一、文献综述
1、项目背景
温州发电厂是浙江省主力发电厂,电厂原规划容量为1450MW(2×125MW+4×300MW),一期工程为2台125MW机组;二期工程为2台300MW机组;三期工程为2台300MW机组。其中#1~2机组经过技术改造,容量从125MW已增加到135MW,#3~6机组经过技术改造,容量从300MW已增加到330MW,电厂装机总容量为1590MW。
2009年,为贯彻国家建设资源节约型、环境友好型社会以及有关节能降耗的要求,按照浙江省能源集团大能源战略的总体考虑,浙江浙能温州发电有限公司对温州发电厂一期2×135MW机组实施“上大压小”改造工作,初步规划在拆除一期2台135MW机组的基础上,充分利用原有资源,如场地、煤码头、送出线路、淡水管线等,建设2台660MW超超临界燃煤机组。工程建成后,全厂耗煤量由410万吨/年增至600万吨/年。
随着经济的发展和全球化,水路运输成为大综货物运输的核心,船舶的大型化对降低运输成本的作用越来越明显。国内沿海的港口码头建设年代均较为久远,码头的结构等级已不适应船舶大型化的要求,很多码头均存在超设计船型船舶靠泊现象,存在很大的安全隐患。为此,为适应经济社会发展需要,节约岸线资源,保证港口作业安全,交通运输部在2009年10月12日发布2009年第4号通告,要求在2006年沿海港口靠泊能力核查工作和沿海港口码头改造试点工作的基础上,在全国全面开展沿海港口码头结构的加固改造工作。
温州发电厂一期工程煤码头已于1990年建成投产,码头位于瓯江入海河口的北岔水道北岸磐石灯桩东侧,在磐石深水岸线段。二期工程煤码头建在一期工程煤码头的西侧,并与之连成一体,形成二个2万吨级深水泊位。码头配备有额定出力800吨/小时的卸船机4台,泊位年接卸能力425万吨,不满足“上大压小”工程建成后的机组600万吨的年耗煤要求。为此,根据浙江省交通规划设计研究院对原煤码头系统的接卸能力的评估报告的建议,从节约投资角度考虑,通过拆除2台额定出力800吨/小时卸船机、新增2台额定出力1250吨/小时卸船机的方案,即可满足4×330MW+2×660MW机组的年耗煤量要求。但这一方案的关键在于原煤码头的承载能力不满足1250吨/小时新卸船机的承载力要求,码头的水工结构需按新卸船机载荷复核后,对不满足要求的码头构件进行加固。
温州发电厂煤码头的设计船型为2万吨级散货船,根据船型标准,其载重量为17501~22500吨。但是随着船舶的大型化,从目前码头靠泊装卸情况看,主力运输船型载重量多为2万吨级以上,主要以2.7、2.8万吨为主。为保证煤码头的可靠运营,必须按船型升级的要求对码头进行加固改造。
2、国内外研究概况
随着经济社会的快速发展,对港口规模和运输要求明显扩大,大型化、深水化、专业化港口快速发展。由于船舶的载重能力要求逐渐变大,船舶趋向于大型化发展,但是港口码头的靠泊等级比较低,不能满足大型船舶的靠泊要求。如何保持原码头安全性、继续发挥并提高效能,是亟待解决的间题。对已建码头进行升级改造是一条比较经济、实用的途径。
码头结构加固改造工作是一项非常复杂和具有探索性的工作,国外这方面的研究和案例较少。国内在码头结构加固和升级改造方面的研究也不够深入。为规范超过原设计船型靠泊码头的管理,确保港口生产安全,2005年开始,交通运输部组织实施了“沿海港口码头靠泊能力核查工作”,并于2007年至2008年在全国开展试点工作。2009年以通告形式,明确了老码头升级改造的要求。2011年交通运输部在宁波召开了沿海港口码头结构加固改造工作座谈会,并厅水运便[2011]108号通告印发了《沿海港口码头结构加固改造工作座谈会会议纪要》,明确沿海港口码头结构加固改造相关政策要求,以及码头结构加固改造工程方案和竣工验收报告的编制格式要求。至此,港口码头结构加固改造工作走向规范,检测评估、方案设计、施工都有章可循。
