碼頭水工結(jié)構(gòu)病害機理及防范對策探

李俊俊

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是港口水工建筑物的主要結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)因受多種因素影響，往往未到設(shè)計使用年限，就會發(fā)生不同程度的破損。如不及時采取有效的維修措施，將會使港口水工建筑物的結(jié)構(gòu)承載力降低、耐久性減退，甚至還會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞，造成較大的經(jīng)濟損失或重大安全責(zé)任事故。若想有效解決結(jié)構(gòu)病害問題，就需要有效分析結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生的機理，進而提出有效的結(jié)構(gòu)加固措施保障碼頭水工結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。因此，本篇文章主要分析與探討了碼頭水工結(jié)構(gòu)的病害機理及其防范的措施。

關(guān)鍵詞：碼頭水工結(jié)構(gòu)；病害；處理

我國碼頭水工建筑物最重要的結(jié)構(gòu)形式即為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的因素有很多，由此也就導(dǎo)致了碼頭水工結(jié)構(gòu)還未到設(shè)計的使用期限，就會出現(xiàn)破損。而如果在破損之后，未及時采取合理的維修與保養(yǎng)措施，就會降低碼頭施工建筑物的承載力與耐久力，嚴重的還會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進而可能會導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故的出現(xiàn)，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

1 碼頭水工結(jié)構(gòu)病害機理

1.1 裂縫問題

混凝土結(jié)構(gòu)的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫是反映混凝土結(jié)構(gòu)病害的晴雨表。所以，對混凝土結(jié)構(gòu)的損傷檢測，首先應(yīng)從對結(jié)構(gòu)的裂縫調(diào)查、檢測與分析入手，混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的。引起裂縫的原因很多，主要有以下兩類：第一類，由外荷載引起的裂縫，稱為結(jié)構(gòu)性裂縫（又稱為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關(guān)。這種裂縫的出現(xiàn)，預(yù)示結(jié)構(gòu)承載力可能不足或存在其他嚴重問題。第二類，由變形引起的裂縫，稱為非結(jié)構(gòu)性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結(jié)構(gòu)變形受到限制時，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(chǎn)生抗應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力達到混凝土抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫，裂縫一旦出現(xiàn)，變形得到釋放，拉應(yīng)力也就消失了。兩類裂縫有明顯的區(qū)別，危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。

1.2 鋼筋銹蝕

（1）沒有預(yù)兆的突然破壞。這類破壞多為預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力筋嚴重銹蝕所致。在預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中，當(dāng)一根或幾根鋼筋銹蝕到一定程度時，受蝕鋼筋裂斷，其余預(yù)應(yīng)力鋼筋不足以承受荷載應(yīng)力，相繼斷裂，造成構(gòu)件破壞。此外，當(dāng)保護層較厚，鋼筋直徑較細，受強荷載作用下保護層混凝土沒出現(xiàn)造成鋼筋銹蝕時，也容易出現(xiàn)無預(yù)兆的破壞。（2）無明顯預(yù)兆的破壞。這類構(gòu)件破壞前雖然有鋼筋銹蝕將保護層脹裂的現(xiàn)象，但構(gòu)件破壞前不出現(xiàn)明顯的受力破壞裂縫、變形等前兆：這類破壞常見于鋼筋錨固區(qū)的破壞，受彎構(gòu)件剪切破壞以及柱子牛腿的剪切破壞等。特別是當(dāng)受蝕鋼筋承擔(dān)部分或大部分荷重時，更容易出現(xiàn)這種破壞。（3）有明顯預(yù)兆的破壞。有明顯預(yù)兆的破壞多見于受彎構(gòu)件跨中鋼筋銹蝕，以及大偏壓構(gòu)件的受拉鋼筋銹蝕等。這類構(gòu)件在破壞前會產(chǎn)生一定的變形，如板或梁的跨中撓度明顯可見，鋼筋大面積的嚴重銹蝕等。

