上海港码头结构加固改造及修复工程施工技术
许月红，王叔铭
（中建港务建设有限公司，上海，）
摘要
针对上海港码头结构现状，在不改变码头使用功能的前提下，提升码头靠泊等级。通过采取陆上施打水上斜钢管桩、加固桩帽和横梁、更换系船柱、修补碳纤维等施工技术，确保码头加固改造及修复工程的施工质量。
关键词
港口；码头结构；加固改造；陆上桩架；斜钢管桩；结构修复
0 引言
交通运输部水运局于年10月9日在宁波市组织召开沿海港口码头结构加固改造工作座谈会，会议决定全面推进码头改造项目工作，改造的内容限定为码头结构部分，改造原则是在不改变码头使用功能的前提下提升码头靠泊等级。
1 工程概况
上海港码头结构加固改造项目是上海港为适应船舶大型化而进行的码头升级改造工程，是应对码头岸线资源不足、节约投资成本、保障码头运行安全的重要举措。上海港码头结构加固改造项目涉及9家公司的11个项目，包括罗泾港区二期工程、外高桥港区一期至六期工程、洋山深水港区一期和二期工程等，具有点多面广、施工进度紧、施工环境复杂等诸多难点。
本次码头升级改造工程是在港区不停产、少影响的前提下进行施工的，需要大量的协调沟通工作。因部分工程桩基位于原码头后沿，不能采用打桩船水上施工，现场采用陆上沉桩施工工艺，管桩分节制作，现场吊装焊接，保证方案的可行性和可操作性。在沉桩方面，针对不同施工环境确定不同沉桩方案，包括陆上打桩机沉桩、液压锤配履带吊沉桩及水上桩船沉桩等。
码头结构加固改造及修复工程的施工内容主要包括沉桩（水上、陆上）、帽梁浇筑、新增系船柱基础、系船柱更换、桩基水上加固、桩基修补、露筋处理、裂缝处理、橡胶护舷更换及修复等。
2 主要施工工艺
2.1 沉桩
根据工程实际施工条件及相关设计文件要求，沉桩施工主要采用陆上桩机沉桩、液压锤配履带吊沉桩及水上桩船沉桩等施工工艺。
2.1.1 陆上桩架DH-M履带式打桩机沉桩施工
2.1.1.1 施工技术
根据工程设计，需在码头后延增设桩基。因沉桩水域封闭，打桩船无法进入沉桩区域，因此打桩船沉桩方案不可行。沉桩位置平面图见图1。
在沉桩前，分别对陆上打桩机的吊装过程和沉桩过程中的码头结构安全进行验算，确保桩架的安全稳定性。同时，为了能够满足施打斜桩的要求，先采用陆上桩架DH-M履带式打桩机进行试桩，然后进入正式沉桩施工。
2.1.1.2 桩架行走路线
规定桩机只能在码头纵梁和横梁上行走，90°转弯,在横梁轴线上行走时必须保持桩机中心线与轴线一致,并在码头面层上用标识标出行驶范围。桩机行走路线见图2。
2.1.1.3 沉桩施工流程
履带式打桩机沉桩施工流程见图3。该方案的实施证明陆上打桩机在码头后延沉斜桩是安全可靠的，且操作简便，对码头生产运营影响较小。
2.1.2 采用履带吊、液压锤打桩施工
2.1.2.1 施工技术
由于码头改造工作面较小，码头面还需考虑港区集装箱装卸桥的正常运行，码头后沿施工范围仅13m，且高度不得超过30m，见图4。考虑到桩架高度及吊桩对集装箱装卸桥生产的影响，既不能采用打桩船施工，也不能采用陆上打桩机施工，所以采用履带吊配液压锤打桩施工。
2.1.2.2 施工设备
