大型重力式矿石码头改造工程的设计分析--中国期刊网

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大型重力式矿石码头改造工程的设计分析

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：王江

[导读] 摘要：近年来，随着我国水运事业的飞速发展，为了尽可能的降低运输成本，海上贸易船舶越来越大型化，但要满足船舶吃水及装卸需求，重力式码头也只能向深水化和大型化发展。

        天津港第四港埠有限公司天津 300450
        摘要：近年来，随着我国水运事业的飞速发展，为了尽可能的降低运输成本，海上贸易船舶越来越大型化，但要满足船舶吃水及装卸需求，重力式码头也只能向深水化和大型化发展。通过运用多项技术和创新工艺，有效提高施工效率以及施工质量，针对不同的安装环境制定不同的施工方案。通过这些措施的采用，顺利的完成改造工程，并且结构满足设计要求，为以后类似工程提供重要参考。
        关键词：大型；深水化；重力式码头；升级改造；技术分析
        前言
        近年来，海运市场不断朝着船舶大型化、专业化发展，我国部分沿海港口泊位已不能满足运输生产需要，亟需通过技术改造走内涵式扩大生产能力的道路，提高老旧码头对新货种和新船型的适应能力，进一步完善港口功能，适应船舶大型化发展的要求，使港口更好地为经济社会发展服务。而改造升级实施过程中往往伴随有老码头及其配套设施的改造或者保护问题，而重力式码头因现有的基础结构给码头改造带来了难点，本文通过对重力式码头升级改造工程分析与探讨，初步归纳与总结了目前国内类似工程问题处理的基本思路和主要方法。
        1 清除码头前沿基床块石
        开工前，组织潜水人员进行水下探摸。通过分析研究，采用8m3抓斗挖泥船直接对矿渣层、栅栏板，码头前沿基床块石一起开挖。根据施工经验，开挖底标高统一按照-24.5m控制。由于开挖时，抓斗在水下作业距离沉箱较近，若开挖时碰到沉箱基础，可能造成结构不稳定。第一次开挖时距离沉箱大脚取1.5m进行开挖，开挖时控制好开挖宽度，绝对不允许抓斗碰触沉箱墙身和沉箱大脚。开挖后潜水员进行整平形成自然坡度。作业船舶抓斗长6m，宽2m，作业时每4m为1船地。矿石码头长年生产装卸矿石，矿渣经常洒落，把沉箱大脚覆盖；开挖边线1.5m过于保守，剩余块石无法形成自然坡度；作业时每4m为1船地无法保证连续开挖断面的形成，中间漏挖现象较严重。当重新进行二次开挖，开挖时，缩减控制边线，确定为1m，下抓斗时，先在较远距离把抓斗沉入水底，碰到基础时，在缓慢向沉箱方向移动，确保不对沉箱大脚造成剧烈冲击。经过反复开挖，最终开挖边线确定为0.5m，同时每2m为1船地可保证连续开挖断面的形成。
        2 升级改造袋装混凝土关键技术研究
        2.1 模袋加、沉放、安装固定
        土工模袋根据设计要求指标在专业生产厂家加工制作。根据前沿基床的尺寸把上平台和下平台的模袋改为做开式，斜坡段模袋则为密封式，并预留混凝土灌注口。在现场把上下平台的模袋绑扎固定在模袋架上，与模袋架一同沉放铺设，模袋架为钢管焊接而成的钢架，起到支撑和控制模袋混凝土尺寸作用。模袋沉放由操作工在设计位置的上游逐步下放模袋架。为减少水流影响，模袋架下放时可配压重,增加模袋架的质量,以顺利下放至指定的位置。在模袋架下放到达基床后，由潜水员安装固定至设计位置。
        2.2 模袋混凝土泛筑
        模袋混凝土采用的水下不分散混凝土按照设计配合比在专业混凝土生产厂家生产，凝土坍落度宜控制在220~260mm混凝土的浇筑采用泵送工艺。因为浇筑位置离码头面高差近21m，且上下平台高程不同，泵管必须可以灵活调整浇筑位置，保证混凝土浇筑质量。每个模袋浇筑混凝土的顺序为：先由上平台开始浇筑，再浇筑下平台，最后浇筑斜坡段，避免在斜坡段混凝土自重作用下，模袋发生位移。
        3 基床加固关键技术研究
        3.1 码头基床加固技术主要问题
        基础升浆是指给基础空隙灌注水泥砂浆，用于基础加固和增大基础承载力。在整个矿石码头改造施工过程中，基础升浆是把控施工质量的关键，如何确保施工质量和有效的进行水下升浆施工是必须要面对的问题。码头改造施工过程中，需要进行的是水下升浆施工，面对的基床特性很不确定，与陆上升浆相比更为复杂，可变要素较多。需要解决下列问题：砂浆配合比的确定：根据设计对砂浆强度的要求，确定砂浆的配合比。

