碼頭結(jié)構(gòu)耐久性設計方案比選

汪淼，霍粵薊，唐儆澤

（1.中交水運規(guī)劃設計院有限公司，北京 100007；2.中國港灣工程有限責任公司，北京 100027；3.中交第二航務工程勘察設計院有限公司廣州分公司，廣東 廣州 511442）

1 碼頭結(jié)構(gòu)耐久性設計的技術路線

碼頭結(jié)構(gòu)耐久性問題是人們一直關心的問題，如何延長碼頭的使用壽命，工程界一直進行著努力的探討。近年，我國交通運輸部在制定國家標準GB 50158—92《港口工程可靠度設計統(tǒng)一標準》中，已將設計基準期定為50a[1]，也明確提出了碼頭的使用壽命要達到50 a，并相應采取了各種有效的技術措施，力爭保證碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性達到50 a以上。目前，國際上一些重要的大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，已將設計的使用壽命提高到100 a，甚至120 a[2-3]。因此，港口碼頭耐久性按50 a以上考慮是必要的。

為了提高鋼筋混凝土的耐久性，就要提高混凝土本身的耐久性設計參數(shù)，即提高混凝土的密實度、增大保護層厚度以及提高施工質(zhì)量均勻度等。但這些措施都是有限度的，因此，合理采取防腐技術措施，對提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性，延長使用壽命，是一種積極有效的補救方法[4]。使用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋是提高高樁碼頭使用壽命的有效措施，為了提高碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性，延長其使用壽命，國內(nèi)外工程界一直都在進行著不懈的努力，目前已有不少成熟的經(jīng)驗和新材料、新工藝，措施是多種多樣的。從國外成功的工程實例和我國普查研究的結(jié)果表明，將提高碼頭結(jié)構(gòu)耐久性的問題解決在設計與施工階段，是工程最后能否取得理想防護效果的關鍵所在。因此，為了提高碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性，本設計提出一定要把防腐蝕設計和施工作為一個系統(tǒng)工程來考慮，設計單位需在滿足設計規(guī)范的前提下，根據(jù)我國多年的研究成果做出技術可行、經(jīng)濟合理的防腐蝕方案，而對于施工單位，必須具有專業(yè)水平和豐富的施工經(jīng)驗，工程施工前必須做出可行的施工方案。本設計的具體技術路線為：

1） 收集國內(nèi)有關科研單位對我國已建碼頭的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕情況的調(diào)查資料，了解造成上述結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕的原因、機理以及目前國內(nèi)所采用的防腐蝕措施的適用情況、實際效果以及存在的問題；

2） 了解、熟識我國對碼頭耐久性設計的要求、標準以及國內(nèi)外相關的研究成果和新材料、新工藝；

3）根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)特點和自然條件，選取防護效果好并經(jīng)濟合理的方案，混凝土防腐要考慮北方的氣候特點；

4） 調(diào)查了解由于施工因素而影響防腐蝕效果的主要原因，力圖使設計方案能盡量減少施工因素對防腐蝕效果的影響。

2 碼頭耐久性設計

2.1 工程概述

北方某輪渡工程位于微凍地區(qū)，包括200 m長的輪渡碼頭泊位1個、50 m長的工作船碼頭泊位1個、護岸工程及陸域配套設施。

擬建工作船碼頭區(qū)地質(zhì)情況是軟土層很厚、具有一定承載力、可塑、局部硬塑的黏土層，埋深在標高-25m以下。

本文主要介紹該工程工作船碼頭的耐久性設計。碼頭耐久性設計按碼頭使用壽命50 a考慮。

2.2 碼頭結(jié)構(gòu)簡述

根據(jù)地質(zhì)條件，碼頭結(jié)構(gòu)宜采用樁基結(jié)構(gòu)形式。工作船碼頭為高樁梁板結(jié)構(gòu)，基礎采用500 mm×500 mm的預應力空心方樁，上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土縱、橫梁和疊合板結(jié)構(gòu)（見圖1和圖2）。護岸結(jié)構(gòu)采用半直立結(jié)構(gòu)方案，直立部分采用混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)；斜坡部分坡度為1∶2.5，斜坡護面采用干砌塊石或柵欄板護面。

2.3 設計水位

設計水位按當?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚恪ＴO計高水位2.64 m；設計低水位0.20 m；極端高水位3.68 m；極端低水位-0.94 m；平均高潮位2.29 m；平均低潮位0.65 m；平均潮位1.42 m。

