宁波—舟山港北仑港区四期集装箱码头3#～7#泊位原设计靠泊能力为5~10万吨级集装箱专用泊位，水工结构按10万吨级集装箱船靠泊设计，随着四期集装箱码头接卸的大型船舶逐步增多，原10万吨级的设计结构已难适应长远需求，需要适当进行加固改造，改造后码头靠泊等级为15万吨集装箱泊位，以适应集装箱船舶大型化发展的需要，提升宁波港集装箱运输竞争力。

 

　　2码头现状

 

　　北仑四期3#～7#泊位码头总长1785m，宽55m，码头顶宽+7.0m，设6座引桥，码头共分22个结构段，55m宽码头采用高桩梁板式整体结构，设183个排架，排架间距10m，采用Ф1200预应力混凝土大管桩。

 

　　3改造方案

 

　　北仑四期集装箱码头是宁波港重要的集装箱吞吐点，码头作业繁忙，高峰期日吞吐量达1.5万标准箱。因此，本次改造施工时码头不停产，不能对生产作业产生较大影响。

 

　　改造方案一：

 

　　新增桩基：每个结构段选择2个端排架、每个排架在码头后沿外增加1根Ф1000mm钢管桩，斜度8：1，上部新浇筑节点与原码头横梁连成整体。改造只加宽排架结构，新增桩基根据地质情况桩长52.5~58.5m。由于码头后沿打桩船无法进点，所以在考虑沉桩工艺时考虑定制专用陆上打桩机（桩架能倾倒一定角度）行走到码头上进行沉桩的新工艺，由于桩架高度及起重能力受限，钢桩还需分节制作，并于码头现场分节沉桩并接桩。

 

　　改造方案二：

 

　　码头前沿每个结构段选择2个端排架设置复合式柔性靠船桩簇。每簇柔性靠船桩由三根Φ2000钢管桩组成（品字形排列），靠船侧安装H1000三鼓一板鼓型橡胶护舷。靠船桩簇顶部设置1500KN系船柱。沉桩工艺采用打桩船水上沉桩。

 

　　对上述两种方案进行优缺点分析，见表1

 

　　表1优缺点对比

 

　　 方案一：码头后沿新增桩基 方案二：码头前沿新增靠船簇

 

　　优点 改造比较彻底，不影响作业船舶靠泊。 码头结构基本不变，沉桩工期短，投资少，工艺成熟。

 

　　缺点需新造打桩机，投资大；

 

　　方案未采用过，难度大。 码头前沿线超出规划红线，大型船舶靠泊增加外伸距，小型船舶靠泊困难。

 

　　由表1可知，方案一虽然投资大，难度高，但改造彻底，且合理的施工方案可克服施工难度，而方案二将造成码头整体尺度变化及后期使用过程中靠泊影响，综上所述，采用方案一较合理。

 

　　4打桩设备确定

 

　　4.1专用打桩机设计

 

　　根据设计桩长、桩位、斜率、桩直径，对现有打桩架进行调查，现有陆上打桩架一般不能悬挑沉桩，需定制一套专用打桩架用于沉斜桩，由于北仑四期桥吊维修平台高39.5m，考虑安全净空及打桩架管节长度，打桩架架高38.3米，能配D100柴油锤，需设有抱桩器，能调节沉桩倾斜角，并能行走。

 

　　根据要求，定制了专用打桩机，该机采用步履式行走，桩架最大倾角为8º，打斜桩时可配备D-100柴油锤，相应打桩机设备整体尺度达18.299m×10.8m，且自重较大，吊桩时自重为252t，接地比压达90KPa，超过码头均载30KPa设计值，为保证码头结构安全，需另设计专用路基板。

 

　　4.2路基板设计

 

　　考虑喂桩时需由吊车将钢管桩吊至桩架正前方及行走时能完全支垫，路基板尺寸确定为7m*3m*0.176m，单重约6t，共需16块。

 

