福州港松下7萬噸級散雜貨碼頭現(xiàn)狀檢測與評估

陳燦明，黃衛(wèi)蘭，李瑜，2，王開順，王曦鵬，2

（1.南京水利科學研究院水利部水科學與水工程重點實驗室，南京210029；2.河海大學港口海岸及近海工程學院，南京210098；3.福州松下碼頭有限公司，福州350217）

福州港松下7萬噸級散雜貨碼頭現(xiàn)狀檢測與評估

陳燦明1，黃衛(wèi)蘭1，李瑜1，2，王開順3，王曦鵬1，2

（1.南京水利科學研究院水利部水科學與水工程重點實驗室，南京210029；2.河海大學港口海岸及近海工程學院，南京210098；3.福州松下碼頭有限公司，福州350217）

文章以福州港松下7萬t級散雜貨碼頭的升級加固改造為例，介紹了重力式沉箱碼頭為結構加固改造而進行安全檢測與評估的主要內容、方法和結果。通過對碼頭現(xiàn)場全面檢查，結構、材料和地基等參數(shù)檢測，觀測資料分析以及結構主體驗算，評估了碼頭的安全性、使用性與耐久性等級，為碼頭的結構加固改造方案設計提供了技術依據(jù)。

重力式；沉箱碼頭；結構加固改造；檢測；評估

福州港松下7萬t級散雜貨碼頭（1#泊位）于2007年6月投入運行，隸屬福州松下碼頭有限公司。隨著海輪大型化發(fā)展趨勢日趨明顯，為適應市場經濟需要和大型船舶的靠泊需求，根據(jù)交通運輸部《關于沿海港口碼頭結構加固改造有關事宜的通告》（2009年第4號）精神，該碼頭擬通過結構加固改造，將靠泊能力7萬t級提升至10萬t級。

由于碼頭結構加固改造是一項復雜和具有探索性的工作，交通運輸部明確要求碼頭結構加固改造工程設計前應對碼頭的現(xiàn)狀進行檢測評估，其結果作為加固改造設計的依據(jù)［1-3］。本文以福州港松下7萬t級散雜貨碼頭結構加固改造為例，介紹重力式沉箱碼頭檢測與評估的主要內容、方法和結果［4-6］。

1 碼頭概況

1.1 工程概況

松下7萬t級散雜貨碼頭位于福州港松下港區(qū)規(guī)劃港界的北端，泊位長300.62 m，寬30 m，順岸連片式布置，重力式沉箱結構。碼頭基礎為拋石夯實基床，下部為沉箱結構，上部為鋼筋混凝土卸荷板、現(xiàn)澆胸墻，碼頭后沿與陸地相接。沉箱外形尺寸為8.5 m×10.0 m×18.30 m，單個重874 t。卸荷板外形尺寸為2.81 m×13.2 m×2.0 m，單個重186 t。

碼頭前沿底高程-15.0 m，頂面高程分別為8.5 m、10.0 m。碼頭面層為柔性結構，高強混凝土連鎖塊鋪面。碼頭面配3臺16 t門機，軌距10.5 m，前軌直接座落于胸墻上，后軌坐落于道渣基礎的軌枕上。

碼頭前沿設1 450H二鼓一板橡膠護舷19組。碼頭面設1 500 kN系纜柱4個、1 000 kN系纜柱12個。碼頭斷面見圖1所示。

1.2 碼頭建設與運用管理狀況

1.2.1 碼頭工程質量

福建省交通質檢局對本工程質量核定結論為：碼頭工程、泊位水域疏浚工程質量等級為優(yōu)良；航道工程、回旋水域工程質量等級為優(yōu)良；港區(qū)道路、堆場工程質量等級為合格；生產調度樓等11個附屬房建工程具備竣工備案條件。因此，福州港松下7萬t級散雜貨碼頭工程項目質量符合《水運工程質量檢驗標準》JTS257-2008檢驗合格標準。

碼頭工程和泊位水域疏浚工程于2007年4月、碼頭回旋水域工程及航道工程于2007年9月通過交工驗收。

1.2.2 碼頭運行管理與異?？坎辞闆r

福州港松下7萬t級散雜貨碼頭自2007年6月份投入運用以來，生產狀況良好，年作業(yè)量穩(wěn)步提高，公司管理和技術力量不斷提升。碼頭設施運行正常，從未發(fā)生過異?？坎春推渌踩a事故。