2.4 碼頭耐久性設計

2.4.1 海水環(huán)境下混凝土防腐蝕部位劃分

本港區(qū)按有掩護的港口考慮。大氣區(qū)標高4.14 m以上；浪濺區(qū)標高1.64～4.14 m；水位變動區(qū)標高-0.8～1.64 m；水下區(qū)標高-0.8 m以下。

根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)設計方案，碼頭上部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分均處于浪濺區(qū)以上，對碼頭的耐久性影響比較大，需采取必要的防腐措施。工作船碼頭的500 mm×500 mm預應力方樁基本處于平均高潮位以下，受腐蝕影響較小，本設計擬不做特別的防腐蝕措施，執(zhí)行港工規(guī)范的一般規(guī)定。

2.4.2 碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案設計

2.4.2.1 設計方案一

浪濺區(qū)的混凝土采用環(huán)氧涂層鋼筋技術，采取的具體措施如下：

1） 浪濺區(qū)的混凝土采用環(huán)氧涂層鋼筋技術直接保護鋼筋；

2） 由于碼頭的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)均處于浪濺區(qū)，根據(jù)規(guī)范，其混凝土的強度等級采用C35，抗凍等級采用F300；

3） 混凝土中摻入20%～25%的粉煤灰，以改善混凝土的工作性能和提高混凝土的密實性。具體比例可參照JTJ275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術規(guī)范》，并需通過試驗確定；

4） 設計文件中鋼筋的混凝土保護層厚度要確保滿足規(guī)范要求；

5） 混凝土的粗細骨料、混凝土拌合物中氯離子的含量以及混凝土的水灰比、水泥用量等，均需滿足JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術規(guī)范》的要求。

2.4.2.2 設計方案二

浪濺區(qū)的混凝土采用高性能混凝土，本設計采取的具體措施及要求如下：

1） 浪濺區(qū)的混凝土采用高性能混凝土，要求混凝土具有高耐久性、高密實性（抗氯離子滲透性≤1 000 C）和良好的工作性能及較高強度（≥C45），抗凍等級采用F300。高性能混凝土的具體技術指標見JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術規(guī)范》第6.2.1條。

2）在混凝土中摻入粉煤灰（20%～50%）或硅粉（5%～10%）等活性拌合料和高效減水劑，以降低混凝土的水灰比和提高混凝土的密實性。具體要求可參照JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術規(guī)范》第6.2.2條。粉煤灰、硅粉等活性拌合料和高效減水劑的摻入比例以及混凝土的配合比等需通過試驗確定。

3） 混凝土的粗細骨料、混凝土拌合物中氯離子的含量等，均需滿足JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術規(guī)范》的要求。

4） 設計文件中鋼筋的混凝土保護層厚度要確保滿足規(guī)范要求。

2.4.3 方案比選

兩種方案的優(yōu)缺點見表1。

3 結(jié)語

該碼頭是高樁梁板結(jié)構(gòu)，可以說是薄壁結(jié)構(gòu)，受力不均勻，混凝土結(jié)構(gòu)受力后比較容易出現(xiàn)裂縫，導致鋼筋發(fā)生銹蝕而影響碼頭的耐久性。另外，我國目前的施工水平還很難達到混凝土的施工質(zhì)量完全滿足設計要求，如混凝土保護層的厚度、混凝土的水灰比以及混凝土的密實性等，都很難完全滿足設計要求。環(huán)氧涂層鋼筋具有直接保護鋼筋的特點，只要嚴格按操作規(guī)程施工，其防護效果比較理想，對上述情況適應性也強。高性能混凝土是我國近年的研究成果，在實際工程應用上，特別是混凝土施工質(zhì)量控制方面還需不斷總結(jié)經(jīng)驗，對上述情況的適應性也較環(huán)氧涂層鋼筋差。因此，為了確保本碼頭工程的耐久性能夠達到50 a，本設計采用設計方案一，即環(huán)氧涂層鋼筋技術方案。

2006年2月底至2006年4月底，工作船碼頭上部結(jié)構(gòu)按設計推薦的環(huán)氧涂層鋼筋技術方案順利施工完畢。目前，碼頭已經(jīng)使用6 a，環(huán)氧涂層鋼筋在結(jié)構(gòu)中保持完好，混凝土表面并未見鐵銹，使用情況良好。

[1]劉濟舟.努力提高水運工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[J].水運工程，1999（8）：8-9.

[2]王汝凱.使用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋是提高高樁碼頭使用壽命的有效措施[J].水運工程，1999（8）：38-47.

[3]蔡銳華.試論高樁碼頭設計使用年限100年[J].中國港灣建設，2009（2）：21-28.

[4]趙一方，車斯文.防腐蝕技術在海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應用[J].水道港口，2002（3）：143-145.