福建沿海某運營中碼頭混凝土方樁耐久性調(diào)查與分析

■陳陣陣

（福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州 350001）

1 引言

高樁碼頭樁基的耐久性一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點，碼頭結(jié)構(gòu)環(huán)境條件是影響其耐久性的重要因素之一，同時樁基自身的工藝設(shè)計、施工質(zhì)量也起著重要的影響作用[1-2]。本文結(jié)合福建沿海某運營中碼頭混凝土方樁質(zhì)量開展現(xiàn)場調(diào)查，對混凝土方樁耐久性相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測，分析樁基耐久性情況，并提出優(yōu)化耐久性相關(guān)建議。

2 碼頭基本情況

該港區(qū)位于福建閩南地區(qū)，掩護(hù)條件良好，港區(qū)東南面水域相對開闊，海水平均鹽度30‰，平均水溫19.7℃。該碼頭為1000噸級件雜貨碼頭，結(jié)構(gòu)型式為高樁梁板式，碼頭基樁為C50預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，斷面尺寸為500mm×500mm。該碼頭于1996年竣工。

3 碼頭樁基調(diào)查和檢測情況

在對該碼頭基樁樁身外觀進(jìn)行普查的基礎(chǔ)上，抽取了3根具有代表性基樁進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)查和檢測，對基樁的浪濺區(qū)和水位變動區(qū)樁身外觀進(jìn)行調(diào)查，并對基樁浪濺區(qū)和水位變動區(qū)混凝土碳化深度、鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋銹蝕電位、混凝土表面氯離子含量、鋼筋表面氯離子含量等耐久性相關(guān)項目進(jìn)行檢測，檢測數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

在對調(diào)查樁進(jìn)行內(nèi)外部檢查時，B7樁表面未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷，但在浪濺區(qū)局部存在銹跡，如圖1所示；B8樁樁頂出現(xiàn)表面混凝土耐久性破損現(xiàn)象，未發(fā)現(xiàn)其他混凝土裂紋，如圖2所示；E3樁表面未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。

表1 調(diào)查樁浪濺區(qū)檢測數(shù)據(jù)

表2 調(diào)查樁水位變動區(qū)檢測數(shù)據(jù)

圖1 調(diào)查樁B7浪濺區(qū)銹跡圖

圖2 調(diào)查樁B8浪濺區(qū)破損圖

4 樁基耐久性情況分析

4.1 樁基結(jié)構(gòu)耐久性總體情況分析

該碼頭位于福建閩南地區(qū)，沿海碼頭工作于高鹽度、高溫度和高濕度海洋地區(qū)，碼頭的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到波浪、風(fēng)、水流、日照、二氧化碳、硫酸鹽以及氯鹽等侵蝕的作用相對突出，同時長期重荷載情況下的運營使得碼頭結(jié)構(gòu)存在不同程度的損傷和缺陷，在使用環(huán)境中混凝土鋼筋銹蝕，是影響耐久性的主要因素[3]。

從表1和表2可以看出，所檢樁浪濺區(qū)、水位變動區(qū)混凝土碳化深度遠(yuǎn)小于混凝土保護(hù)層厚度，表明所檢混凝土具有良好的抗碳化能力；現(xiàn)場實測鋼筋表面存在少量氯離子，可見鋼筋表面已經(jīng)有氯離子侵蝕，但是相對含量較少；鋼筋保護(hù)層厚度均大于設(shè)計值，且存在正偏差部位表面無裂紋，混凝土表面氯離子含量是鋼筋表面混凝土氯離子含量的數(shù)倍，表明鋼筋保護(hù)層有利于避免鋼筋直接受腐蝕；結(jié)合表3，E3樁和B8樁水位變動區(qū)鋼筋銹蝕腐蝕電位檢測結(jié)果為發(fā)生鋼筋腐蝕性狀不確定 （可能存在銹蝕），其他檢測結(jié)果均為發(fā)生鋼筋腐蝕概率小于10%，現(xiàn)場還對腐蝕性狀不確定區(qū)域進(jìn)行了局部破損檢測，確定鋼筋未發(fā)生銹蝕。

表3 鋼筋銹蝕腐蝕電位判定標(biāo)準(zhǔn)

4.2 不同區(qū)段耐久性情況對比分析

海洋環(huán)境下碼頭樁基主要可分成性質(zhì)不同的類型區(qū)域：大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動區(qū)、水下區(qū)。該平臺樁可檢查樁身范圍處于水位變動區(qū)，棧橋可檢查的樁身范圍處于浪濺區(qū)和水位變動區(qū)。將棧橋樁浪濺區(qū)和水位變動區(qū)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，采用測定不同深度混凝土樣本中氯離子含量計算得到混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)。數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 碳化深度和混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)檢測數(shù)據(jù)對比