3、从技术上,码头加固的主要途径有
1)、结构粘钢技术,其施工工艺及操作要点如下:
(一)先对混凝土表面缺陷进行处理,裂缝需要进行灌浆处理;剥皮、露筋等破损情况需要进行钢筋除锈、修补材料进行修补找平等;然后将待修补混凝土表面进行凿毛,最后清除表面污垢、尘土后用丙酮擦拭干净。
(二)将钢板粘贴面打磨除锈,并用丙酮等擦拭干净。
(三)按配置说明的比例将结构胶与固化剂进行配置,并搅拌至无色差、无气泡,充分均匀的结构胶。
(四)将配置好的结构胶,分别均匀涂抹于钢板及混凝土待贴表面,然后将钢板粘贴到混凝土面上,并通过预留孔,用膨胀螺栓及角铁固定加压。
例如,建于20世纪80年代初的上海港某码头加固改造工程即采用粘钢技术。经对码头横梁进行检测和加固验算,若采用粘钢技术加固横梁,其承载力可以得到恢复,码头仍能满足设计承载力和规范的要求。依照施工技术要求进行了现场加固,从目前使用情况来看,外贴钢板抑制裂缝产生和限制裂缝扩展的作用是明显的。但是,由于粘贴钢板长期处于水位变动区,所以需经常加强对钢板的维修、保养工作,后期成本较高。
2)、碳纤维布加固技术,其施工工艺及操作要点如下:
(一)表面预处理:先以环氧树脂灌注,对裂缝封闭,使其达到强度硬化后,用磨光机把碳纤维加固面积范围内的混凝土磨平,转角粘贴处要进行倒角处理,并打磨成圆弧状,平滑过渡。对于裂缝修补区域周边混凝土表面破损的地方,凿除后用修补材料找平。
(二)粘结剂配置:粘结剂和粘结底胶的配置,须严格按使用说明和相关试验配比操作,配置器皿和工具不得沾水和油污,搅拌器应以低速搅拌,充分搅和。
(三)涂胶、粘贴碳纤维布:将混凝土表面灰尘清除后用丙酮擦拭干净,均匀地涂上一层底胶环氧树脂,然后粘贴第一层纤维布,要求平整顺直,满足搭接长度要求,然后用滚刷进行涂刷,使得纤维布内无气泡、无空鼓等;如果需要进行第二层碳纤维布的粘贴,则需要等先前施工的树脂具有一定硬度后方可进行,施工步骤同前。
(四)施工完成后,根据碳纤维布所处的环境确定是否需要进行防护。由于碳纤维布对紫外线比较敏感,如果在强紫外线照射条件下,则需要用砂浆对表面进行防护。
例如天津港南疆港区石化码头3号墩台加固工程中就采取了碳纤维布对破损基桩进行补强加固。为了科学合理的对其进行加固,特进行了维修方法的研讨会,会议针对该墩台的位置和破损特点进行了详细的研讨和分析,最终认为:如果采用传统的混凝土外包加固,则会较大程度的改变墩台和基桩的外部形态,加之墩台下方有4根基桩,基桩体积加大会超过墩台范围,从而对船舶的靠泊造成影响,因此采用外包混凝土加固是不能采纳的方法;如果采用补充新桩的方法则施工空间不足,而且需要拆除上部的钢结构,影响生产,不够经济。最终确定采用碳纤维进行加固。
3)、对于桩基的完整性存在明显缺陷,影响结构的安全使用。在其旁边补打2根直径为1000mm的灌注桩替代原桩,以满足结构承载力要求。
4)、维修老结构,并在老结构前方打设新的结构独立抵抗新的船舶荷载,例如天津港1-3号泊位,在码头改造时,前方承台采用无梁板结构,后方承台采用梁板结构。对原钢板桩结构利用新增拉杆和铆钉叉桩进行了加固,并采取了换填石灰煤渣、阴极保护等措施。然后在前方建造了长为879m的梁板式高桩墩台结构作为新的前方承台,而将原码头整体作为后方承台。
4、从管理方面,码头加固的主要途径和方法有:
1)、明确码头结构加固改造的基本原则:老码头结构加固改造不能增加新的岸线使用;码头加固改造的工程要符合港口发展的整体规划;码头加固改造必须具备改造的各项技术条件,各类港口设施技术状态的好坏,应根据检测评估结果适时安排加固和维修;老码头结构加固改造不能涉及到装卸货种,以及运输能力的变化。
