珠海电厂重力式码头结构升级改造

    杨璧榕 丘小标

    

    

    

    【摘 要】 为适应港口现代化和船舶大型化的需要，指出珠海电厂重力式码头升级改造存在的问题，分析结构升级改造后码头完好性情况、外力因素、船舶吃水和码头结构稳定性等影响因素，在尽可能小地影响原码头结构和码头工艺设备使用的情况下，提出外伸胸墙方案。港区码头结构经过升级改造，能更好地适应船舶大型化、专业化和集约化的发展。

    【关键词】 重力式码头;实心方块结构;基床加固;灌浆

    1 工程概况

    珠海电厂的两个泊位总长545 m、前沿底标高13.45 m，原码头结构按5万吨级设计，为卸荷板式实心方块结构（见图1）。

    本次考虑将原5万吨级码头升级改造至7万吨级码头，经分析面临以下4个问题：

    （1）船舶大型化后，一般需要更长的码头岸线，需了解原码头长度能否满足要求。

    （2）船舶大型化后，需将停泊水域浚深至15 m，以满足船舶吃水要求。

    （3）船舶大型化后，现配置的卸船机是否满足本项目码头升级后7万吨级散货船的卸船要求。

    （4）船舶大型化后，原码头结构的安全稳定分析和升级改造设计是本项目的重点和难点。

    2 结构升级改造主要影响因素

    2.1 码头完好性情况

    2012年5月，珠海电厂重力式码头升级改造工程委托江苏省交通科学研究院股份有限公司对该工程进行了检测、评估。本工程安全性评估等级为A级。码头结构质量情况较好。

    2.2 外力因素

    （1）船舶系缆力。根据工程实际情况，考虑设计水流速1 m/s、九级风速22 m/s，经计算系缆力为649 kN，系船柱系缆力应由原来的550 kN加大到750 kN。

    （2）船舶撞击力。船舶撞击力采用船舶靠岸时的有效撞击能量及系泊船舶在横浪作用下对靠船结构产生的撞击能量进行计算。以7万吨级散货船满载排水量 t、船舶法向靠岸速度0.10 m/s计算，则靠泊作用下有效撞击能量406.1 kJ，波浪作用下引起的有效撞击能量177.4 kJ。

    现有码头配置型号为SUC1250H的一鼓一板标准反力型橡胶护舷，护舷吸能382 kJ，护舷反力696 kN，吸能不能满足要求，需更换橡胶护舷。拟更换为型号SUC1250H一鼓一板高反力型橡胶护舷。更换后护舷吸能496 kJ，护舷反力904 kN。

    （3）工艺荷载。原码头采用32 t桥式抓斗卸船机，其轨距22 m，基距18 m，最大轮压550 kN。本次升级改造尽量利用原有工艺设备。

    2.3 船舶吃水问题

    原码头由5万吨级泊位升级到7万吨级泊位，需将码头前沿停泊水域水深从 13.45 m疏浚至15.0 m。疏浚时如对基床局部开挖，须采取措施对基床进行加固，不得影响码头的安全稳定。

    2.4 码头结构稳定性情况

    根据现行规范对码头改造前后进行计算，计算结果见表1。

    3 升级改造方案

    在尽可能小地影响原码头结构和码头工艺设备使用的情况下，考虑在原码头前沿线外侧原橡胶护舷位置采用外伸胸墙方案，重新安装附属设施，使码头前沿线外移，并对原有码头基床进行部分开挖和修复。根据码头前沿线外移距离和对基床开挖修复方式的差异，综合分析认为“外伸胸墙+灌浆加固结构”方案和“外伸胸墙结构”方案均可行。

    3.1 升级改造方案一

    升级改造方案一（图2）采用外伸胸墙+灌浆加固结构方案，伸出码头前沿线2.4 m。在拆除原橡胶护舷及系船柱后，原码头胸墙通过植筋与新浇筑的外伸码头胸墙混凝土连成整体。

    在新浇筑外伸码头胸墙上安装SUC1250H型号高反力型橡胶护舷及750 kN系缆力的系船柱，以满足7万吨级船舶系靠船要求。

    码头基床加固方案（图3）采用水下钻孔灌浆加固法，灌浆加固范围为码头前沿8.5 m内，灌浆加固至抛石基床底面。

    基床灌浆加固完成后，在保证肩宽不小于2 m的情况下，清除基床外侧抛石至设计底标高 15.0 m。

    本方案将码头前沿线外移2.4 m，根据提供的船型资料分析，经核算，原有配备前伸距为35 m且正常运行的最大距离为33.5 m的桥式抓斗卸船机能够满足升级后7万吨级泊位的正常卸船作业。

    码头升级改造后，船舶荷载中的撞击力、系缆力由现有码头承担。

    本方案的主要特点有：

    （1）施工难度较大，需进行基床加固处理;

    （2）码头前沿线外移较少，对现有前沿卸船设备作业适应性更好，不需要改造现有前沿卸船设备;

    （3）对船舶大型化的适应性较强。

    3.2 升级改造方案二

    升级改造方案二（图4）采用外伸胸墙结构方案，伸出码头前沿线3.6 m。在拆除原橡胶护舷及系船柱后，原码头胸墙通过植筋与新浇筑的外伸码头胸墙混凝土连成整体。

    清除基床前抛乱石，清除后保证基床肩宽不小于2.0 m，基床不再进行加固处理，将船舶停泊水域浚深至 15.0 m。

    根据船型资料分析，粤电航运船队7万吨级船舱口最宽为18.26 m。码头前移3.6 m后桥式抓斗卸船机所需的运行距离按下式计算：3 m（原有的前轨离码头前沿线的距离） + 3.6 m（此次前移距离） + 1.25 m（橡胶护弦厚度） + ？32.26 m （半个型宽的宽度） + ？18.26 m （半个舱宽的宽度） + 2 m（考虑船舶横摇等因素）=36.81 m。现有的桥式抓斗卸船机正常的最大运行距离为33.5 m，结合码头实际操作情况，经核算，升级改造后桥式抓斗卸船机所需运行距离相差约3.3 m。为保证卸船作业安全，需更换其中的2台桥式抓斗卸船机，因此相应地增加了装卸工艺设备的投资。

    码头升级改造后，船舶荷载中的撞击力、系缆力由现有码头承担。

    本方案的主要特点有：（1）施工难度相对较小，不需要进行基床加固处理;（2）码头前沿线外移较多，现有前沿卸船设备装卸效率受限，只有改造前沿卸船设备才能更好地满足生产需要;（3）前沿设备不作改造的情况下，船舶大型化的适应性相对较差。

    两个方案技术上都是可行的。鉴于方案一（“外伸胸墙+灌浆加固”结构方案）对拟靠泊船舶和现有工艺设备的适用性更好，并考虑到生产营运，将其作为推荐方案。

    4 现场实施情况

    码头基床灌浆加固是本工程质量的关键环节，应先进行试验段施工，试验成功后为本工程正式实施提供合理可行的施工工艺和质量控制措施及标准。

    施工單位深入研究基床灌浆加固试验段施工方案，该方案通过了专家评审。实际施工中严格按照方案进行，试验段施工结束后通过钻孔取芯检测，结果为：取芯完整性达到100%，没有出现空洞;取芯混凝土28天抗压强度不小于10 MPa，检测质量满足要求。

    5 结 语

    码头升级改造原则上应尽可能小地影响原码头结构和工艺设备使用的情况。本工程通过设置外伸胸墙，使码头前沿线外移，并对原有码头基床进行部分开挖和修复以达到码头升级改造的目的。升级改造后的港区码头能更好地适应船舶大型化、专业化和集约化的发展。