涂启达 中交四航局第一工程有限公司

1.工程概况

该项目坐落于肯尼亚最北边的海 Manda湾，经纬度为2°0’0’S，41°6’0’E，项目地处东三区，鉴于项目现场没有现成的出运码头和卸货码头，在项目现场须建一个临时码头用于码头基础管桩、方块、及其他材料及设备出运，临时码头区域水深最少不低于3.5m。

2.气象、水文及地质情况

2.1 气候条件

项目现场属于热带雨林气候，以吹东南向季风气候为主，一般从4～9月为雨季，4～6月为雨量最丰富的季节，雨量达到120～188mm，特别是5月雨量达到320mm。季风季节波浪高度一般低于0.5m。当地最高温度35℃，最低温度为18℃，全年及早晚温差不大。

该地区每年4～10月份盛行南风，每年12～次年3月盛行东北风。风速10m/s的风比较频繁发生的月份为每年6～9月，风速15m/s以上的强风一般发生在6月和11月。

2.2 地质条件

码头位置经过钻孔，土层情况如下：①冲积层：冲积层基本上是沙子混合一定比例的淤泥和贝壳碎片，在沿曼达通道的东侧也有黏土/淤泥。冲积物厚度一般为2～6m，最大10m。标贯击数N-值一般小于10击，比较松散。②洪积层：冲积层由砂子和黏土砂组成，中等到密实。③珊瑚层：基本由死去的珊瑚形成层。珊瑚根据N值被细分为如下两种：分解珊瑚（N＜50）和严重风化的珊瑚（N＞50）。

3.临时码头的设计

3.1 结构方案

码头面标高5.5 m。桩基采用φ630m×9mm钢管桩，主梁和次梁采用H700×300×13×24型钢焊接固定在管桩顶上，顶层分配梁采用I20a工字钢，间距0.3m，码头平台面板为10mm厚钢板，码头平面尺寸为24.6m×18.6m。设计荷载为200t履带吊，起吊最重47.5t。采用与永久护岸相同的块石护岸，坡率1∶3。

3.2 设计核算

1）设计荷载。作业工况按结构自重+200t履带吊（吊重47.5t）考虑。200t履带吊通行及作业，作业时最大吊重47.5t方块。履带吊物理参数如表1所示。

表1 履带吊物理参数

注：①履带吊自重按重载模式取值，最大吊重为47.5t；②履带接地压强不均匀分布按梯形分布，最大值与最小值之比按1∶2考虑。

荷载的作用分项系数为永久荷载分项系数1.2，履带吊机荷载分项系数1.5。

2）结构强度复核。按照《水运工程钢结构设计规范》（JTS 152-2012），轴心受压或受拉构件强度应满足下式：

在拉弯和压弯构件的强度应满足下式要求：

在主平面内受弯的实腹构件的抗剪强度应满足下式要求：

根据以上公式，依据结构模型的有限元计算结果，结构各构件的内力计算结果如表2所示。由于所有钢材均采用Q235B型钢，其抗拉、抗压和抗弯f=215N/mm，抗剪fv=125N/mm。以此判断结构是否满足要求。

表2 临时码头内力复核

由表2可知，构件强度满足施工要求。

3）桩基承载力复核。根据《港口工程桩基规范》（JTS 167-4-2012）[钢管桩和预制混凝土管桩轴向抗压承载力可按下式计算：

考虑桩基使用年限为5 年且海水腐蚀严重，考虑预留腐蚀厚度为1mm，所以，桩基按8mm壁厚进行计算。根据地质资料计算得到桩基的单桩承载力如表3所示。

表3 临时码头钢管桩φ630×9mm单桩承载力计算

通过软件计算可知，最大桩基反力为1513.6KN。由此可知，设计按桩基进入强风化珊瑚灰岩不少于2.0 倍桩径，单桩承载力设计值为1543.3kN，大于1513.6kN，满足使用要求。

4.临时码头的施工

4.1 沉桩施工

1）沉桩程序。沉桩设备采用120kW液压振动锤沉桩，沉桩顺序为：移船取桩→吊桩入龙口→测量放样→移船就位→调平船，调整桩的垂直度→定位收紧缆绳→下放钢管桩使其自沉→测桩偏位，调整→振动锤夹紧桩头→启动振动锤，振动沉桩→调正再振沉→钢管桩不再下沉，停止振动→检测桩位→移船取桩→下一条钢管桩施打。

2）终锤标准。①沉降控制：最后每30s观测一次沉降，沉降≤3mm/s；②入土深度：根据承载力要求及土层性质，由单桩承载力公式反推入土深度，一般要求钢管桩桩尖进入风化层。

3）夹桩。钢管桩施打完成后进行夹桩处理，再进行道路和码头平台连接部位抛石及桩间抛石工作。

4.2 上部平台安装

钢管桩割桩/接桩至设计标高→钢管桩顶开口→安装第一层主梁→桩头加固，焊接斜撑工字钢→安装次梁→安装顶层分布梁工字钢→安装面层钢板→安装上部附属结构。

平台安装完后，四周用φ50×3mm的镀锌钢管烧焊1m高的安全护栏，并在码头面上行车区域烧焊防滑条，防滑条采用φ8mm螺纹钢筋，间距为1m。平台加工完成后，在码头平台的前沿设置防撞轮胎，以防止靠船时船舶直接碰撞码头。