2)、严格把握码头改造的标准:沿海老码头加固改造完成,拟靠泊的设计最大代表船型以不超过原设计最大代表船型2级为准(如1万吨级最大可改造成5万吨级,5万吨级最大可改造成10万吨级)。如超过此标准,应按基建程序向原立项审批部门申报。在加固改造的方案中,应该依据拟定靠泊最大设计船型的满载靠泊作为进行码头结构计算的标准。
3)、严格把握码头结构的检测关:对于码头结构加固改造工程进行检测评估的单位要具备水运工程甲级的资质;检测评估要进行安全性,耐久性以及使用性的全面评估,并提出必要的加固改造建议。
4)、严格按照咨询审查的要求进行码头加固改造:对码头进行加固改造方案的审查咨询内容要参考初步设计的审查咨询内容,注重对安全性,耐久性以及使用性的复查审核;分析计算码头结构的内力与岸坡稳定,审查咨询报告应该对复核计算的结果详细列出;审查咨询单位还应该按照检测的要求,评价检测评估的内容与方法。
5)、严格把握码头加固改造的设计方案的审批:首先,建设单位要向港口码头所在地的有关部门提交设计方案;其次,港口所在地的省厅港口局组织有资质的审查咨询单位、有关部门以及专家对方案进行审查和论证,提出相应的意见,反馈给申报单位;最后,建设单位对方案进行修改,并再次提交审核,才能复批。
5、本文主要研究内容
本文根据温州发电厂“上大压小”工程的需要,根据2014年8月浙江省交通规划设计研究院所做的《浙江浙能温州发电有限公司煤码头加固改造施工图设计文件》和交通部有关码头结构升级改造工作的各项政策及技术要求,结合温电煤码头的生产运营和装卸机械的更换等项目的交叉施工导致码头结构加固工作不连续、以及受潮汐台风等恶劣环境等不利因素制约的情况下,对码头结构加固方案进行分析研究,确定合理可行的现场施工方案。
二、论文提纲
一 工程概况
(一)原码头概述
1 自然条件
2 船型
3 码头结构
(二)码头结构升级改造的必要性
1 温州电厂“上大压小”扩建工程对煤量的要求
2 船舶大型化与码头靠泊等级之间的矛盾
3 码头结构的损坏情况
4 新增卸船机承载力变大的要求
(三)码头结构加固改造方案
1 货运量及设计船型
2 码头总平面布置
3 装卸工艺
4 水工建筑物改造
二 码头结构加固方案的实施
1 裂缝处理施工方法
2 轨道梁的加固
3 桩基的修复加固
4 横梁的加固
5 新增钻孔灌注桩施工
6 粘贴碳纤维布施工
三 结语
三、参考文献
[1]浙江省电力设计院 《温州发电厂四期“上大压小”扩建工程可行性研究》[M].2011年4月
[2]浙江省交通规划设计研究院 《温州发电厂四期工程码头接卸能力评估报告》2012年7月
[3]南京水利科学研究院 《浙江浙能温州发电有限公司一期、二期卸煤码头检测评估报告》 2012年11月
[4]海军东海工程设计院 《温州电厂一、二期码头的设计图纸及有关资料》 1988年和1999年
[5]交通运输部 《关于沿海港口码头结构加固改造有关事宜的通告》(2009年第4号 2009年10月
[6]交通运输部办公厅 关于印发《沿海港口码头结构加固改造工作座谈会会议纪要》的通知(厅水运便[2011]108号) 2011年12月
[7]中华人民共和国交通运输部 《海港总体设计规范》JTS 165-2013 人民交通出版社 2014年3月
[8]中华人民共和国交通运输部 《港口水工建筑物修补加固技术规范》JTS311-2011 人民交通出版社 2010年
[9]孟晓宁,边树涛 《高桩码头结构加固改造常用方案》 水运工程 2015年4月第4期
[10]孙熙平,阚津等 《老旧高桩码头升级改造技术研究》 水道港口 2014年4月第35卷第2期
[11]陈华林,李志胜等 《高桩码头结构修复加固》 水运工程 2012年9月第9期
[12]胡少伟 《基于植筋技术的码头新旧结构加固试验模拟》 华北水利水电大学学报 2014年10月第35卷第5期