探討港口碼頭混凝土結構銹蝕破損加固技術

張仁奎

（中交武漢港灣工程設計研究院有限公司 湖北武漢 430000）

引言

碼頭建筑設施是海港船舶運輸的基礎保障。我國早期水工建筑物施工設計規(guī)范標準較低，隨著國家水運工程的快速發(fā)展，大量在役老港口水工建筑物受使用和環(huán)境條件的影響，材料劣化、結構功能降低的現象日益嚴重，因此迫切需要對結構進行修補加固。對老碼頭、防波堤等結構進行修補和加固是保證其使用安全、延長使用壽命、提升結構能力的有效方法。近幾年一些新技術、新工藝的涌現，使修補加固措施更趨規(guī)范化、多樣化，但在實際應用中，修補加固方法仍然受結構形式、破損程度和建設條件等多種因素影響，因此碼頭建筑物的修補加固從技術、經濟等角度都有一定的研究價值。

本文介紹某海港碼頭結構修補和加固設計原則，基于實際案例，對碼頭建筑物的修補、加固問題進行總結和探討，為在役海港碼頭類似構件的修補加固提供借鑒。

1 碼頭工程概況

1.1 工程背景

該碼頭位于沿海水域，建于1998年，建設規(guī)模為1個萬噸級散貨泊位，主要用于裝卸貨物。其中貨物碼頭1座、現場指揮樓1座和引橋1座。貨物碼頭為高樁梁板式碼頭，分3個區(qū)段。上部結構由縱橫梁和預制疊合面板組成，縱橫梁下設1道鋼筋混凝土二層撐桿系統(tǒng)?；A采用預制鋼筋混凝土方樁。

碼頭與引橋轉角處設指揮樓平臺1座，基礎采用預制鋼筋混凝土方樁。系纜墩采用高樁墩臺式結構，基樁為PHC管樁。

1.2 結構存在的主要問題

截至2017年，該碼頭建筑物的使用年限己接近20年，由于長期處于海洋氣候環(huán)境中，且水域具有含鹽量高、混濁、泥沙含量大、海生物附著少等特點，面臨著海水、海霧等多重腐蝕，而且作為重要的貨物裝卸碼頭，荷載大，大型船舶?？款l繁，致使碼頭及系纜墩的主體結構出現不同程度的破損及缺陷：

（1）部分縱梁、橫梁、撐桿系統(tǒng)等局部存在裂縫和混凝土破損；

（2）部分縱梁、撐桿系統(tǒng)、橫梁局部存在空鼓現象；

（3）縱梁、橫梁以及軌道梁加固鋼板等存在不同程度的銹跡或者銹蝕；

（4）碼頭軌道梁加固鋼板與混凝土黏結之間出現空鼓，部分空鼓率大于5%；部分縱梁中加固碳纖維與混凝土黏結之間存在空鼓現象，部分空鼓率大于5%；

（5）縱梁、橫梁、系纜墩樁基局部不規(guī)則銹跡等外觀缺陷。表面銹跡為樁身混凝土中表層鋼纖維受海水中氯離子影響銹蝕所致，并非樁基內部銹蝕滲出銹跡。

2 修補加固技術方案

2.1 設計原則

（1）修補方案充分考慮施工技術等因素，不得破壞周邊環(huán)境；

（2）修補方案所采用的結構、材料，應根據環(huán)境因素充分考慮結構的合理性，并注重防腐設計，提高結構耐久性。

2.2 設計主要依據

（1）《碼頭修復工程竣工檢測報告》；

（2）《混凝土結構加固設計規(guī)范》（GB50367-2006）；

（3）《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》（JTS311-2011）；

（4）《海港工程鋼結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTS153-3-2007）；

（5）《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTJ275-2000）。

根據相關規(guī)范并保障修補主體結構配套功能設施完善，方便后期使用和管理，針對不同結構破損情況采用不同的修補加固方案。

修補加固設計原則：

（1）修補方案充分考慮施工技術等因素，不得破壞周邊環(huán)境；

（2）修補方案所采用的結構、材料，應根據環(huán)境因素充分考慮結構的合理性，并注重防腐設計，提高結構耐久性。

修補加固方案：

（1）縱梁、橫梁、撐桿系統(tǒng)等裂縫修補，當寬度W＜0.3mm時，采用表面封閉法；當寬度W≥0.3mm時，采用注射法。

（2）縱梁、橫梁、撐桿系統(tǒng)等混凝土破損修補，若無鋼筋銹蝕，采用砂漿修補；若有鋼筋銹蝕，采用除銹或補焊鋼筋，再用砂漿修補。

（3）碼頭軌道梁加固鋼板銹蝕，縱梁、橫梁、撐桿系統(tǒng)、系纜墩樁基等不規(guī)則銹跡，軌道梁鋼板空鼓率大于4%，采用噴砂除銹，涂層修補，硅烷浸漬，開孔注膠。

（4）縱梁加固碳纖維空鼓大于4%，去除舊碳纖維，新碳纖維搭接。

2.3 混凝土裂縫修補

檢測報告顯示碼頭的橫梁、縱梁、撐桿系統(tǒng)、基樁等構件存在不同程度的靜止裂縫，屬于非耐久性破損，部分裂縫存在銹跡；根據裂縫寬度的不同對其進行非耐久性裂縫修補。

裂縫寬度W＜0.30mm的裂縫采用表面封閉法進行修補，而對于結構構件裂縫寬度全部≤0.2mm，可采取涂刷涂料進行修補；寬度W≥0.3mm的裂縫采用注射法進行修補。

