寧波港2.5萬噸級(jí)碼頭上部結(jié)構(gòu)維修失效分析及二次維修建議

劉軍，李森林

（1.寧波港建設(shè)開發(fā)有限公司，浙江 寧波 315800；2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210024）

海港工程混凝土結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境下容易發(fā)生鋼筋銹蝕、混凝土開裂、脫落等耐久性損壞。受損混凝土構(gòu)件應(yīng)盡早維修和加固，否則腐蝕將會(huì)加速發(fā)展從而發(fā)生更嚴(yán)重的破壞，甚至威脅到碼頭的正常安全使用。為確保結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，目前已發(fā)展了多種鋼筋混凝土維修保護(hù)技術(shù)，但不同的維修技術(shù)均有各自的適用范圍及局限性。不同破損原因、不同的使用年限，應(yīng)采取不同的維修方案，否則難以達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果，并可能造成屢壞屢修、屢修屢壞的不良局面。本文以寧波港北侖港區(qū)2.5萬噸級(jí)礦石碼頭3號(hào)、4號(hào)泊位為例，分析了其鋼筋混凝土上部結(jié)構(gòu)耐久性過早失效的原因和導(dǎo)致修復(fù)處理耐久性不足的影響因素，提出了進(jìn)行二次維修的處理建議以及維修過程中應(yīng)注意的事項(xiàng)。

1 工程概況

寧波港北侖港區(qū)2.5萬噸級(jí)礦石碼頭3號(hào)、4號(hào)泊位總長(zhǎng)499.6 m，寬23.04 m，設(shè)計(jì)高潮位為3.56 m，設(shè)計(jì)低潮位為0.68 m，平均潮位2.13 m，高樁梁板式結(jié)構(gòu)，碼頭各類上部構(gòu)件全部位于浪濺區(qū)。工程建成于20世紀(jì)80年代，至今已超30 a歷史。工程竣工投產(chǎn)10 a左右，就已發(fā)現(xiàn)混凝土吐銹、局部裂縫破損等現(xiàn)象。1999年，全面調(diào)查發(fā)現(xiàn)，軌道梁、縱梁、橫梁、斜撐等四類構(gòu)件80%存在腐蝕損壞現(xiàn)象，其中橫梁遭受腐蝕破壞程度最為嚴(yán)重；預(yù)應(yīng)力方樁平均50%發(fā)生了不同程度的腐蝕破壞，局部嚴(yán)重處，φ8箍筋已銹斷，φ25主鋼筋截面損失達(dá)20%以上[1]。為延長(zhǎng)碼頭的使用年限，提高其耐久性，同時(shí)也為了比較不同修復(fù)技術(shù)保護(hù)效果，2003年對(duì)3號(hào)泊位采用了丙乳砂漿局部修復(fù)加全面封閉處理法，2004年對(duì)4號(hào)泊位采取了電化學(xué)脫鹽加全面封閉處理。2013年經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，3號(hào)泊位各類構(gòu)件已再次發(fā)生了較嚴(yán)重的腐蝕破壞，丙乳砂漿修補(bǔ)層普遍龜裂，局部鋼筋銹蝕；就外觀破損發(fā)生率而言，橫梁發(fā)生率近100%、水平撐達(dá)80%、縱梁與軌道梁達(dá)60%；各類構(gòu)件開裂破損嚴(yán)重處，箍筋最大截面損失率達(dá)36.0%，主筋最大截面損失率達(dá)32.5%[2]。相對(duì)而言，采取電化學(xué)脫鹽處理的4號(hào)泊位腐蝕破損情況較輕，外觀破損范圍僅為3號(hào)泊位的5%~10%，長(zhǎng)期保護(hù)效果十分明顯，預(yù)估其耐久性使用年限在15 a以上[2]。

2 耐久性失效原因分析

2.1 早期設(shè)計(jì)缺陷

1）保護(hù)層厚度偏薄，縱梁設(shè)計(jì)保護(hù)層厚度為45 cm，橫梁側(cè)面保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度為50 cm，遠(yuǎn)小于現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。較薄保護(hù)層使環(huán)境中氯離子較快滲入混凝土內(nèi)部，達(dá)到一定濃度后造成鋼筋銹脹，其中浪濺區(qū)海側(cè)的橫梁遭受腐蝕破壞程度最為嚴(yán)重；

