谈巴基斯坦QICT—2项目钢拉杆设计

    冷乐飞+李庭辉

    

    

    

    摘 要：通过参与巴基斯坦QICT-2项目设计的全过程，对板桩码头钢拉杆进行了全面的研究和了解。文中详细介绍了钢拉杆设计的结构计算和防腐設计等主要步骤，为类似项目提供了参考。

    关键词：板桩码头；钢拉杆；结构计算；防腐设计

    中图分类号：U657.3 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2017）05-0057-03

    1 项目概况

    巴基斯坦卡西姆港国际集装箱泊位二期扩建工程位于巴基斯坦最大城市卡拉奇市的QASIM港。码头前沿岸线长度727m，其中112m作为一期泊位延长段，剩余615m作为二期码头前沿线。顶高程+5.2m，港池底标高为-16.0m，前墙高度差达到21.2m。设计最大可停靠船舶为85000DWT，最小为36000DWT。码头结构设计寿命60年。

    目前泊位建设已经完毕，部分岸线已经开始正常运营。根据最新的位移观测数据，码头结构整体稳定。

    2 设计方案介绍

    现场除了表层较薄的淤泥层，地质主要是由坚硬到非常硬的粘土和软粘土混砂层构成，但是大部分位置在-21.0m～-23.0m范围内有一坚硬夹层⑤4和⑥2间歇性和可变带状的砾岩，有超过一半的钻孔中显示存在有SPT值≥80的土层。

    中交第四航务工程勘察设计院有限公司在本工程中担任码头结构设计任务。设计组针对当地特殊的地质情况，参考日本、欧洲等国的板桩设计规范和类似项目的设计经验，采用新型钢管板桩组合体系作为前板桩墙：材质Q345Bφ2016mm大直径钢管桩和材质S355 GP的AZ26高强度钢板桩交叉组合。钢管桩与钢板桩通过焊在钢管桩两边通长的C9锁口进行连接，形成封闭的前板桩墙结构。后轨道梁采用与前墙钢管桩相同间距的φ1200mm灌注桩作为基础。后板桩墙采用连续设置的预制混凝土桩。

    前板桩墙结构与后板桩墙，利用φ115mm的S550级高强度钢拉杆连为一体。每根钢管桩设置有两根钢拉杆。前后板桩墙间距离为50m，拉杆长度约52m。拉杆在前板桩墙的固定点高程为+1.50m，在后锚桩布置的固定点高程为+0.0m。

    码头典型设计断面图如图1所示：

    钢管板桩组合体系前板桩墙结构断面如图2所示：

    3 拉杆材质和结构简图

    钢拉杆垫板间距为52.6m/套，此拉杆有三个单向铰接和两个紧张器。单向绞沿竖直平面可以发生转动，防止因地基沉降、砂石回填等因素使钢拉杆承受侧向弯矩，确保只承受拉力；每个紧张器都可以实现收紧或放松100mm的调节，两个紧张器可以实现收紧或放松200mm的调节。即使施工过程中造成偏差，可以进行弥补，并实现张紧。在这6段杆体中，两端与前后板桩墙固定的杆体长度较短，只有约3m，且大部分锚固在板桩墙结构中。这样的构造，不仅给实际的安装施工带来了便利，也更有利于减少结构内力。

    4 设计计算

    设计计算以日本海工规范OCDI第VIII章 5.4.2节所述为依据。拉杆的允许拉应力应小于等于正常状态下屈服应力的40%或者特殊情况下屈服应力的60%。

    故拉杆的横断面尺寸应根据表5中的标准来确定。

    拉杆参数如下：

    钢材等级：StE550

    抗拉强度：750Mpa

    屈服点强度：550Mpa

    设计直径：115mm

    屈服荷载：≥ 5710 kN

    弹性模量：200，000MPa

    泊松比：0.30

    腐蚀容许半径：3.0mm

    故设计计算中考虑的拉杆直径为：

    

    拉杆截面积：

    拉杆拉力NT由WALLAP软件建模，在所要求的如下三种状态条件下，分别进行计算得出的拉杆内力值。

    5 拉杆的防腐蚀设计

    作为板桩码头结构构成的关键部分，钢拉杆的放锈蚀问题事关板桩码头整体结构的安全与耐久性， 同样是设计过程中受关注的焦点问题。所以针对拉杆的防腐蚀，设计组专门进行了如下的考虑：

    根据英国海工规范BS-6349第一册表22中对建筑用钢的腐蚀速率代表值的描述，细节如表6：

    本项目前板桩墙组合结构采用的C9型锁口的防水效果好，码头后方的海水水位不会随外部水位变化。码头建成之后，拉杆会被碎石完全掩埋，接近于表6中的第一种情况。考虑到碎石间的空隙存有海水，故此环境可以认为介于表6第一、二种状态之间。按照保守考虑，取每年的腐蚀速度为每年0.08mm。

    根据上述分析，如不考虑涂层的防腐效果，拉杆设计中富余的3mm腐蚀容许半径可以抵抗38年的侵蚀。码头结构的设计寿命是60年，故拉杆仍需再提供至少22年的防腐涂层保护。根据拉杆的结构特点，涂层防腐方案采用如下两种：

    （1） 拉杆杆体的防腐。拉杆杆体的防腐处理是在拉杆厂家进行，当杆件表面喷砂处理后，进行三次刷涂，每次厚度为200μm。防腐层材料为国内常规使用的环氧重防腐涂层，设计涂层厚度为600μm。此涂层设计寿命是30年。

    （2）张紧器及铰接的防腐。此区域采用咨工RH推荐的denso防护方案。Denso材料普遍应用在国外项目中，在国内项目中很少见到。Denso方案包括三种材料：底漆，填充胶泥和包裹带。这样的组合可以保证此方案对异型构件的防腐效果。Denso材料全部先运输到施工现场，待拉杆安装完毕后，现场进行施工。此防腐方案的设计寿命是30年。

    6 总结

    随着国内外钢管板桩码头结构的涌现，钢拉杆的应用也是越发的普遍。钢拉杆作为联系前后板桩结构的纽带，在结构中起到了承前启后的作用。因此，在工程设计中需要认真计算、全面考虑，保证结构的可用性和耐久性。

    参考文献：

    [1] [Geotechnical Site Investigation Report] Was Published by Marine Geo Solutions Ltd. on September 2007 in Hong Kong

    [2] [QICT二期项目地质钻探图] 中交第四航务工程勘察设计院2008年10月于广州出版

    [3] BS-6349 Part 1Maritime structure， 2000