采用芬兰永腾液压锤（HHK-12A，锤重12t）配70t履带吊进行施工。为保证斜桩施打斜率，在钢管桩施工过程中，自行设计并制作导向架及下横梁抱箍，便于施工过程中钢管桩的斜率调整。导向架见图5，下横梁抱箍图见6。
2.1.2.3 沉桩施工流程
液压锤打桩施工流程见图7。
2.2 钻孔灌注桩施工
2.2.1 施工技术
钻孔灌注桩施工采用搭设水上施工平台工艺。采用50t汽车吊起吊槽钢至码头后沿帽梁处，共设置6根双拼［40a槽钢，单根槽钢长6.5m，江侧端距护轮坎mm及1mm处分别种植4根Φ20锚固钢筋与码头结构相连，岸侧端通过施打膨胀螺栓安装三角支架与横撑焊接，上铺设木板形成稳定可靠的水上施工平台。
混凝土灌注采用陆上泵送混凝土施工工艺。连续进行水下混凝土浇筑，确保导管埋深深度。灌注混凝土到桩顶时，超过桩顶设计标高1.5m，以确保桩顶质量符合设计及规范要求。
2.2.2 工艺流程
施工准备→测定桩位→施工平台搭设→搭设组装钻孔机械设备→桩基定位→打设钢护筒→钻孔→第1次清孔→制作及沉放钢筋笼→下导管→第2次清孔→水下混凝土浇筑→拔出导管。
2.3 桩帽和横梁施工工艺
桩帽混凝土设计标号为C40，设计要求必须在混凝土强度达到90%后方能允许靠泊。施工时采用C50早强混凝土浇筑新桩帽，浇筑4d后即满足设计要求，减少施工作业对港区生产作业的影响。
本工程的现浇桩帽和横梁施工采用植筋技术。即在老码头后沿钻孔植筋后，钢筋再与植筋绑扎，并与管桩形成整体，从而增强码头靠船支撑力。在植筋前，用墨斗线标出钻孔纵向、横向交叉点线，按设计尺寸进行电锤钻孔，并控制孔深，及时清孔，清理干净后进行植筋施工。植筋所用胶水必须填充密实，插入钢筋时需循序渐进，与胶水充分接触，不留缝隙。在植筋完成后，按规范要求，委托具有相关资质的检测单位对植入的钢筋进行拉拔试验，经检测合格后再进入下道工序。
在桩帽和横梁混凝土浇筑前，对钢筋绑扎数量、位置、模板强度以及底板的反向吊筋强度、刚度和外形尺寸等进行验收，尤其是对桩帽与原码头刚性连接的槽钢焊接部位进行逐一验收。
2.4 系船柱更换及新增
2.4.1 系船柱更换
2.4.1.1 传统工艺
先采用传统施工技术，即敲拆机加人工敲拆。将原有系船柱基础敲除，敲拆至下横梁钢筋外露（注意保护原有钢筋，不得切断横梁主筋）。在系船柱基础上部拆除时，拆除边线以上的原系船柱基础钢筋（留出焊接长度）。对敲拆的外露钢筋进行调直，对折断钢筋用同等规格钢筋进行焊接。电焊搭接做到搭接形成的面和结构面平行，以确保钢筋保护层的实际厚度满足设计及规范的要求。
2.4.1.2 新工艺
为了尽量减少施工对港区生产作业的影响，确保施工质量和加快施工进度，在第1批系船柱施工的基础上总结经验，对拆除方案进行优化，采取整体拆除方案，即采用液压金刚绳锯工艺对系船柱连混凝土墩台进行整体切割，从而缩短施工工期。以前拆除1座系船柱，4人轮流敲拆，用时需3d，现在采用新工艺切割，仅用时3h，且不破坏周边混凝土结构，确保港区生产安全。
2.4.2 新增系船柱
系船柱基础预埋螺栓采用钻孔植筋工艺。在钻孔时要避开原码头主筋，植入深度要严格按照设计要求进行控制，注胶采用无机植筋胶。当混凝土强度满足设计要求后，及时进行植筋抗拔力试验。
2.4.2.1 工艺流程
弹线定位→安装钻孔板→钻孔→敲除→清孔→配胶→注胶→植筋→检查验收。
