu)并未發(fā)生沉降和坍塌，但該區(qū)域內(nèi)立刻停止了作業(yè)，在更大的范圍內(nèi)不允許有振動(dòng)荷載和其他附加荷載等。

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)可知，如果1個(gè)排架的前1基樁被撞缺失，可以采用李宗哲等人提出的高樁碼頭受損基樁修復(fù)受力體系轉(zhuǎn)換新工藝，對(duì)臨時(shí)危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力的安全轉(zhuǎn)移，然后在受損區(qū)域可正常進(jìn)行開鑿、吊裝等等施工工序。其工藝參見(jiàn)圖3。

但是該方法針對(duì)本受損情況則不能適用，因?yàn)?跨長(zhǎng)度約28 m，跨度太大，在這么大范圍內(nèi)利用貝雷梁和千斤頂進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換不太現(xiàn)實(shí)，其安全性和適用性不能保證，亟待尋求更為合理、可靠的臨時(shí)支撐措施，以滿足其他施工工序的安全開展。

3 修復(fù)前的臨時(shí)支撐措施創(chuàng)新

根據(jù)計(jì)算和天津港基樁斷裂經(jīng)驗(yàn)可知，基樁在頂部受到樁基折斷入海的情況，基樁會(huì)在泥面以下約2 m的嵌固點(diǎn)位置也發(fā)生斷裂，但嵌固點(diǎn)以下的基樁并未受到損傷，該部分基樁仍可以提供主要的豎向承載力。所以臨時(shí)支撐措施著眼于挖掘嵌固點(diǎn)以下基樁的殘余承載能力，將嵌固點(diǎn)處基樁頂部經(jīng)過(guò)截樁、打磨找平后嵌套1根壁厚10 mm的無(wú)縫鋼管臨時(shí)支撐樁，該支撐樁的頂部擱置千斤頂頂托橫梁，從而對(duì)高危結(jié)構(gòu)形成臨時(shí)的支撐作用。其頂托和支撐的斷面圖如圖4所示。這樣的臨時(shí)支撐措施，著眼于從碼頭結(jié)構(gòu)下方進(jìn)行支撐，占用空間小，所需要的大型機(jī)械設(shè)備少，與在碼頭上方采用臨時(shí)受力轉(zhuǎn)換措施完全不同。由于無(wú)縫鋼管臨時(shí)支撐樁高度約16 m左右，在鋼管樁下水、浮游穩(wěn)定、下沉安裝等環(huán)節(jié)需要科學(xué)計(jì)算、精心組織，選擇合適潮水進(jìn)行各個(gè)工序的施工。在鋼管上設(shè)置進(jìn)水孔、排水孔，從而對(duì)鋼管內(nèi)的水量進(jìn)行控制，讓鋼管樁一直處于上浮和下沉穩(wěn)定狀態(tài)中，使得鋼管浮游、起立、安放和利用吊環(huán)臨時(shí)固定時(shí)所施加的外力較小，用很小的外力配合潮水、鋼管內(nèi)水量等調(diào)整鋼管樁就位，節(jié)省了大型機(jī)械設(shè)備調(diào)用和復(fù)雜配合，而且該裝置在施工完成后可回收重復(fù)利用。臨時(shí)支撐鋼管樁就位后，立刻在其上方架設(shè)千斤頂頂升后支撐橫梁形成穩(wěn)定的傳力結(jié)構(gòu)。值得注意的是，施工期嚴(yán)格控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，不得碰觸受損區(qū)域的梁板混凝土構(gòu)件，尤其是在鋼管樁進(jìn)入預(yù)定位置前，要依托低潮水，鋼管樁從靠船構(gòu)件下方橫向或斜向進(jìn)入，然后緩慢調(diào)整方向和姿態(tài)，在處于底端鋼管樁大致與目標(biāo)位置重合時(shí)打開進(jìn)水孔，讓鋼管樁緩慢下沉。

4 結(jié)語(yǔ)

本文總結(jié)了以往針對(duì)高樁碼頭受撞后處理的經(jīng)驗(yàn)，其中包含了檢測(cè)評(píng)估的內(nèi)容、方法等，也包含了臨時(shí)支撐的安全措施，維修維護(hù)的方式方法等，技術(shù)科學(xué)、經(jīng)驗(yàn)豐富，也逐步形成了成熟的系統(tǒng)。但是依托以往的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，仍然會(huì)有無(wú)法應(yīng)對(duì)的特殊情況。結(jié)合天津港某碼頭被撞實(shí)例，筆者摒棄了以往固有的思維和經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新性的開發(fā)了一種獨(dú)特的臨時(shí)支護(hù)基樁對(duì)高危結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐，為施工開展奠定了安全基礎(chǔ)。該臨時(shí)基樁既可以在海中浮游定位，也可以沖水下沉，在較小的作用力下可實(shí)現(xiàn)將其直立后固定，巧妙利用斷樁在嵌固點(diǎn)以下部分的承載力，從而發(fā)揮臨時(shí)支撐高危結(jié)構(gòu)的作用，尤其對(duì)于多跨、大面積的高樁碼頭前沿失去豎向支撐作用的狀況更具有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于維修類似工程具有較高的參考價(jià)值。

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On structural repair experience of high-pile wharf after collision and innovation

REN Wei1LIU Xian-peng2

(1.TianjinCommunicationTransportationandPortAdministrativeBureau,Tianjin300250,China;2.TransportIndustryKeyLabofDetection,DiagnosisandConsolidationTechnique,TianjinPortandWaterwayEngineeringAcademy,MinistryofTransport,Tianjin300456，China)

According to the temporary support difficulties before damage repairs at structures after some accident at Tianjin Port, the paper analyzes the advantages and disadvantages of the repairs methods after the collision at high-pile whart in China, points out the new temporary support structure, and points out the structure has features of stable floating, convenient settlement position, and applied recycled and repeated utilities, so as to solve the unbearable construction loading of the hazardous structure after collisions.

high-pile wharf, temporary support, hazardous structure, damage accident

2014-07-18

任 偉(1979- )，男，工程師； 劉現(xiàn)鵬(1977- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2014)27-0039-03

U656.113

A