Technical Measures for Explosion Damage Repair of Caisson Gravity Wharf
李凌锋① LI Ling-feng；唐廷② TANG Ting；韦灼彬② WEI Zhuo-bin
（①海军工程大学舰船与海洋学院，武汉 430033；②海军勤务学院，天津 300450）
（①College of Naval Architecture Ocean，Naval University of Engineering，Wuhan 430033，China；
②Naval Logistics Academy，Tianjin 300450，China）
摘要：沉箱重力式码头极有可能遭受来自空中、水下以及侵彻后沉箱内爆炸荷载的作用而发生毁伤，需要结合码头可能的毁伤模式针对性的设计抢修技术措施。基于此，本文利用数值仿真方法得到了不同爆炸荷载下沉箱重力式码头的毁伤，针对每种可能的毁伤模式给出了具体的抢修技术措施。其中，空爆荷载下码头毁伤程度较小，抢修较为方便简单；而水爆及内爆荷载下码头毁伤程度较大，抢修较为复杂和困难。
Abstract: The caisson gravity wharf is very likely to be damaged by the effects of blasting loads from the air, underwater and caisson penetrating. It is necessary to design the repair technical measures combining the relating possible damage modes. Based on this, the numerical simulation method is used to obtain the damage modes of the caisson gravity wharf under different blast loads, and specific repair technical measures are given for each possible damage mode. Among them, the degree of damage to the wharf under air-explosive load is small, which the relating repair is more convenient and simple; while the damage of the wharf under water explosion or inner explosion is large, which the repair is more complicated and difficult.
关键词：沉箱重力式码头；爆炸毁伤；数值仿真；抢修技术措施
Key words: caisson gravity wharf；explosion damage；numerical simulation；repair technical measures
中图分类号：O381；TV32+1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）23-0144-03
0 引言
沉箱重力式码头是一种重要的船岸操作平台，一旦发生破坏将严重影响舰船的后勤补给保障。当前，有关码头建设、维护以及修复可见一些相关的规范[1-5]，但这类规范往往侧重于码头毁伤后的完全修复或永久性加固，无法对于码头的非永久性快速修复提出指导性的技术措施或意见建议。而码头的快速修复往往对于及时恢复码头功能，保障相关任务的顺利实施具有重要意义。因此有必要对码头的抢修技术措施进行研究与设计。
从已有研究来看，码头毁伤的主要荷载来源为爆炸荷载[6]，而不同爆炸荷载下码头的毁伤效果不同[7]。影响爆炸毁伤效果的主要因素为爆炸荷载所发生的位置，可能的位置有三种，即空中爆炸、水下爆炸以及侵彻后沉箱内爆炸。因此本文首先模拟得到了三种不同爆炸位置荷载下沉箱重力式码头的毁伤模式，然后针对每种毁伤模式设计并提出相应的抢修技术措施，从而确保所提出的抢修技术措施具有工程意义及应用价值。
1 典型沉箱重力式码头及爆炸荷载
以某离岸式沉箱重力式码头为例，采用ALE方法[8]，基于LS-DYNA有限元分析软件建立了不同爆炸荷载下沉箱重力式码头全尺寸仿真模型。码头长15.2m、宽20m、高18.5m，水深15m。沉箱部分由5×3个沉箱仓格构成，上部结构包含两侧前沿的胸墙管沟以及道面中间的内管沟。沉箱仓格以及上部结构内填砂。
考虑战时不同爆炸荷载的来源不同，对于空中爆炸以及水下爆炸，其爆炸来源一般为爆破战斗部，尤其以MK8系列战斗部较为典型；而对于沉箱内爆炸，其爆炸来源一般为侵彻战斗部，其中以BLU系列较为典型。
2 空中爆炸后码头的毁伤与抢修技术措施
空中爆炸后码头的毁伤主要发生在码头上部结构，包括面板以及管沟的毁伤，沉箱部分则保持了较好的完整性与稳定性。不同爆炸位置毁伤情况不同，主要分面板上方爆炸和管沟上方爆炸两种情况。
2.1 面板的毁伤与抢修