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所制备的砂浆应具有较好的流动性和注入性，能完全充填碎石的空隙，确保施工中没有太大的离析，且有适当的膨胀率。尤其是对于码头改造水下升浆施工，要求会更高。砂浆在水下基床的扩散充填情况：砂浆在不同情况下的扩散充填结果是不一样的，如何把控砂浆在水下基床的扩散充填效果，确保升浆施工质量是要解决的问题。
        3.2 码头基床升浆施工技术的优化方法
        砂浆配合比的确定和砂浆在水下基床的扩散充填情况的预测都需要在实际施工前进行陆上升浆试验，为实际水下升浆施工作参考。在升浆试验中，要不断观测浆液流动度和浆液上升情况，初步确定砂浆配合比等施工参数和砂浆在水下基床的扩散充填情况。由于现场实际升浆在水下进行，条件与陆上升浆不同，陆上升浆参数只做参考，现场还需进行典型施工，进一步确保施工参数的准确可行。通过典型施工，不断调整施工参数和掌握砂浆在水下基床的扩散充填情况，以实现实际施工时的各项参数优化和灌注管提升间隔和速度优化。
        4 护舷改造关键技术研究
        4.1 码头护舷改造技术主要问题
        为了在30万吨级（最大40万吨级）船靠泊时，增大船舶舭龙骨距离码头沉箱前趾的
        距离，提高船舶的正常作业安全性，需要将原护舷向海侧前移1m，采用何种方式外移，
        是护舷改造需要解决的首要问题。
        4.2 护舷改造关键技术研究
        矿石码头为重力式结构，结合原设计方案，只能考虑更换新护舷。经设计算，现有矿石码头的两鼓一板鼓型橡胶护舷，能够满足设计船型的靠泊要求，无需更换，因此，为了解决在30万吨级（最大40万t）船靠泊时，增大船舶舭龙骨距离码头沉箱前趾的距离，以便提高船舶的正常作业安全性的问题，通过设计研究，采用在原有护舷和胸墙之间增设钢架的全新的工艺。悬挑钢架采用单个钢架对应单鼓护舷；根据护舷改造要求，悬挑钢架高度为1m，成圆环型钢结构。护舷和钢架间的采用螺栓连接，钢架和胸墙之间采用后植螺栓连接。从经济性、实用性、安全性（钢架各构件计算应力、验算结果及各项计算指标均满足要求）等方面考虑，采用放射性竖版+顶底板的设计方案，并利用原有护舷预埋螺栓孔植入化学螺栓进行悬挑钢架安装，钢架与护舷之间通过螺栓连接。
        5 未来发展方向
        矿石码头泊位升级改造技术的发展，有着极其广阔的前景。另外，国内外大多数矿石码头也已经进入中老年，并且大多数码头无法跟上时代的步伐，不能接靠大型吨位的矿石船，随着21世纪海上丝绸之路的发展，矿石码头升级改造技术也将积极推进沿线国家发展。随着新技术、新工艺、新设备的不断出现和发展，矿石码头升级改造技术也将更加完善，老码头将换发新的活力，为企业创造更多的利润。
        6 结语
        综上所述,对于旧码头改造升级的设计,要充分掌握基础资料和改造对象原有的设计使用边界条件,深入分析改造方案设计的基本条件,同时,技术方案还需要具有未来的发展性和扩建结构上的良好过渡与衔接,需要综合考虑不同方案在技术上的适应性和经济上的合理性,通过技术经济比较才能作出最优选择。
        参考文献：
        [1]朱作坤．码头改造工程应用技术分析探讨Ｕ１．中国水运，２００８，１２．
        [2]王安华,任增金.几内亚Simandou矿石码头FEED全钢结构高桩码头设计[J].水运工程,2016(B10):68-71.
        [3]严金龙.波浪整体物理模型试验在港口工程建设中的应用[J].珠江水运,2017(19):87~88.
        [4]阮海波，青岛港董家口40万t矿石码头施工关键技术与工艺创新[J]，中国港湾建设，2013年12月第6期总第190期：60-63。