圖1碼頭斷面示意圖Fig.1Section of wharf

2 現(xiàn)場調查與檢測

2.1 結構的外觀檢查

對具備檢測條件的碼頭所有構件均進行外觀檢查，檢查分為水上部分和水下部分。

2.1.1 水上部分

水上部分主要包括沉箱、卸荷板、胸墻、碼頭面板等，檢測各類構件的施工缺陷、運行損傷、結構裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土剝離等情況，詳細記錄其缺陷位置、形態(tài)和程度。

經檢查，碼頭沉箱水上部分、卸荷板和現(xiàn)澆胸墻表面完好，無明顯施工缺陷和運行損傷，無結構性裂縫和老化病害引起的鋼筋銹蝕，沉箱與卸荷板、卸荷板與現(xiàn)澆胸墻之間連接無異常。碼頭面基本平整，受墻后回填沉降和車輛通行的影響，存在局部凹陷、面層高強混凝土連鎖塊鋪面?zhèn)€別缺失現(xiàn)象。

2.1.2 水下部分

采用潛水員水下探摸結合水下錄像的方法進行檢查，檢查主體結構的破損情況，包括鋼筋混凝土構件的破損、鋼筋銹蝕等情況，拋石基床的完好情況，墻前是否有墻后回填料流失，對沉箱間縫寬和水平錯位進行檢查和測量。

經檢查，沉箱水下部分表面完好、無明顯破損，表面無鋼筋銹蝕外露，沉箱前沿拋石基床完整，無沖刷和掏空現(xiàn)象。沉箱墻前無墻后回填料流失現(xiàn)象。

2.2 鋼筋混凝土性能參數(shù)檢測［7-9］

2.2.1 混凝土強度檢測

采用回彈法對碼頭主要構件的混凝土強度進行抽樣檢測（表1）。

沉箱和卸荷板混凝土設計強度等級C40，胸墻混凝土設計強度等級C30。檢測結果表明，實測碼頭沉箱、卸荷板和胸墻等構件混凝土抗壓強度推定值均大于設計值，復核計算時強度指標可采用設計強度等級。

2.2.2 混凝土碳化深度與鋼筋保護層厚度檢測

對主要鋼筋混凝土構件進行混凝土碳化深度和鋼筋保護層厚度檢測，對比分析以評定工程的老化程度。

碼頭沉箱、卸荷板和胸墻的混凝土碳化深度和鋼筋保護層厚度檢測結果見表2。從檢測結果來看，碼頭主體結構由于使用時間較短，而且部分構件處于水位變動區(qū)，混凝土碳化深度較小，實測最大碳化深度僅3.0 mm，平均0.6～1.8 mm；實測主要構件鋼筋保護層厚度平均值為48.9～58.3 mm，最小值為38 mm。因此碼頭主體結構不會出現(xiàn)因混凝土碳化引起的大面積老化病害。

表1回彈法檢測混凝土強度匯總表Tab.1Concrete strength detected by rebound method

表2混凝土碳化深度與鋼筋保護層厚度檢測結果Tab.2Results for concrete carbonation depth and steel bar protection layer thickness

表3構件氯離子含量檢測結果Tab.3Results for chlorine ion content in the structure

2.2.3 氯離子含量檢測

混凝土砂漿中氯離子含量采用鉆芯或鉆孔取粉樣后進行室內試驗分析測定，混凝土中氯離子濃度分布分別采用總氯離子濃度和水溶性氯離子濃度表示。檢測時對不同構件、不同區(qū)域分層分別取樣試驗，構件中氯離子含量檢測結果列于表3。

由表3可知，實測各鋼筋混凝土構件混凝土中氯離子含量極低，遠低于致使鋼筋銹蝕的氯離子臨界含量（為0.059%～0.107%），因此

圖2胸墻腐蝕電位圖Fig.2Corrosion potential of parapet

2.2.4 鋼筋腐蝕電位檢測

采用鋼筋腐蝕測定儀在主要構件不同區(qū)域劃分網格進行鋼筋腐蝕電位檢測，以判別構件發(fā)生鋼筋腐蝕的概率。鋼筋腐蝕程度按JTJ302-2006判定。

圖2列出了碼頭30#胸墻前沿和平臺鋼筋腐蝕電位圖，根據(jù)腐蝕電位檢測結果分析，被測區(qū)域發(fā)生鋼筋腐蝕的概率均小于10%。

2.3 整體位移檢測與觀測資料分析

由潛水員水下對各沉箱之間縫寬、水平錯位進行檢測，實測各沉箱間縫寬50～150 mm，平均87 mm（設計值80 mm）；各沉箱間水平錯位10～120 mm，平均34 mm。