5.临时码头的防腐

根据该海域水文条件，设计高水位为+3.8 m，临时码头面标高为+5.5m。可计算浪溅区下限为+3.8m-1m=+2.8m。浪溅区上限为+3.8m+1.5m=+5.3m，小于码头面标高，故取码头面标高+5.5m为浪溅区上限。由此可知，在考量码头防腐方式时应按浪溅区计算。根据临时码头各个结构形式不同，采取不同的防腐思路。

5.1 桩基防腐

码头桩基为9mm厚钢管，在核算承载力时按8mm计算，即预留腐蚀厚度σ=1mm。桩基在水下区以及水位变动区均按照浪溅区等级进行防腐。考虑防腐方式便于施工，本码头采用涂层防腐，钢管桩顶部封口，属于单面腐蚀。可根据相关规范中的公式计算，判断该涂层防腐结合预留腐蚀厚度的方式是否符合要求，具体如下：

式中：Δσ为在结构设计使用年限t年内，钢管桩所需预留腐蚀厚度（mm）；K为钢材单面年平均腐蚀速度（mm/a）；P为采用涂层保护时的保护效率（%）；t为采用涂层保护的有效使用年限（a）；t为结构的设计使用年限（a）。

根据现场实际情况，本项目水域为有掩护水域，按规范K值为0.2～0.3mm/a，取K=0.3mm/a。按规范，P值为50～95%，取P=50%。t与t值均可按5年计算，可得结果：Δσ=0.75mm＜1mm，预留腐蚀厚度符合要求。

涂层防腐按相关规范要求设置3层：底漆、中漆、面漆，各层材料类型均为聚氨酯漆，厚度分别为300μm、200μm、100μm。

5.2 上部结构防腐

码头上部结构由H700型钢、I20a工字钢以及10mm厚钢板组成，此三种材料全部位于浪溅区，且整个断面均与水汽接触，所以在进行防腐时必须全断面涂刷。涂刷方式参照桩基防腐。

6.临时码头的维护

该临时码头试用期长达5年，且履带吊作业频繁，需定时对其维修保养。具体如下：

（1）严格按设计要求使用临时码头，避免多个大型设备同时在码头上作业，超过设计荷载。

（2）I20a工字钢以及10mm厚钢板由于经常受到履带吊等设备的摩擦破坏，需定时、不定时检查，对于涂层磨损的及时修复，对于发生变形的及时修复或更换。

（3）H700型钢的厚度较大，一般不需要更换，只需对涂层破坏的位置进行修复。

（4）对于钢管桩，应定时使用测厚仪测量壁厚，确保其壁厚不少于设计使用值8mm。

（5）若临时码头使用超过5年，则应重新评估其整体性能，再判断是否能够继续使用，并且必须严格规定其使用条件。

7.临时码头的使用效果

7.1 整体作业效果

该临时码头使用至目前已接近5年，使用效果良好，200t履带吊在其上作业未发生任何安全问题，保证了项目的顺利实施。

7.2 码头材料的状态

经过近5 年的统计，得出如下结论：

1）受到履带吊作业影响，除平时的涂层修补外，I20a工字钢以及10mm厚钢板约每年需要进行一次较大的更换（约20%的材料），其主要原因是材料发生较大变形。

2）H700型钢在使用中效果良好，由于并无任何设备、材料直接对其进行碰撞与摩擦，涂层也相对完整，使用近5年，几乎无任何修补。

3）钢管桩的壁厚是本项目防腐控制的关键，首先桩基是本码头的重要基础，所有荷载最后均传至桩基；其次，一旦其壁厚小于设计值将很难更换，且加固十分困难。本项目除严格控制其涂层质量以外，也加强了对浪溅区壁厚的测量。同时，为找到该海域钢材真实的年平均腐蚀速度，在临时码头旁边水域以同条件设置了一条观测桩，并且不对其进行涂层保护，用以观察其在浪溅区的真实腐蚀情况。临时码头桩基和观测桩按每3个月一次的方式进行测量，最终发现，无任何防腐措施的观测桩年平均腐蚀速度约为0.268mm/a，有涂层防腐的承重桩年平均腐蚀速度约为0.08mm/a。本码头的防腐方式符合使用要求。

8.结语

本文通过设计承载力、施工方法以及防腐方式等方面的分析，说明了在大型、长使用周期的临时码头在设计、施工与维护方面的关键控制点，可为类似工程的施工提供参考。具体结论如下：

（1）钢管桩配合H型钢、工字钢、钢板等材料，可以充分满足承载力需求较大的临时码头建设。

（2）长期使用的临时码头可采用预留腐蚀厚度结合涂层保护的方式进行防腐。

（3）该临时码头处于非洲东部地区，经过实际测量，可判断该区域钢材于浪溅区年平均腐蚀速度约为0.268mm/a，采用涂层保护后，年平均腐蚀速度约为0.08mm/a。

（4）码头上部结构为受到履带吊等设备较大影响处，对于截面积较小的构件确会发生一定的变形，应根据实际情况加以修复或更换。