2.4.2.2 钻孔
按图纸间距、边距和锚栓轴线等定好位置，用定位板在系船柱基础上定好点，用专用钻孔机钻孔。孔径、孔深按锚栓类型及尺寸确定。用水平尺校核钻机的垂直度，确保成孔后整体与系船柱孔距一致。
2.4.2.3 清孔
用空气压力吹管将孔内浮尘吹掉，再用刷子将孔壁的尘屑进行反复清刷，用强风彻底清洁孔壁，保持孔内洁净，并用土工布塞住洞口，防止异物落入。
2.4.2.4 预置放锚栓
这一环节非常重要，先对锚栓进行预放入孔，对孔深进行校核，确保锚栓植入后的顶面标高符合设计要求。
2.4.2.5 置入液体胶
植筋胶充分搅拌均匀后慢慢倒入孔内，再慢慢置放锚栓，上下插动使锚栓与液体胶、孔壁充分胶粘，直至溢出混凝土表面，及时用定位板套住锚栓上口进行固定。
注入胶粘剂后立即单向旋转植入螺栓，直到达到设计深度，并保证植入螺栓与孔壁之间的间隙基本均匀，校正螺栓的位置和垂直度。胶粘剂固化前，不得触动或振动已经植入的螺栓。
2.4.2.6 系船柱安装
必须待系船柱基础混凝土达到一定强度后用汽车吊吊装系船柱。在安装前，对系船柱座顶面平整度进行实测，然后在预埋螺栓上安放船桩。在安装完毕后，复测系船桩顶标高，确保安装质量，并对预埋螺栓和定位板进行除锈防腐处理。及时拧紧螺帽，填塞螺帽孔，以便于混凝土浇筑。
系船桩安装固定后，向柱内浇筑混凝土并捣实、压光、收平。待混凝土达到一定强度后，对系船柱表面进行处理，确保表面平顺、圆滑、无节瘤、铁豆、结疤和缺角等。经验收后，涂刷面漆，标明等级。
2.5 码头结构修复
2.5.1 碳纤维加固施工工艺
沿裂缝走向骑缝凿深度不小于30mm，宽度不小于20mm的U型槽。清除被加固构件表面剥落、疏松的劣化混凝土，露出混凝土结构层并做好打磨清理工作。
准确称重和配制改性高性能修复砂浆，然后1次或分次压入构件修复部位或U型槽，使其略高出槽面，并抹平、修整。
按设计要求的尺寸裁剪纤维布，裁剪好的纤维布成卷状并妥善摆放。
配置、搅拌粘贴胶料，然后用滚筒刷均匀涂抹于粘贴部位，在搭接、拐角处部位适当多涂抹一些。
用特制光滑滚子在碳纤维表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料。第1层碳纤维表面干燥后方能进行第2层碳纤维粘贴。
在最外层碳纤维布表面均匀涂抹1层封闭胶料（或喷涂改性高性能修复砂浆）。隔1d待胶料充分干燥后，用灌浆料粉刷修补表面，厚度为2cm，粉刷范围扩至碳纤维布周边5cm，以充分保护碳纤维布。
2.5.2 裂缝处理
根据裂缝宽度的不同，分别进行处理。
2.5.2.1 裂缝宽度0.1~0.3mm，同一区段数量≤2条
清除松散混凝土和缝内异物，凿U型槽→环氧砂浆修补平整→2层碳纤维布加强。
2.5.2.2 裂缝宽度0.1~0.3mm，同一区段数量2条，长度2m
清除松散混凝土和缝内异物，凿U型槽→环氧砂浆修补平整→2层碳纤维布加强→喷射改性高性能修复砂浆20mm。
2.5.2.3 贯穿裂缝或U型缝或环缝
除松散混凝土和缝内异物，凿U型槽→压力灌浆表面封闭→3层碳纤维布加强→喷射改性高性能修复砂浆20mm。
2.5.3 桩基修复
2.5.3.1 预制混凝土桩修复
