水冲刷对码头安全性影响复核

水冲刷对码头安全性影响复核

根据工程行业的相关技术标准，对已建码头进行全球稳定和结构安全评估。收集并整理码头的竣工图纸资料、地质勘察资料、荷载资料及使用过程中的出现过的超负荷运营或海损事故等资料;通过对岸坡和码头的水下地形进行测量,以分析码头区的冲淤情况;对码头结构进行现场探摸检测,以确认结构的完好程度及材料性能的退化情况。根据设计、竣工资料、以及最新的水下地形测图,进行码头岸坡的整体稳定性验算。根据码头结构探摸检测的成果,分析判断码头结构是否存在影响建筑物安全的环境条件改变、建筑物非正常变形、变位、裂缝、破损及事故受损情况,以及材料是否存在明显的强度降低情况。在上述验算的基础上,分析得出各码头的综合安全性评价结论。对于码头岸坡稳定性不满足要求的,通过计算,提出抛石、削坡或限制堆载等治理建议;对于码头结构安全性不满足要求的,通过计算,提出修复、加固、限载等治理建议。一、检测报告检测码头全长399m,宽22m,属高桩梁板式码头,码头主体结构于2004年02月竣工。码头设计船型为:5万吨级散货船(船长223m×型宽32.3m×型深17.9m×满载吃水12.8m)。设计荷载为:堆载20kN/m2;500t/h、800t/h抓斗卸船机,轨距16m,单腿走轮8个;流动机械为20t汽车。码头平台排架间距均为6.5m,每榀排架设有7根桩,其中直桩3根、斜桩4根,其中1#~18#排架为Ф800钢管桩(上游侧),19#~62#排架为600mm×600mm方桩(下游侧)。设计码头面高程为5.60m,设计前沿泥面高程-14.61m。对码头进行驳岸断面测量及码头水下地形测量,从水深测图反映的数据对比竣工图中所反映的水深情况来看,码头外受到一定程度的冲淘,现状泥面已回归到码头建设之前并略有降低的状况。码头的前沿泥面最低高程的变化情况见下表。对码头进行混凝土强度回弹法检测、混凝土碳化深度检测及钢筋保护层厚度检测。由于使用中曾遭受过船只非正常撞击的,故需对码头进行基桩低应变完整性检测。检测报告中的检测结果表明:经过码头的横梁、纵梁、轨道梁及面板构件进行的抽样检测试验,得其现龄值混凝土强度推定值均不低于原设计值。码头水上混凝土结构均产生了一定程度的碳化,但混凝土的碳化深度均小于5mm,未对混凝土内部的钢筋产生不良影响。各类混凝土结构构件的钢筋保护层厚度均满足原设计要求。通过码头抽取的56根(占总桩数的13%)水面以下混凝土基桩的检测,得其结果为:I类桩53根,占检测桩数的94.6%;II类桩3根,占检测桩数的5.4%。桩身完整性评定等级分类按水运工程行业的相关技术规范规定确认,具体如下:码头30#、40#排架的前边梁与横梁连接点处有微裂缝;61-G轴桩桩顶有一道斜向裂缝,宽约4mm;部分排架的橡胶护舷脱落,个别排架处前沿的护轮坎变形露筋。码头其它主体结构无明显损伤,基本完好。各引桥面层均有不同程度的纵、横向裂缝,缝宽约为1mm~3mm不等。引桥其它主体结构无明显损伤,基本完好。二、码头安全评估(1)结构体系的选择高桩码头工程的安全性评估主要分为岸坡稳定评估和构件的承载力评估。沿海或河口地带的码头一般处于海相、河相沉积的软粘土层。它是天然土坡经过挖泥、削坡,或者还有打桩、回填等几道工序作成的码头岸坡。土坡有一个变形发展过程,其稳定问题包括瞬时破坏、长久变形及有高桩码头构筑物时,它们的相互影响。