注漿修補處理施工工藝流程：

（1）清除裂縫表面松散物和縫內異物；

（2）沿裂縫合理安置灌漿嘴；

（3）配制注漿材料，然后封閉裂縫；

（4）壓氣檢查灌漿嘴的連同和封閉效果；

（5）配制注射材料，然后壓力灌漿，完成注漿，拆除灌漿管路；

（6）拆除灌漿嘴，對混凝土表面進行修整；

（7）質量檢測及修復。

根據現場環(huán)境和施工需要，注漿材料應具備表1中的性能。注漿材料的各種力學性能均符合《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》。

表1 注漿材料性能

第三方檢測結果表明：混凝土裂縫修補良好外觀平整密實，無縫隙和孔洞，符合《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》。

2.4 混凝土脫落修復

對于不產生裂縫且沒有露筋的混凝土小面積脫落，采用置換混凝土加固法進行修復。具體的設計規(guī)定、加固計算和構造規(guī)定應按現行標準GB50367《混凝土結構加固設計規(guī)范》的要求執(zhí)行，且應在舊混凝土表面涂刷界面膠，以保證新舊混凝土的協(xié)同工作。對于混凝土大面積脫落、露筋構件的修復，需先整塊鑿除鋼筋保護層上的混凝土。

對于露筋構件，還應將鑿除混凝土的范圍擴展到鋼筋未銹蝕處。去除浮銹，對銹蝕嚴重的鋼筋還要補焊主筋和箍筋。對處理好的混凝土和鋼筋界面除塵除鹽，然后在鑿除鋼筋上面噴灑阻銹劑、涂刷聚合物水泥砂漿界面處理劑，最后在待修復處以約1cm的厚度分層涂抹聚合物水泥砂漿，且必須等上一層砂漿初凝后再涂抹下一層，直到恢復原有截面尺寸。按照行業(yè)標準JTS153-3《海港工程鋼結構防腐蝕技術規(guī)范》，建議選擇陰極保護和涂層聯(lián)合保護的防腐措施。在涂裝前注意對鋼管樁進行表面預處理，保證除銹清潔度和表面粗糙度。

2.5 “夾克法”維修加固墩柱提

夾克法施工工藝步驟如下（見圖1）：①放樣測量潛水員現場對待維修加固的立柱（樁身）尺寸進行測量。②定做玻纖套筒根據潛水員現場測量尺寸，工廠定做玻纖套筒，玻纖套筒運送到現場后，重新檢查尺寸，驗收合格后方可使用。③表面處理對水下橋墩進行加固前，先用高壓水下清除橋墩表面水生物，清理混凝土表面附著物，鑿除松散、破損的混凝土表面，如鋼筋有銹蝕的宜先用鋼絲刷進行除銹。④玻纖套筒安裝先在套筒的鎖扣槽內注入低模量氫酯環(huán)氧膠，然后撐開玻纖套筒，包裹橋墩，精確定位后用緊固帶臨時固定好玻璃纖維套筒，再用不銹鋼自攻螺釘每隔15cm對套筒鎖扣處進行緊固。⑤底部密封條安裝安裝底部25mm可壓縮密封條，此處橋墩與玻纖套筒之間不允許有空隙。⑥環(huán)氧灌漿料灌注灌注環(huán)氧灌漿料采用高位漏斗重力灌漿法，灌注環(huán)氧灌漿料15cm后封底暫停，待8h固化后繼續(xù)灌注環(huán)氧灌漿料至頂部。⑦固化完成最后用低模量氫酯環(huán)氧膠密封在玻纖套筒頂部與立柱間做一個斜坡，待灌漿料固化后，取下臨時緊固帶，“夾克法”系統(tǒng)安裝完畢。

圖1 夾克法施工工藝步驟

2.6 縱梁碳纖維空鼓加固

根據檢測報告得知，碼頭部分縱梁加固碳纖維與混凝土間黏結之間空鼓，對空鼓率大于4%的縱梁采用碳纖維搭接包覆加固方案進行處理。

碳纖維空鼓加固施工工藝流程：

（1）去除空鼓處舊碳纖維；

（2）沿空鼓處合理打磨；

（3）配制浸漬膠，然后制作新碳纖維布并浸漬；

（4）配制膠黏劑，并粘貼新碳纖維布；

（5）新舊搭接處粘貼處理；

（6）涂抹浸漬膠；

（7）質量檢測及修復。

表2為第三方檢測的部分縱梁碳纖維加固前后空鼓率。其結果表明：對碳纖維空鼓率大于4%的部分縱梁進行新碳纖維搭接，修補后外觀平整，空鼓率均控制在1.5%以下，即總有效黏結面積大于總黏結面積的98.5%，正拉黏結強度優(yōu)良，均符合《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》有關規(guī)定。

表2 部分縱梁碳纖維加固前后的空鼓率%

3 結語

根據該港域多個在役碼頭檢測評估的結果，總結出該區(qū)域高樁碼頭設施存在混凝土脫落、裂縫等幾個方面的常見問題，提出對應的維護治理方法，對海港碼頭結構修補及加固后，效果良好，加固強度優(yōu)良，所采用的修補和加固技術經濟、有效，保障構筑物繼續(xù)長期安全運行。

[1]港口碼頭結構安全性檢測與評估指南[M].人民交通出版社，2010.

[2]《混凝土結構加固設計規(guī)范》（GB50367-2013）[S].

[3]《建筑結構加固工程施工質量驗收規(guī)范》（GB50550-2010）[S].

[4]梁廣林，劉旭陽，高翔.某高樁碼頭加固改造工程的設計與施工[J].中國水運，2017，17（3）.

[5]《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》（JTS311-2011）[S].

[6]《海港工程鋼結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTS153-3-2007）[S].