2）缺少方便檢查維修的相關(guān)設(shè)計(jì)，特別是碼頭面層以下區(qū)域，缺少考慮方便維護(hù)檢查、方便維修的相關(guān)設(shè)施，給碼頭日常維護(hù)帶來很大困難。建議縱橫梁及板中盡量增加可懸掛、搭設(shè)腳手架、安全網(wǎng)等設(shè)施的預(yù)留孔洞等，同時(shí)又可改善碼頭下部通風(fēng)、泄壓條件，有利于及時(shí)消散鹽霧水汽積聚。

2.2 維護(hù)管理不規(guī)范

1） 使用期維護(hù)檢查力度問題。根據(jù)JTS 310—2013《港口設(shè)施維護(hù)技術(shù)規(guī)范》要求，應(yīng)對(duì)碼頭設(shè)施進(jìn)行經(jīng)常性檢查和維護(hù)，但由于維護(hù)人員技術(shù)與檢查手段有限，對(duì)問題的認(rèn)識(shí)不到位，往往會(huì)延誤最佳的修復(fù)時(shí)機(jī)。

2）實(shí)施維修的時(shí)間偏晚。由于進(jìn)行全面檢測(cè)與維修費(fèi)用大、環(huán)節(jié)多、耗時(shí)長(zhǎng)、會(huì)影響生產(chǎn)等因素，往往待到?jīng)Q策與實(shí)施維修時(shí)，構(gòu)件外部涂層已嚴(yán)重老化；混凝土構(gòu)件已存在較嚴(yán)重和較大面積的腐蝕損壞，或受損開裂部位的鋼筋腐蝕已呈中高速發(fā)展?fàn)顟B(tài)，給修復(fù)加固工作帶來較大的困難。

2.3 早期維修存在的問題

1）氯離子清除不徹底。經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，3號(hào)泊位構(gòu)件中氯離子污染深度總體在0~30 mm，但污染的分布規(guī)律性不明顯，存在表層氯離子含量較低，內(nèi)部氯離子含量高的反?，F(xiàn)象。這是因?yàn)樵缙诘谋樯皾{修復(fù)措施，無法全面清除混凝土內(nèi)有害氯離子所致?；炷羶?nèi)部氯離子清除不徹底，外部封閉后，內(nèi)部高濃度氯離子依然存在，且會(huì)繼續(xù)腐蝕鋼筋。

2）保護(hù)層厚度不均勻。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)早期的丙乳砂漿修復(fù)層或混凝土保護(hù)層，存在厚度不夠均勻，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求問題。原因一是鑿除工作不到位，二是保護(hù)層厚度控制較隨意。

3）施工控制環(huán)節(jié)缺陷。丙乳砂漿修補(bǔ)層面出現(xiàn)較多龜裂和空鼓等缺陷，說明存在丙乳砂漿材料或施工缺陷，或與基體混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度問題，或抹壓（噴射）施工中材料攪拌不均勻、養(yǎng)護(hù)不到位等質(zhì)量控制缺陷。

4）靠近海平面的構(gòu)件底部腐蝕嚴(yán)重，修復(fù)難度也最大，尤其突出的是下橫梁底部，標(biāo)高往往比腳手架平臺(tái)還要低，受潮位影響大，工作時(shí)間短，鑿除、粉刷質(zhì)量較難控制，往往會(huì)產(chǎn)生難以發(fā)現(xiàn)的施工缺陷。

3 維修方案及特點(diǎn)

考慮到丙乳砂漿局部修補(bǔ)處理的局限性，以及電化學(xué)脫鹽長(zhǎng)期保護(hù)效果良好的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，建議對(duì)破損嚴(yán)重的3號(hào)泊位采取局部丙乳砂漿修復(fù)后，全面電化學(xué)脫鹽處理；對(duì)4號(hào)泊位僅采用局部丙乳砂漿修復(fù)處理。

1）丙乳砂漿局部維修法是目前寧波地區(qū)最常用的修復(fù)方法。該方法的優(yōu)點(diǎn)是維修工藝簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短、費(fèi)用較低、適應(yīng)性強(qiáng)等；缺點(diǎn)是勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞大，尤其需要說明的是該方法無法全面清除已遭受氯離子污染的混凝土保護(hù)層，耐久性使用年限有限，一般為5~8 a，因此，需要與其他電化學(xué)方法配套使用，才能達(dá)到10 a以上的保護(hù)效果。丙乳砂漿修復(fù)處理過程中需要注意以下幾方面的問題：①破損區(qū)域混凝土鑿除：寬度上應(yīng)鑿除混凝土至兩端各露出5 cm以上的未銹鋼筋段，深度上原則上為鋼筋背后1~3 cm。鑿除后必須徹底清除已松動(dòng)的混凝土或砂石等，并用淡水清洗處理。鑿除面應(yīng)保證有一定的粗糙度；②鋼筋除銹應(yīng)徹底；除銹完成后，鋼筋表面應(yīng)采用內(nèi)摻鋼筋阻銹劑的水泥凈漿涂刷保護(hù)，防止鋼筋二次銹蝕；③人工壓抹丙乳砂漿前，應(yīng)涂刷混凝土專用界面劑，以提高修補(bǔ)砂漿與基體混凝土的附著力。