實測上部各胸墻間縫寬7～55 mm，平均28.5 mm（設計值20 mm）。各胸墻間水平錯位為7～55 mm，平均9.0 mm。各胸墻間頂面高差7～25 mm，平均3.8 mm。

2007年3 月起，對碼頭進行了長期沉降和位移觀測，典型觀測曲線見圖3所示。

根據(jù)檢測結果，結合長期沉降和位移觀測結果分析，目前該碼頭的沉降和水平位移速率均較小，已基本穩(wěn)定。部分沉箱間出現(xiàn)偏大的沉降和水平位移，主要是碼頭二側的擴建施工（0#泊位和2#泊位施工）影響所致。

圖3碼頭沉降與水平位移觀測曲線圖Fig.3Graph of wharf settlement and horizontal displacement

2.4 地基與基礎及后方回填工程檢查

與其他碼頭相比，重力式碼頭對地基的要求最高，當?shù)鼗辈熨Y料缺失或可判斷地基土已發(fā)生變化時，需要在碼頭結構后方和前沿布置2～3個鉆探孔，檢測土層分布，進行現(xiàn)場原位試驗，同時取原狀土樣進行土工試驗，分析土層的物理力學性能指標。

本碼頭在工程可行性研究階段、初步設計階段和施工圖設計階段均進行了地質勘察工作，碼頭的地質資料較為全面，因此無需鉆孔檢驗。

通過現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)碼頭面和堆場表面有局部塌陷和異常沉降等現(xiàn)象。同時，根據(jù)潛水員水下探摸檢查，碼頭前沿未發(fā)現(xiàn)有墻后回填料流失，因此，可以判定碼頭地基和后方回填無異常。

2.5 軌道檢測

軌道檢測主要包括軌道的外觀檢查、軌距測量、軌頂高程測量和同一截面兩軌高差測量。

經檢查，軌道安裝牢固，軌道基本平直、光亮，未見明顯磨耗等現(xiàn)象；門機內、外側軌道緊固件無缺失，但部分螺栓已銹蝕。

碼頭面門機軌距在10 511～10 531 mm，同一截面兩軌的高差為0～69.2 mm，位置在1#泊位和0#泊位的交界處。由于兩軌高差相對較大，需及時對軌道進行調整。

2.6 ?？看胺雷o設施檢查

碼頭4個1 500 kN和12個1 000 kN系纜柱本體完好無損傷，柱體表面局部存在一般銹蝕。系船柱與下部胸墻連接完好，緊固件有防水防腐填充物，填充物無鼓起和吐銹。系船柱基礎周圍混凝土完好，無開裂、露筋等現(xiàn)象。

碼頭采用1 450 H兩鼓一板標準反力型橡膠護舷，共19組，除二端二個沉箱連續(xù)布置外，其余為隔沉箱布置。由于碼頭?？康木鶠榇笮痛唬捎猛陷喼糠绞娇坎?，靠泊時速度和角度均較小，加之護舷投入運用時間短，護舷材料無老化，無撕裂和整體缺失，護撞系統(tǒng)總體完好。護舷與碼頭連接牢固，螺栓和墊板等緊固件無銹蝕，也無缺失。

碼頭停靠的均為大型船只，而且平臺前沿設置了電纜溝和門機軌道，碼頭面流動機械一般不進入前沿區(qū)域，因此碼頭前沿和平臺的護輪坎完好。

2.7 碼頭前沿水深和沖淤變化

根據(jù)2007年12月和2011年7月港池水深測圖對比分析，碼頭前沿水域屬于微淤狀態(tài)，三年半時間內的淤積深度在0～0.8 m，平均淤積深度0.55 m。

3 結構安全評估

結構的安全評估包括安全性、使用性和耐久性評估三部分，評估驗算在碼頭現(xiàn)場調查和檢測后進行，驗算的項目及內容根據(jù)影響地基、基礎、結構或構件安全性、使用性和耐久性的因素確定。對于結構安全評估等級為C級和D級的碼頭，不宜進行以擴大靠泊能力為目的的結構加固改造。

3.1 結構安全性評估

（1）計算荷載。包括：1）自重；2）均載：20 kN/m2；3）設備荷載：16 t門機；4）流動荷載：牽引車＋20 t平板車，40 t汽車吊；5）船舶荷載：10萬t級散貨船，法向靠泊速度0.14 m/s，計算風速22.80 m/s；6）波浪：根據(jù)碼頭前沿不同條件50 a一遇波浪要素；7）水流荷載：水流速度1.05 m/s；8）地震荷載：7度。