　　路基板上板为花纹钢板，底板为平板，钢板厚度均为8mm，骨架采用16号工字钢，间距500网格型布置。

 

　　4.2.1打桩机行使在路基板上受力情况复核：

 

　　桩架总重量：F=2528kN

 

　　钢材抗压强度f=21.5kN/cm2，抗剪强度fv=12.5kN/cm2。

 

　　横向大船尺寸为10.8m×1.8m、10.8m×1.2m，纵向大船尺寸为6.8m×1.5m。

 

　　路基板主梁选用16号工字钢间距0.5m布置。

 

　　抗压复核（纵向大船6.8m×1.5m）

 

　　面积A=0.6×680=408cm2

 

　　F=408cm2×21.5kN/cm2=8772kN>1.2×252.8×10=3034kN>2528kN，满足要求。

 

　　4.2.2路基板铺设时对码头受力情况复核：

 

　　桩机下垫3×7m路基板8块，路基板总面积约A=168m2。

 

　　打桩按1.2冲击系数考虑

 

　　则码头面所受均布荷载为P=1.2G/A=1.2×252.8×9.8/168=17.7kPa

 

　　小于码头均布荷载30kPa，满足要求。

 

　　4.2.3路基板码头铺设。

 

　　5桩长设计

 

　　沉桩时受桩架高度限制，钢管桩需分节制作。

 

　　5.1钢桩分节长度确定

 

　　钢管桩分节长度根据桩架高及泥面标高确定，根据现场泥面测量，最高点标高为+1.50m，最低点标高为-1.5m，按最高点考虑。

 

　　第一节钢管桩长度确定：38.3m（桩架总高）+7.0m（码头面标高）-1.5m（泥面标高+1.5m）-1.5m（天灵高度）-2.2m（锤头上空）-7.5m（桩锤长度）-1m（替打高度）-1.5m（工具节长度）=30.1m。

 

　　第二节钢管桩长度确定：38.3m（桩架总高）-1.5m（天灵高度）-2.2m（锤头上空）-7.5m（桩锤长度）-1m（替打高度）-2m（替打至码头面最低点距离）=24.1m。

 

　　故第一节钢管桩长度应小于30.1m，第二节钢管桩长度应小于24.1m。

 

　　故分节长度确定如下，其中部分第二节桩长过长无法满足要求，沉桩还需采用送桩器送桩。

 

　　桩长（m） 分节制作（m）

 

　　52.5 30+22.5

 

　　58.5 30+28.5

 

　　5.2钢桩接头设计

 

　　根据现场实际，钢桩接头形式采用外法兰利用高强螺栓连接的形式，同时为了保证钢桩连接紧密，螺栓紧固后对法兰接缝处焊接牢固，法兰形式。

 

　　沉桩时为了避免桩锤锤击法兰后法兰损坏，另需制作工具桩节1节以作为替打，长度1.5m。

 

　　6沉桩施工流程

 

　　专用桩架就位→在码头面连接下节桩与工具节法兰→履带吊配合桩节进桩架→桩架调整桩定位→沉桩→接头到桩架轨道底时拆工具节→工具节吊离→汽车吊配合上节桩入桩架→上节桩与下节桩连接→沉桩到设计标高→移开桩架→上部结构工序施工。

 

　　结束语

 

　　本次通过陆上打桩机对北仑四期集装箱码头进行改造，在后沿改造的同时，业主仍可靠船装卸作业，确保了码头改造不停产，创造了极高的经济效益和社会效益，同时，随着对设备、工序的熟悉，沉桩效率也逐步提高，使宁波港业主对该改造方案充分认可，在后续北仑山码头改造中也同样运用了该方案。陆上打桩机于码头后沿打斜桩为高桩码头的升级改造提供了一种合理的解决思路。

 

　　参考文献

 

　　[1]王笑难，杨丽琴，岳建文，等。已建码头升级改造工程的几种实用类型[J]。水道港口，2005，26(2)：122-125.