高樁碼頭加固修復現(xiàn)狀分析

張浩 黃長虹

摘 要：總結高樁碼頭加固修復的總體思路，對高樁碼頭水上結構加固、水下結構加固、混凝土裂縫修復、混凝土保護層修補和防護、鋼筋銹蝕補強和鋼筋防腐等各方面?zhèn)鹘y(tǒng)做法和研究現(xiàn)狀做出較為詳細的總結及分析。

關鍵詞：高樁碼頭 加固 修復 混凝土 裂縫

1.前言

海港高樁碼頭投入使用一定年限后，由于施工質(zhì)量、碼頭使用不當、常年受海水腐蝕沖刷、反復凍融等原因，會使碼頭產(chǎn)生不同類型和程度的病害，導致其不同部位出現(xiàn)裂縫、混凝土碳化、混凝土脫落、露筋乃至鋼筋銹蝕等病害，影響著碼頭的正常使用和安全性。

2.高樁碼頭加固修復思路和原則

2.1高樁碼頭加固修復思路

高樁碼頭加固要以碼頭檢測評估構件的損傷等級為基礎，依據(jù)《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》相關規(guī)范進行。

在制定加固方案時，要考慮結構可靠性結論、使用方功能要求、加固后結構總體效應等。同時也應考慮以下原則：

（1）施工便捷性。施工的快速高效不僅可以減少維修經(jīng)費，也有助于提高碼頭生產(chǎn)效益；

（2）可持續(xù)發(fā)展能力。要考慮碼頭的長遠發(fā)展，預留碼頭發(fā)展余地，為碼頭二次加固甚至升級改造提供空間；

（3）施工經(jīng)濟性。在確保加固質(zhì)量的基礎上，結合碼頭損傷程度，精簡施工方案，制定經(jīng)濟合理的加固方案。

2.2加固材料和工法的選取原則

在進行加固設計時，材料選取應遵循以下原則：

（1）混凝土修補用的水泥，宜采用強度等級不低于原混凝土所用水泥等級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，需要時可采用特種水泥，水泥性能和質(zhì)量應符合國家現(xiàn)行標準；

（2）加固用材料應滿足結構強度、抗腐蝕性、耐久性、粘結性、經(jīng)濟性等要求。加固材料為鋼材時，一般選用Ⅰ級或Ⅱ級鋼；加固混凝土骨料粒徑不大于20mm，采用噴射混凝土時骨料粒徑不大于12mm。

在施工工藝方面，針對一些特殊加固修復的結構，有施工時間和效率的要求。這對施工方法提出了新的要求，因此施工方法也應滿足高效性、便捷性、經(jīng)濟性等要求。

3.高樁碼頭加固修復應用研究現(xiàn)狀

3.1結構性加固

受海洋環(huán)境影響，高樁碼頭的樁基和梁板受到不同程度的損害，再加之超載、維護不到位或船舶撞擊等因素的影響，需定期對高樁碼頭進行檢查加固。根據(jù)《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》規(guī)定，碼頭結構性加固可采用加大截面加固法、外粘型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼碳纖維復合材料加固法等方法。隨著技術的進步，各學者和工程人員對高樁碼頭的加固進行了一系列研究探索并得到一定工程推廣。

（1）水上結構加固

針對水上梁板的加固，魏明暉在規(guī)范規(guī)定的幾種加固手段的基礎上，提出要對加固后的結構采用外加電流陰極保護或電化學脫鹽處理的方法來提高耐久性；E.Cosenza等在分析長螺紋纖維增強聚合物基復合材料（FRP）加固鋼筋混凝土中存在問題的基礎上，將FRP筋植入混凝土中，為結構的加固提供了新思路；鄭永來等總結了增設支點加固法、增設支撐體系的加固方法；胡少偉用數(shù)值模擬的方法驗證了化學植筋方法的可行性；針對梁板加固，郭艷茹等提出無粘結鋼絞線體外預應力加固的方法；郭范波等研究在海洋環(huán)境下用BFRP加固橋墩實驗研究，結果表明相同腐蝕時間下，玄武巖纖維布包裹的試件的抗壓強度比未包裹的大，且玄武巖纖維布全包裹試件的防腐蝕性能優(yōu)于3條帶包裹的試件；肖光在天津港南3泊位碼頭改造中采用化學植筋錨固法并取得良好效果；針對海洋環(huán)境下鋼結構加固，侯保榮采用氧化聚合型包覆防腐蝕技術進行加固。

（2）水下樁基加固

對于水下樁基受損，劉現(xiàn)鵬等用兩側補樁替代法、修補原樁法和外包碳纖維布法進行加固；楊仁浩根據(jù)樁的受損程度將樁分為兩類：原樁不能利用時遵循缺一補二的原則，即在壞樁左右對稱布置兩根樁來替代它。原樁尚可以利用時，在原樁周圍進行補樁進行加固；當水下樁是鋼管樁時，他提出可用玻璃鋼進行修復加固，當鋼管樁腐蝕嚴重時也可結合碳纖維裹覆的方法加固；魏明暉等利用玻纖套筒對水下樁基進行加固。