（2）作用與效應組合。復核計算時考慮以下狀況：1）持久狀況：在結構使用期按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計；2）短暫狀況：無；3）偶然狀況：無；4）地震狀況：抗震設防烈度為7度，設計動峰值加速度為0.10 g。

荷載組合時根據(jù)施加在碼頭結構上的作用性質（永久作用、可變作用、偶然作用）按可能出現(xiàn)的最不利荷載，結合設計水位進行組合。

（3）計算內容［10-11］。

1）重力式沉箱承載能力極限狀態(tài)的持久組合時的計算，包括：①抗傾、抗滑穩(wěn)定性；②基床和地基承載力；③墻底面合力作用位置；④沉箱構件的承載能力。

2）正常使用極限狀態(tài)的長期效應組合和短暫效應組合的各項計算或驗算。

（4）計算假定。

1）重力式沉箱底板按四邊固定板計算，外趾板按懸臂板計算。外壁底板以上1.5 L（L為內隔墻間距）區(qū)段，按三邊固定一邊簡支板計算；1.5 L以上區(qū)段多于兩跨時按兩端固定的連續(xù)板，等于和少于兩跨時按框架或兩端固定的單跨板計算；隔墻與外壁的連接按軸心受拉構件。

2）船舶荷載按選用的護舷設計反力及系船柱規(guī)格取用。

（5）主要計算結果。

部分計算結果列于表4～表6。驗算結果表明，福州港松下7萬t級散雜貨碼頭目前條件下（僅建有一期防波堤），碼頭結構抗傾、抗滑穩(wěn)定性、基床應力及地基應力、沉箱強度均滿足要求，Rd/Sd＞1.0，說明結構安全可靠，碼頭安全性評估等級為A級。待二期防波堤建成后，波浪力將不起主導作用，其安全性將進會一步提高。

表4碼頭抗傾穩(wěn)定計算結果Tab.4Calculation results of resistance to overturning of the wharf

表5碼頭抗滑穩(wěn)定計算結果（1）Tab.5Calculation results of resistance to sliding of the wharf（1）

表6碼頭抗滑穩(wěn)定計算結果（2）Tab.6Calculation results of resistance to sliding of the wharf（2）

表7沉箱底板的裂縫開展寬度計算結果Tab.7Calculation results of crack width of caisson

3.2 碼頭結構使用性與技術狀態(tài)評估

3.2.1 碼頭結構使用性評估

在控制工況（極端低水位時結構自重+系纜力+門機作業(yè)荷載+碼頭面均載）時，沉箱底板的裂縫開展寬度計算結果見表7。驗算結果表明，在現(xiàn)有配筋條件下，沉箱主體鋼筋混凝土結構最大裂縫開展寬度小于規(guī)范規(guī)定的海水港水下區(qū)最大裂縫寬度限值（0.30 mm），碼頭結構的使用性評定等級為A級。3.2.2碼頭技術狀態(tài)評估

根據(jù)現(xiàn)場調查和檢測結果分析，對照行業(yè)標準《港口設施維護技術規(guī)程》JTS310-2013中重力式碼頭技術狀態(tài)分類標準，福州港松下7萬t級散雜貨碼頭各項目的技術狀態(tài)等級評定結果為：墻身、后方接岸和基床為一類，結構沉降、位移、整體穩(wěn)定和上部結構為二類。

3.3 耐久性評估

根據(jù)材料劣化度和耐久性極限狀態(tài)進行耐久性評估。當耐久性損傷導致安全性、使用性功能明顯退化時，還需要按承載能力極限狀態(tài)或正常使用極限狀態(tài)進行安全性或使用性評估。耐久性評估包括混凝土結構外觀劣化度評估和結構使用年限預測。

按不同構件種類根據(jù)外觀檢測結果進行外觀劣化度評估，其外觀劣化度分級按現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范確定。碼頭沉箱、卸荷板、胸墻的外觀較好，混凝土碳化深度遠小于保護層厚度，混凝土中氯離子含量遠小于使鋼筋銹蝕的臨界值，構件單元外觀劣化度均可評定為A級。鋼筋混凝土結構使用年限為混凝土澆筑到鋼筋開始銹蝕所經歷的時間、鋼筋開始銹蝕至保護層開裂所經歷的時間與自保護層開裂到鋼筋截面面積減小至原截面的90%所經歷的時間之和。鋼筋混凝土結構使用年限預測時，根據(jù)碼頭所在區(qū)域的環(huán)境特征，分別選用以混凝土碳化或氯離子滲透為主的計算模型進行估算。混凝土結構剩余使用年限為鋼筋混凝土結構使用年限與混凝土結構自建成至檢測時已使用的時間之差。松下碼頭處于海洋環(huán)境，影響鋼筋混凝土結構耐久性的主要因素為氯離子滲透。根據(jù)主要構件混凝土中氯離子濃度分布結果，采用基于氯鹽引起鋼筋銹蝕使用年限預測公式估算碼頭各類構件的使用年限均大于設計年限，剩余使用年限均滿足要求。經綜合評定碼頭耐久性評定等級為A級。