用钢刷将待修复桩基表面附着的微生物及松散混凝土清除后，将新老混凝土交界处凿毛，并涂刷界面剂。钢套模和围囹在水面上整体进行拼装。采用10mm厚钢板制作钢套模，模板与桩基接缝处用橡胶条止浆。钢套模搁置于槽钢平台上，槽钢平台用[12槽钢焊接而成。平台下设2道木围囹，以螺栓对拉，采用导管法浇筑节点混凝土。
2.5.3.2 钢管桩修复
受施工条件限制，修复部位位于水位变动区和浪溅区，需要选择适合该条件的修复材料。通过现场试验后确定工程施工材料及工艺：首先，铲除钢管桩表面松散涂层；然后，利用充电式手持打磨机，充分打磨钢管桩，清除钢管桩上的原涂料、锈迹以及海洋生物等附着物；刮涂第1遍防腐涂料，干膜厚度为±μm；待第1遍涂料实干后，刮涂第2遍防腐涂料，厚度为μm±μm。
2.5.4 混凝土修补
2.5.4.1 露筋处理
针对局部露筋的区域：先对钢筋进行除锈，凿除出现锈胀裂缝的混凝土；凿除钢筋已腐蚀处的混凝土至深入主筋2~3cm，并沿钢筋方向凿至未腐蚀钢筋5cm处，用高压淡水清洗钢筋及混凝土表面，然后使用改性高性能修复砂浆浇筑混凝土。
2.5.4.2 混凝土脱落修补
凿除破损部位松散的混凝土，直至露出坚硬部分，用高压淡水清洗混凝土表面浮尘、松散物和其他不牢附着物等。准确称量和配置混凝土界面黏结材料，按规定用量施涂于待修补的混凝土表面。在界面剂固化前，1次或分次将改性高性能修复砂浆刮抹于破损面，并抹平、修整，对大面积混凝土脱落区域进行立模混凝土浇筑。
2.5.5 橡胶护舷拆除、安装
橡胶护舷的安装难点在于护舷最后一排锚固螺栓的拆除。因橡胶护舷最下沿标高较低，最后一排锚固螺栓无法拆除，需派潜水员水下拆除靠船构件处的橡胶护舷螺栓。在安装橡胶护舷过程中，由于施工环境比较恶劣，水域侧施工范围又较为狭小，距离旁边作业码头距离较近，为确保施工质量及施工安全，需每天安排专人负责与业主工作组沟通协调，及时在业主短时间内让出的施工区域工作面完成修复工作。
3 质量管理
在开工初期，项目部就建立行之有效的质量管理制度，通过优化组织结构、完善管理机制、实施目标分解管理及合理有效组织工序安排等，有效控制项目建设的安全、质量和进度。
在工程实施过程中，质量目标明确，各参建单位围绕工程紧密合作：做到“领导重视、组织落实、制度完善、技术先进、质量优良、资料规范、保障有效”；严格按照设计图纸和施工规范进行施工，各项质量控制措施均得到有效执行；通过全面加强施工过程中的质量管理以及积极开展“质量通病防治”活动，进一步提高工程质量的精细化、优质化管理水平。具体质量保证措施有：
建立项目的质量管理和保证体系，制定和完善技术质量管理制度，落实质量责任制。
明确质量目标，积极开展工程创优活动。
积极开展技术攻关，完善工艺措施，强化技术措施落实。
进一步加强科技创新工作。
加强测量、试验等关键技术的施工管理，确保工程质量。
认真贯彻落实监督检查，强化质量意识，规范质量行为。
积极开展质量通病预防。
严格执行国家及行业标准。
4 结语
此次码头结构加固改造大幅度提高上海港的靠泊能力，这在当前东北亚枢纽港竞争日趋白热化的环境下，进一步夯实上海港的国际枢纽港地位。
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