2 結(jié)構(gòu)病害的防范對策

2.1 做好前期準(zhǔn)備工作

為了保證鋼筋混凝土達到足夠的強度，就必須全面考慮鋼筋混凝土的最大受力值。在設(shè)計碼頭水工結(jié)構(gòu)的過程中，不僅要考慮到水工碼頭的強度，還要考慮到鋼筋混凝土材料的節(jié)約。除上所述，可以利用鋼筋混凝土的承載能力對碼頭水工結(jié)構(gòu)的自重進行測定，如果測定的結(jié)果超過了最大的荷載量，工作人員就要對此結(jié)構(gòu)進行重新改進，還要嚴格控制截面的形式及結(jié)構(gòu)。在施工過程中，一方面要考慮到工程施工的質(zhì)量，同時還要考慮到工程施工的成本。

2.2 裂縫問題的解決措施

從受力的合理性來說，最好將梁設(shè)計成等強度梁，這樣可以節(jié)省材料，減輕梁的自重。但是由于等強度梁為變截面梁，施工比較困難，從而提高了施工成本，而且一般提高的成本比節(jié)省材料減少的成本還多。因此目前的梁、板等混凝土構(gòu)件一般做成等截面，從而使梁的控制截面以外的其它截面的強度有不同程度的富余。因此在非控制截面部位出現(xiàn)裂縫或破損使截面削弱而造成的截面承載力下降量不大于等截面梁開裂截面強度的富余量，這種裂縫和破損并不影響梁的承載力。對于非荷載作用產(chǎn)生的裂縫，雖然對梁的強度影響不大，但直接影響梁的耐久性。對于荷載作用產(chǎn)生的裂縫，則要根據(jù)梁的有關(guān)數(shù)據(jù)及調(diào)查得到的混凝土實際強度等資料，判別梁的承載力是否有所下降。如果梁的承載力有所下降，則需要用碳纖維進行補強加固。

2.3 銹蝕問題的解決

海洋環(huán)境中氯離子侵蝕而引起的混凝土構(gòu)件的耐久性破壞的研究工作需要進步深入，對于進一步的工作，可以著中探討以下觀點：（1）干濕循環(huán)是有效的加速銹蝕手段，比電化學(xué)加速銹蝕更接近實際銹蝕情況，包括鋼筋的不均勻銹蝕和銹蝕產(chǎn)物。對于鋼筋銹蝕的進一步發(fā)展，以及不同的裂縫對于鋼筋銹蝕的影響有待于進一步研究。（2）對于銹蝕混凝土梁時變性能的研究需要對更多的足尺試驗梁進行試驗工作，試驗數(shù)據(jù)的積累需要一個長期的過程。（3）對于銹蝕混凝土梁力學(xué)性能的研究需要對更多不同截面尺寸的梁進行試驗研究，鋼筋銹蝕對于銹蝕混凝土抗剪承載能力影響的機理有待進一步研究。（4）混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評估。目前國內(nèi)外學(xué)者對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究大多停留在結(jié)構(gòu)材料、混凝土構(gòu)件層面上，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究比較少。

2.4 對碼頭水工結(jié)構(gòu)病害區(qū)域進行碳纖維加固

如果，截面開裂破損截面強度損失指標(biāo)低于截面強度富裕度，施工人員不需要對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進行工程加固。當(dāng)前，封堵裂縫區(qū)域所采用的主要方法就是普遍性的作業(yè)方式，其主要是避免鋼筋混凝土周遭的腐蝕質(zhì)以混凝土裂縫為載體進人鋼筋混凝土內(nèi)部，由此也就避免了混凝土內(nèi)部鋼筋部件出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，提高了碼頭水工結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

綜上所述，碼頭混凝土結(jié)構(gòu)病害及到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的組成材料及其性能、構(gòu)件的施工質(zhì)量、結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境、結(jié)構(gòu)服役年限等諸多因素。本文針對水工結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)的病害特點，對在役海港碼頭混凝土構(gòu)件的病害問題進行了研究，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作有所借鑒。

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