4 結語

福州港松下7萬t級散雜貨碼頭建成于2007年6月，擬通過結構加固改造將靠泊能力7萬t級提升至10萬t級。

根據(jù)現(xiàn)場調查與檢測，福州港松下7萬t級散雜貨碼頭設施齊全，主要構件完好，抽檢各參數(shù)均達到設計要求，碼頭的安全性、使用性和耐久性等級均為A級，具備結構加固改造提升靠泊能力的條件。

碼頭結構加固改造對于充分利用碼頭的現(xiàn)有資源，進一步提高碼頭靠泊能力，適應國際航運市場船舶向大型化發(fā)展，規(guī)范超過原設計船型船舶靠泊碼頭的管理，確保港口安全生產，促進港口持續(xù)和健康發(fā)展具有十分重要意義。

［1］陳燦明，黃衛(wèi)蘭，蘇揚，等.加固改造碼頭檢測和評估方法與有關問題探討［C］//第八屆港口工程技術交流大會暨第九屆工程排水與加固技術研討會論文集.北京：中國水利水電出版社，2014：444-452.

［2］黃衛(wèi)蘭，吳喬，陳燦明.等.重力式碼頭的現(xiàn)狀檢測與評估技術及其在沉箱中的運用［C］//第八屆港口工程技術交流大會暨第九屆工程排水與加固技術研討會論文集.北京：中國水利水電出版社，2014：469-475.

［3］黃衛(wèi)蘭，蘇揚，陳燦明，等.高樁碼頭的現(xiàn)狀檢測與評估［C］//第十六屆中國海洋（岸）工程學術討論會論文集.北京：海洋出版社，2013：1 005-1 010.

［4］南京水利科學研究院實驗中心.福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)7萬噸級散雜貨碼頭現(xiàn)狀調查與檢測報告［R］.南京：南京水利科學研究院實驗中心，2012.

［5］中交第三航務工程勘察設計院有限公司.福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)1#泊位結構加固改造工程方案設計［R］.上海：中交第三航務工程勘察設計院有限公司，2013.

［6］交通運輸部辦公廳.港口碼頭結構安全性檢測與評估指南［M］.北京：人民交通出版社，2011.

［7］JTJ270-98，水運工程混凝土試驗規(guī)程［S］.

［8］JTJ/T272-1999，港口工程混凝土非破損檢測技術規(guī)程［S］.

［9］JTJ218-2005，水運工程水工建筑物原型觀測技術規(guī)范［S］.

［10］JTS167-2-2009，重力式碼頭設計與施工規(guī)范［S］.

［11］JTS151-2011，水運工程混凝土結構設計規(guī)范［S］.

Detection and assessment of 70?thousand?tons bulk&cargo wharf of Fuzhou port

CHEN Can?ming1,HUANG Wei?lan1,LI Yu1,2,WANG Kai?shun3,WANG Xi?peng1,2
（1.Key Laboratory of Water Science and Engineering,Ministry of Water Resources,Nanjing Hydraulic Research Institute,Nanjing 210029,China;2.College of Harbor,Coastal and Offshore Engineering,Hohai University,Nanjing 210098,China;3.Corporation of Wharf of Songxia,Fuzhou,Fuzhou 350217,China）

In this paper,the main content,methodology and results applying for the security detection and as?sessment of gravity wharf were introduced by taking the example of upgrading and reinforcement of 70?thousand?tons bulk&cargo wharf of Fuzhou port.Based on the comprehensive detection of wharf,parameters examination of structure,materials and foundations,data analysis and re?calculation of main parts,the safety,applicability and du?rability of the wharf were estimated,which can provide technological supports for similar projects.

gravity type;caisson wharf;reinforcement and reconstruction of structure;detection;assessment

U 656.1；TV 223

A

1005-8443（2015）06-0561-06

2015-06-16；

2015-08-28

陳燦明（1962-），男，江蘇省靖江人，教授級高級工程師，主要從事水工結構的試驗、檢測與評估工作。

Biography：CHEN Can?ming（1962-），male，professor.