面板上方爆炸时码头仅码头面板产生较严重毁伤，毁伤程度由战斗部当量的大小决定。典型毁伤模式如图1（a）所示，码头面板出现贯穿毁伤，形成一贯穿圆洞，码头的其它位置则损伤较小。
针对面板毁伤特点，可设计两种抢修措施。一是直接采取向爆坑灌注早强混凝土的方案进行修补，浇筑顶面向面板顶面取齐，如图1（b）所示；二是直接向爆坑内回填砂取齐至面板顶面并覆盖钢板或A型桥，钢板或A型桥的长度应覆盖爆坑直径，如图1（c）所示。
2.2 管沟的毁伤与抢修
管沟上方爆炸时码头的典型毁伤模式如图2（a）所示。毁伤主要发生在管沟位置，会使管沟产生一爆毁坑洞，管沟其它位置及相邻的面板区域也会产生一定的裂缝损伤。
针对管沟毁伤的特点，设计如下抢修措施：应首先生成作业面，切除管沟毁伤处外露钢筋、清理混凝土碎片、堵住管沟壁泄露填砂。然后如图2（b）、（c）所示，在管沟破损处下放一倒凹型槽钢，槽钢上部浇筑混凝土同槽钢一起构成组合梁形成破损处的管沟骨架。槽钢下部空间可满足管沟内走线的需求。最后对槽钢暴露处、管沟破损处以及面板破损处等位置喷涂或灌注早强混凝土从而弥合混凝土裂缝并修复管沟的破损。
3 水下爆炸后码头的毁伤与抢修技术措施
水下爆炸荷载下沉箱重力式码头毁伤主要体现在沉箱外墙、隔墙的毁伤，除毁伤局部外沉箱其他位置仍保持较好的完整性。此外，码头上部结构尤其是面板部分会有一定的损伤，损伤较轻处可直接进行裂缝弥合处理，较重处则可参照第2节中的抢修措施。
3.1 沉箱外墙的毁伤与抢修
水下爆炸荷载下沉箱外墙的典型毁伤模式如图3（a）所示。沉箱外墙尤其是水下部分局部被炸穿产生一较大爆坑，爆坑处混凝土碎裂脱落且钢筋外露变形。码头前沿整体有向前倾覆的趋势。
抢修技术措施如图3（b）、（c）所示。首先应当对沉箱外墙毁伤破口处外露钢筋剪除清理生成作业面。在外墙破口处可采取堆叠模袋混凝土的方式进行修补。模袋混凝土间、模袋混凝土与沉箱外墙间应浇筑水下不分散混凝土以保证模袋混凝土间、模袋混凝土与沉箱外墙间连接的强度与稳固性。对沉箱外墙其余毁伤裂缝处浇筑水下不分散混凝土以弥合裂缝。根据现场检测情况可在毁伤前沿做打桩支护以保证毁伤前沿立面的稳定性。
3.2 沉箱隔墙的毁伤与抢修
除了外墙的毁伤，水下爆炸荷载下码头的迎爆侧前沿沉箱仓格隔墙也会产生一定的损伤，损伤情况如图4（a）所示。损伤主要发生在紧邻外墙的两宽度方向隔墙，产生了局部混凝土碎裂脱落以及钢筋外露的情况。
对于沉箱隔墙毁伤的修复可以参考《码头结构加固改造技术指南》[3]中有关墙身注浆的方式进行。如图4（b）所示，具体内容是用钻机在破损隔墙仓格上方面板打垂直贯通孔，然后通过高压泵自下而上将水下不分散水泥砂浆灌入钻孔中，将仓格内靠近破损隔墙的填砂连同隔墙一起胶结从而修复破损的沉箱隔墙。
4 内爆炸后码头的毁伤与抢修技术措施
沉箱内部爆炸荷载下沉箱重力式码头的毁伤与水下爆炸荷载下沉箱重力式码头的毁伤模式相近，但一般较为严重，体现在沉箱大范围、大面积发生墙体变形、混凝土剥落以及钢筋外露；爆炸中心上部结构被整体掀飞。当爆炸中心在码头沉箱中间仓格内时码头的毁伤情况如图5（a）所示，码头整体毁伤程度较为严重，这种情况下抢修变得极为困难。当爆炸中心在码头沉箱前沿仓格内时码头的毁伤情况如图5（b）所示，此时码头仅前沿沉箱及上部结构发生较为严重的毁伤，可以考虑进行抢修。
对于前沿内爆毁伤的抢修措施设计如图5（c）所示：应首先清理毁伤前沿，在毁伤前沿立面外打一板桩墙，板桩墙宽度应覆盖破损外墙，若板桩墙抗侧刚度不足还可在板桩墙外再打桩做为支护。然后向毁伤前沿沉箱仓格内填砂至原填砂高度。之后通过自上而下的方式向毁伤沉箱仓格内浇筑水下不分散混凝土以凝结填砂强化沉箱强度。在修复好的前沿沉箱上可快速浇筑早强混凝土形成码头胸墙。对前沿沉箱仓格后损伤的沉箱隔墙的抢修可参照3.2节的方案。
5 结论
基于数值仿真软件，得到了沉箱重力式码头在空中、水下以及沉箱内部爆炸荷载下的典型毁伤模式，并针对性的设计并提出了相应毁伤情况下沉箱重力式码头抢修技术措施。其中，空中爆炸荷载下码头仅上部结构发生毁伤，比较容易开展抢修工作；而当爆炸荷载发生水下以及沉箱内部时，码头的毁伤较为严重，抢修工作量较大，当不得不实施抢修时，可参照本文提出的方法进行。
参考文献：
[1]中华人民共和国交通部.港口工程混凝土结构设计规范[S].北京：1998.
[2]中华人民共和国交通运输部.重力式码头设计与施工规范[S].北京：2009.
[3]中华人民共和国交通运输部.码头结构加固改造技术指南[S].北京：2016.
[4]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[S].北京：2011.
[5]中华人民共和国住房和城乡建设部.船厂既有水工构筑物结构改造和加固设计规范[S].北京：2015.
[6]张社荣，孔源，王高辉，等.混凝土重力坝水下接触爆炸下的毁伤特性分析[J].水利学报，2014（09）：1057-1065.
[7]张社荣，孔源，王高辉.水下和空中爆炸时混凝土重力坝动态响应对比分析[J].振动与冲击，2014（17）：47-54.
[8]李莉莎，谢清粮，郑全平，等.基于Lagrange_ALE和SPH算法的接触爆炸模拟计算[J].爆破，2011，28（1）：18-22. |