結構性加固是高樁碼頭加固的重難點，施工過程中必須考慮到海洋環(huán)境、施工速度、耐久性等因素，因此要探索高效率的加固工藝，嘗試采用主動式加固方法來提高結構承載能力和耐久性。

3.2耐久性修復防護

結構耐久性是碼頭防護的重點，引起結構出現(xiàn)耐久性損傷的因素很多，主要包括環(huán)境因素、材料因素、力學物理因素和施工管理因素。《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》中規(guī)定，耐久性修復根據(jù)耐久性評估檢測等級和目標使用年限有不同的方法，總體主要分為混凝土修復防腐和鋼筋修復防腐兩大部分。

（1）混凝土修復

①裂縫修復

根據(jù)《港口水工建筑物修補加固技術規(guī)范》規(guī)定，裂縫修補主要分為裂縫封閉修補和裂縫灌漿修補。對于裂縫封閉修補，必須沿裂縫走向，開鑿滿足施工要求的的凹槽并清槽，填充封縫材料修平；裂縫灌漿修復則是要按照施工要求埋設灌漿嘴，待漿液固化后在拆除灌漿嘴的基礎上對混凝土表面修整。而當前各學者和工程人員對碼頭裂縫的研究如下：張小建提出壓力灌漿修復和環(huán)氧地坪封縫處理；岑文杰等提出化學灌漿、填縫和電化學沉積法等；趙德勝提出在控制混凝土配合比、混凝土表面涂層的基礎上，通過監(jiān)測混凝土構件內(nèi)外部溫度來避免因溫度應力而產(chǎn)生裂縫的建議。

對于裂縫修補材料，當前采用化學灌漿方法較多。按其類型一般分為補強加固和防滲堵漏兩種，具體材料及其特點見表1。

②保護層修補防護

混凝土保護層修補主要采用高性能混凝土和聚合物砂漿材料修復，而保護層的防護則主要通過涂覆材料來實現(xiàn)。具體材料種類和其適用范圍見表2。

以上研究在一定程度上對混凝土修復的發(fā)展起到了積極推動作用，但其對新型裂縫修補材料的引入較少，不能很好地將新型材料應用到工程實踐中去，下一步研究應主要集中在新型修復材料的引進和施工工藝上。

（2）鋼筋銹蝕修復

混凝土表面存在孔隙，海洋中氯離子能通過孔隙與混凝土中氫氧化鈣反應產(chǎn)生體積較大的氯化鈣。同時二氧化碳和水氣進入，混凝土被碳化深度變大直至鋼筋表面，氯離子也到達鋼筋表面，對鋼筋鈍化膜產(chǎn)生破壞。此時鋼筋作為陽極，鈍化膜作為陰極的回路形成，加速鋼筋的腐蝕。

①鋼筋修復

對于銹蝕鋼筋，傳統(tǒng)方法是鑿掉開裂的混凝土保護層，清理鋼筋表面銹跡測算缺損斷面。根據(jù)缺損斷面的大小對鋼筋進行不同類型方法的補強，最后澆注強度級別不低于原混凝土強度等級的優(yōu)質(zhì)混凝土。對于梁板柱等構件的防腐，《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》規(guī)定，應采用混凝土表面涂層、混凝土表面硅烷浸漬和環(huán)氧涂層鋼筋的方法進行防腐。

②鋼筋防腐

為防止鋼筋腐蝕，《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》規(guī)定，可與優(yōu)質(zhì)混凝土或高性能混凝土配合使用的鋼筋應該為環(huán)氧涂層鋼筋，同時可摻入鋼筋阻銹劑，但不得與外加電流陰極保護技術聯(lián)合使用。

劉偉華提出恢復鋼筋周圍堿性環(huán)境和采用外加電流陰極保護技術的方法；趙德勝[16]提出使用特種鋼筋的方法來應對鋼筋銹蝕；侯保榮總結出復層礦脂包覆防腐技術、氧化聚合性包覆防腐技術和腐蝕檢監(jiān)測技術對鋼筋進行監(jiān)測和防護。

針對鋼筋銹蝕，目前依然存在修復手段單一、對新興防腐技術研究不深入的情況，這同樣應是耐久性修復下一步應集中研究解決的方面。

4.結論與展望

高樁碼頭的加固修復目前得到了較大地發(fā)展，但也存在以下問題：

（1）要深化對加固工藝的研究探索，目前多數(shù)加固采用被動式加固方法，且有的方法只限定于在特殊環(huán)境下才可使用，普適性不高；

（2）目前研究修復加固的材料較多，但應用于工程實踐的材料少，應在將試驗成果轉換為工程實踐上下功夫；

（3）應該加強對鋼筋混凝土修復加固軟件的開發(fā)，完善加固修復領域體系的完整性。

隨研究的逐漸深入，高樁碼頭修復材料將愈發(fā)趨向質(zhì)輕、高強、耐腐蝕的特點，特別是纖維增強材料的開發(fā)和使用，會進一步推進加固工藝改進，推動高樁碼頭加固修復的完善。

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