表4中樁基浪濺區(qū)的碳化深度大于水位變動區(qū)，浪濺區(qū)的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)小于水位變動區(qū)。主要是浪濺區(qū)受各類因素耦合作用更為強(qiáng)烈，波浪沖擊力尤為突出，其侵蝕環(huán)境較潮差區(qū)更為惡劣，因此碳化深度較大。對于浪濺區(qū)氯離子擴(kuò)散系數(shù)的大小代表氯離子擴(kuò)散能力大小，碼頭運營至今已多年，氯離子不斷侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，浪濺區(qū)樁基結(jié)構(gòu)的損傷程度更大，其內(nèi)部滲入的氯離子更多，氯離子濃度更大，內(nèi)部與外界的氯離子濃度差較小，擴(kuò)散能力下降，因此浪濺區(qū)的混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)更小。浪濺區(qū)混凝土表面氯離子含量和鋼筋表面混凝土氯離子含量均明顯高于水位變動區(qū)，表明樁基浪濺區(qū)比水位變動區(qū)耐久性損失相對嚴(yán)重。從外觀損傷上，樁基在浪濺區(qū)出現(xiàn)了銹跡、樁頂破損等損傷現(xiàn)象，而在水位變動區(qū)沒有發(fā)現(xiàn)明顯的混凝土開裂、鋼筋銹跡等現(xiàn)象。

5 結(jié)論

該碼頭樁基總體情況良好，個別樁基存在少量表觀缺陷，樁基結(jié)構(gòu)耐久性存在一定受損，在碼頭樁基不同區(qū)段中，浪濺區(qū)和水位變動區(qū)受腐蝕較為嚴(yán)重。碼頭樁基在浪濺區(qū)的結(jié)構(gòu)耐久性受損程度基本高于水位變動區(qū)，檢測數(shù)據(jù)也顯示出碳化深度、氯離子侵蝕、銹蝕電位等也顯示出這一特征。該碼頭樁基樁身整體強(qiáng)度較高，鋼筋保護(hù)層延緩了氯離子等侵蝕性離子侵入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，緩解銹蝕時間和銹蝕程度。樁基自身良好的鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土抗氯離子性能等質(zhì)量狀況有利于提高結(jié)構(gòu)耐久性。

6 建議

（1）建議根據(jù)設(shè)計文件和規(guī)范的耐久性維護(hù)要求，對該碼頭組織檢查、檢測評估，尤其是碼頭樁基等重要結(jié)構(gòu)。有條件的可結(jié)合樁基耐久性損失情況開展樁基檢測，對樁基結(jié)構(gòu)損失情況進(jìn)行復(fù)核。對樁基結(jié)構(gòu)外觀進(jìn)行檢查，檢查主要內(nèi)容可包括：混凝土表面質(zhì)量缺陷（蜂窩、麻面、露石等）、外力引起破損（裂縫、缺損、松動等）、鋼筋銹蝕引起的構(gòu)件表面損傷（銹跡、裂縫、空鼓、剝落和露筋等）等。及時對檢查和檢測發(fā)現(xiàn)的耐久性受損樁基進(jìn)行修補、加固。

（2）在高樁碼頭工程設(shè)計階段，應(yīng)加強(qiáng)樁基、梁、板等重要結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，尤其是是處于浪濺區(qū)和水位變動區(qū)的工程結(jié)構(gòu)，并明確提出結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限內(nèi)的耐久性維護(hù)要求，尤其可結(jié)合不同結(jié)構(gòu)（樁基、梁、板）類型采取提高混凝土耐久性的附加防腐蝕措施，如表面涂層、硅烷浸漬、外加電流陰極保護(hù)、鋼筋阻銹劑、環(huán)氧涂層鋼筋等。福建沿海碼頭混凝土防腐采用表面涂層、硅烷浸漬、外加電流陰極保護(hù)為多。有條件的可安裝能實時監(jiān)控混凝土中氯離子滲透和鋼筋腐蝕情況的耐久性監(jiān)控裝置。工程施工階段，加強(qiáng)打入樁工程材料質(zhì)量控制和檢測，突出對混凝土抗氯離子滲透性能、鋼筋保護(hù)層厚度等耐久性相關(guān)要求的控制，積極采取措施治理混凝土裂縫、表觀質(zhì)量缺陷等質(zhì)量通病。優(yōu)化沉樁施工方案，重視對沉樁后樁身外觀檢查、砍樁頭質(zhì)量控制，尤其是對樁身表面的裂紋、裂縫等缺陷進(jìn)行排查。加強(qiáng)表面涂層、硅烷浸漬、外加電流陰極保護(hù)等混凝土防腐施工質(zhì)量，加強(qiáng)檢測，確保附加防腐蝕措施發(fā)揮作用。碼頭運營期間，按照設(shè)計文件和規(guī)范的耐久性維護(hù)要求，對碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行日常檢查，定期開展檢測評估，并根據(jù)情況進(jìn)行相關(guān)修補、加固。