从理论上来说,以土的本构关系,利用有限元法进行非线性分析,是最为理想的。但是,目前这方面的研究水平还不理想。所以,通常还是用简单条分法(Fellenius)这一系统的方法,以及简化Bishop法、Janbu法等等。在国外,除了用上述方法之外,还有用莱德(Ladd)的应力历史和土的工程性状归一化方法来处理强度参数问题。本次码头整体稳定性评价的岸坡稳定复核验算采用水运工程行业的相关技术规范中的简单条分法(Fellenius)计算,计算软件采用通过交通部认定的相关计算软件。横向排架是高桩码头的基本结构系统,它由横向布置的基桩和将它们连成整体的横梁组成。码头外部条件,包括使用条件和环境条件的改变,将使排架的基桩承载力和上部结构内力发生变化;而结构构件的材质劣化,包括钢筋锈蚀、混凝土碳化及外形受损等情况,将使结构的抗力降低。因此,码头安全性评估需根据码头外部条件及结构材质的变化情况,对相应的结构进行复核验算。其中,排架计算是高桩码头最基本也是最复杂的结构计算,本次评估的排架计算采用通过交通部审定的相关计算软件进行。(2)该工程的质量检测结果本工程自建成投入使用至今,码头的用途及设备、工况未发生改变。根据码头现场测量报告中的测量结果表明,码头前沿水深最深处高程约为-31.50m,与施工前码头位置的最低泥面-29.87m比要低1m多,与设计码头前沿护底高程-15.00m比要低16.5m左右,抛石护底结构冲淘情况比较严重,因此,本次安全性评估需对其码头的桩基及横梁的承载力进行复核验算。根据探摸、检测报告中探摸、检测结果来看,本工程码头30#、40#排架的前边梁与横梁连接点处有斜向裂缝;61-G轴桩桩顶有一道斜向裂缝,宽约4mm;部分排架的橡胶护舷脱落,个别排架处前沿的护轮坎变形露筋。码头其它主体结构无明显损伤,基本完好;各引桥面层均有不同程度的纵、横向裂缝,缝宽约为1mm~3mm不等。引桥其它主体结构无明显损伤,基本完好。由于前边梁为非主要受力构件,且与码头梁板整浇在一起,因此局部破损不影响码头的使用安全;对于61-G轴桩桩顶的斜向裂缝,据现场观察判断,应为沉桩施工时桩顶劈裂所致,不影响结构整体安全使用。此外,检测结果还表明,构件混凝土强度及保护层厚度均满足原设计要求。因此,本次安全性评估不考虑对其它主体结构进行承载力复核验算。综上分析,本次安全性评估应复核验算的内容包括:江堤及岸坡稳定性;桩基承载力;横梁承载力。(3)b计算断面选取1)计算基础数据(a)计算水位根据水运工程行业的相关技术规范(3),岸坡稳定性计算的计算水位取本码头工程处的极端低水位,即:-1.41m(85高程);地下水位根据地质勘察报告取3.5m;岸坡土体内地下水位与外水位之间的浸润线以近似抛物线连接。(b)计算断面a、A18-18’断面(钻孔ZKA54-ZKA56)本码头与后方焦化厂相配套,主要货种为煤炭,因此,本次堤、岸稳定性验算主要考虑以下两种荷载情形:江堤堤顶取10kN/m2,后方取:60kN/m2;(根据码头使用厂家提供数据)(d)土层物理指标:岸坡断面及最不利滑弧计算图(A18-18’断面,γ=0.860)岸坡断面及最不利滑弧计算图(A19-19’断面,γ=1.066)由上述稳定性验算可知,码头的岸坡局部存在抗力分项安全系数不够的情况。根据码头工程地质勘察报告中表明,码头区段,长江岸坡局部凹凸,冲蚀、淤积作用强烈交替出现,码头前沿有6.4m~13.2m厚的新近沉积淤泥,并混有抛石。