2）電化學(xué)脫鹽處理

如果氯離子已大量侵入混凝土內(nèi)部較深部位，常規(guī)鑿除修補(bǔ)技術(shù)不可能將遭受氯離子污染的區(qū)域全面清除，或采用鑿除修補(bǔ)技術(shù)帶來的安全性、技術(shù)性或經(jīng)濟(jì)性問題較突出時(shí)，應(yīng)選擇采用如電化學(xué)脫鹽的電化學(xué)方法進(jìn)行防腐處理。

電化學(xué)脫鹽法有別于其他采用延緩、阻止與隔離外環(huán)境中氯離子滲入混凝土內(nèi)部的防腐方法[3]。該技術(shù)具有能有效清除混凝土內(nèi)的有害氯離子，使活化腐蝕的鋼筋全面恢復(fù)鈍化，以及混凝土再堿化和提高密實(shí)性等四大功效；不足是施工期內(nèi)，設(shè)備系統(tǒng)較多，工序復(fù)雜，對(duì)操作人員的專業(yè)技術(shù)要求高；工期相對(duì)較長(zhǎng)；初期投資造價(jià)較高等。

4 結(jié)語

1）分析認(rèn)為，早期的設(shè)計(jì)缺陷以及維護(hù)管理不規(guī)范等是導(dǎo)致鋼筋混凝土上部結(jié)構(gòu)耐久性過早失效的主要原因；氯離子清除不徹底、施工質(zhì)量控制不到位以及施工環(huán)境惡劣是致使早期鋼筋混凝土修復(fù)處理耐久性不足的主要影響因素。

2）丙乳砂漿維修法因其工藝簡(jiǎn)單，維修時(shí)間短、費(fèi)用相對(duì)較低、適應(yīng)性強(qiáng)等，適合于在鋼筋腐蝕程度嚴(yán)重或一般的構(gòu)件維修，是最常用、最基本的修復(fù)方法。電化學(xué)脫鹽法防護(hù)法作為一種新型的混凝土維修技術(shù)，實(shí)際效果顯著，適用于鋼筋腐蝕程度較輕的構(gòu)件維修，特別適用于不便于深度鑿除，和較重要受力構(gòu)件的維修，但其工藝和技術(shù)相對(duì)復(fù)雜、維護(hù)周期較長(zhǎng)、費(fèi)用較高。因此兩種防護(hù)方法，各有特點(diǎn)，可以根據(jù)不同的工程條件和腐蝕狀況選擇運(yùn)用。結(jié)合本工程的具體情況，對(duì)3號(hào)泊位提出了丙乳砂漿與電化學(xué)脫鹽相結(jié)合的維修保護(hù)方案，對(duì)4號(hào)泊位建議僅采用局部丙乳砂漿修復(fù)處理。

[1] 盧青法，李森林，范衛(wèi)國.寧波北侖港2.5萬噸級(jí)裝船碼頭上部結(jié)構(gòu)破壞調(diào)查及維修方案建議[J].水運(yùn)工程，2003（9）：30-32，34.LU Qing-fa,LI Sen-lin,FAN Wei-guo.An investigation on the damage of upper structures and a suggestion of maintenance schemes of 25 000 dwt loading wharf of Beilun Port[J].Port&Waterway Engineering,2003(9):30-32,34.

[2] 李森林，徐寧.寧波-舟山港北侖港區(qū)礦石碼頭3號(hào)、4號(hào)泊位檢測(cè)報(bào)告[R].南京：南京水利科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)中心，2013.LISen-lin,XUNing.Test report on No.3 and No.4 berthsof Beilun port ore terminal in Ningbo-Zhoushan Port[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Science Research Center,2013.

[3] 洪定海.混凝土中鋼筋的腐蝕與保護(hù)[M].北京：中國鐵道出版社，1998.HONGDing-hai.Corrosion and protection of steel in concrete[M].Beijing:China Railway Publishing House,1998.