这种现状与计算结果不满足比较一致,因此,分析认为码头的岸坡稳定安全储备不够,需进行整治。(4)港区系缆力及计算断面的选取(a)设计代表船型(b)主要设计荷载(2)堆货荷载:20kN/m2。800t/h卸船机,轨距16m,单腿走轮8个,最大轮压265kN;500t/h卸船机,轨距16m,单腿走轮8个,最大轮压225kN;(4)汽车荷载:20t汽车。(5)5万吨级散货船的船舶荷载。(1)船舶系缆力本码头的系缆力计算按照水运工程的相关规范(8)规定的条件进行计算,六级风以上停止装卸作业,九级风时船舶离开码头。水流速度取2.0m/s。本码头系缆力计算的设计船型按5万吨级散货船考虑,船长为225m,码头受力系船柱的数目可为5~6个,间距可取30m。本码头系船柱的实际布置间距为19.5m。本码头位于长江下游感潮地带,故计算时船舶系缆夹角按海船码头考虑,其系船缆绳的水平投影与码头前沿线的所成的夹角取30度,与水平面之间的夹角取15度。经计算,码头的系缆力为442.75kN,原设计采用1000kN的系船柱满足要求。(2)船舶撞击力5万吨级散货船靠泊的最大速度取0.10m/s,3万吨级散货船靠泊的最大速度取0.12m/s,则船舶的最大靠泊能量为242.94kJ。码头的排架间距为6.5m,实际靠船设施为DA-A800H和DA-A300H橡胶护舷交互布置,即两种护舷均沿码头纵向两排架布置一列,其中DA-A800H护舷的布设高度满足大型船只的正常靠泊要求。查橡胶护舷的性能表,作用于码头排架的计算撞击力为:569.25kN。(d)计算断面选取根据最近测量的码头水下地形图,选取码头前沿泥面冲刷较深的断面作为本次计算断面。(e)地质参数根据码头工程地质勘察报告,计算断面附近有编号为“MZK6”和“MZK7”的钻孔可用于计算,“勘探钻孔所反映的土层信息及桩基设计参数如下(抗拔折减系数按桩基规范取值):(f)排架计算示意图2)主要计算结果(b)横梁承载能力极限状态计算结果3)计算结果分析由上述排架计算结果可知,横梁及桩基承载能力均满足现状环境及工艺荷载作用下的使用要求。(5)岸坡稳定性分析从码头岸坡稳定性验算结果看,码头的后方堤岸及水下岸坡稳定性抗力分项系数不满足水运行业相关规范要求,且相差较多,因此岸坡整体稳定性不满足要求。从排架计算结果结合探摸评价可知,码头的横梁及桩基均满足在现状环境条件和原设计工况下的承载力要求,根据水运行业相关规范中规定,判定该项安全性等级为A级。三、引桥加固方案(1)建议码头业主单位进行岸坡整治,防止岸坡失稳造成重大事故。岸坡整治可采取高压旋喷整治加码头前沿抛石反压的措施同时应加强岸坡的冲刷、变形监测,以及时发现不利趋势,防患于未然;在整治完成之前,应禁止该处近岸场地堆货和堤顶频繁重载通车。(2)对于引桥面层有裂缝的现象,尽管本工程使用年限不长,且位于淡水港环境,钢筋的锈蚀速度不明显,但是如果长期处于这种状态,引桥相应结构的耐久性难免受影响,甚至结构的安全使用也将会受到严重影响,因此,本次评估工作也同时建议及时对裂缝进行修补。较深的裂缝采用环氧树脂浆液灌浆进行修补,较浅的裂缝可不作灌浆,而采用环氧树脂砂浆进行修补。环氧树脂具有良好的性能:其浆液的粘度小,可灌性好;固化后的收缩性、抗渗性好,不易造成气泡、不饱满等不良现象;其浆液固化后的抗压、抗拉强度都能满足设计