在役高樁碼頭結(jié)構(gòu)破損及維修加固技術(shù)研究

張 干 尹紀(jì)龍

（交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 天津 300456 水工構(gòu)造物檢測(cè)、診斷與加固技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 天津 300456）

1 寧波港碼頭結(jié)構(gòu)病害情況特點(diǎn)

寧波的地質(zhì)條件特性決定了碼頭結(jié)構(gòu)一般采用高樁梁板結(jié)構(gòu)或高樁墩臺(tái)結(jié)構(gòu)。高樁碼頭主要由下部結(jié)構(gòu)（樁基）、上部結(jié)構(gòu)（梁、板、樁帽）和接岸結(jié)構(gòu)（引橋、護(hù)岸）三部分組成；樁基一般主要有鋼管樁、PHC樁、混凝土方樁、灌注樁等；上部結(jié)構(gòu)主要有梁板式結(jié)構(gòu)、墩式結(jié)構(gòu)、板式結(jié)構(gòu)；根據(jù)混凝土應(yīng)力情況，碼頭結(jié)構(gòu)亦可分為非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)[6]。因高樁碼頭地基較為軟弱，為避免過(guò)陡邊坡造成樁基損壞和碼頭位移，接岸結(jié)構(gòu)多半設(shè)置為斜坡式結(jié)構(gòu)。根據(jù)碼頭加固維修工程及檢測(cè)評(píng)估報(bào)告，總結(jié)寧波港現(xiàn)役碼頭病害主要包括混凝土表層缺陷、裂縫、混凝土碳化、氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕、構(gòu)件破壞等形式。

1.1 混凝土表層缺陷

混凝土表層缺陷主要有露筋、麻面、空洞、剝落等形式。造成混凝土老化、剝落的原因有多種，主要有施工因素和環(huán)境因素。由于受當(dāng)時(shí)耐久性設(shè)計(jì)理念所限，混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)保護(hù)層過(guò)薄，加上混凝土構(gòu)件長(zhǎng)期處于海水浪濺或是浸泡的氯鹽侵蝕環(huán)境中，最終導(dǎo)致混凝土因老化而露筋。麻面混凝土主要是指由于混凝土表面局部缺少混凝土漿、表面粗糙但無(wú)露筋的現(xiàn)象。麻面一般是由于施工時(shí)模板表面模板濕潤(rùn)不夠或是不光滑，構(gòu)件表面混凝土過(guò)干而引起的?；炷量斩慈毕菀话闶怯捎跇?gòu)件內(nèi)部鋼筋布置過(guò)密，施工時(shí)混凝土振搗不充分所致?；炷羷兟湟话闶怯捎诖暗韧饬ψ矒羲斐伞?/p>

1.2 裂縫

裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的破損形式之一，裂縫一般是由多種因素疊加所造成的。一般來(lái)說(shuō)，出現(xiàn)裂縫的主要原因有：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、施工技術(shù)不佳、后期養(yǎng)護(hù)不完善等。

1.3 混凝土碳化

碳化的實(shí)質(zhì)是混凝土的中性化，滲入的酸性氣體使混凝土的堿性降低，鋼筋表面鈍化膜破壞，在水分和其他有害介質(zhì)侵入的情況下，鋼筋就會(huì)發(fā)生銹蝕。碳化程度與碼頭使用的混凝土等級(jí)、自然環(huán)境以及施工質(zhì)量有關(guān)，碼頭的建成時(shí)間越長(zhǎng)，構(gòu)件碳化程度一般會(huì)越大。

1.4 氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕

氯離子對(duì)混凝土的侵蝕屬于化學(xué)范疇的侵蝕，隨著時(shí)間的推移，混凝土受海水中氯離子侵蝕，使得構(gòu)件內(nèi)鋼筋的鈍化膜被破壞形成腐蝕電池，加速了陽(yáng)級(jí)反應(yīng)的過(guò)程，最終使鋼筋的截面積減少，最后表現(xiàn)為混凝土內(nèi)部鋼筋的銹蝕，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件承載力降低。

1.5 結(jié)構(gòu)構(gòu)造的破壞

由于碼頭關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不合理、施工缺陷、局部構(gòu)件強(qiáng)度不足、實(shí)際使用荷載超設(shè)計(jì)荷載過(guò)大，隨著時(shí)間的推移，能夠引起結(jié)構(gòu)老化、變形等，從而影響碼頭結(jié)構(gòu)的安全使用。

2 常用的修補(bǔ)加固技術(shù)

根據(jù)寧波港域運(yùn)營(yíng)碼頭相關(guān)泊位病害情況，并結(jié)合水運(yùn)工程相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行歸納總結(jié)，寧波港域碼頭加固維修的主要方法主要有混凝土破損修補(bǔ)法、增大構(gòu)件截面加固法、碳纖維加固法以及外粘鋼板加固法等。

2.1 混凝士結(jié)構(gòu)破損修補(bǔ)方法

混凝土破損修補(bǔ)法主要有：裂縫封閉、灌漿、聚合物水泥砂漿斷面、立模澆筑混凝土斷面、立模澆筑混凝土斷面和水下構(gòu)件破損等。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)加大截面加固法

在高樁碼頭中，增大構(gòu)件截面加固法主要適用于碼頭的梁、板、樁等構(gòu)件。其優(yōu)點(diǎn)是加固效果好、適應(yīng)面廣；其缺點(diǎn)是施工相對(duì)復(fù)雜，施工工期較長(zhǎng)。特別要強(qiáng)調(diào)的是，在加固過(guò)程中模板的搭設(shè)、鋼筋的安置、新混凝土的澆筑及防護(hù)等工序均應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。

2.3 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是采用粘接劑，將鋼板粘貼在結(jié)構(gòu)物的受拉區(qū)域，使之與結(jié)構(gòu)物形成整體，通過(guò)鋼板與補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的共同作用，提升結(jié)構(gòu)的應(yīng)力狀態(tài)，提高承載能力，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)效果。粘貼鋼板加固海工混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)鋼板表面進(jìn)行防腐蝕處理。

2.4 粘貼碳纖維加固法

碳纖維加固法是指通過(guò)膠粘劑將碳纖維材料粘接在構(gòu)件表面，形成復(fù)合層，從而對(duì)構(gòu)件起到補(bǔ)強(qiáng)作用。

3 現(xiàn)行加固方法優(yōu)缺點(diǎn)及其選擇

加大截面加固法具有工藝簡(jiǎn)單、成熟、加固費(fèi)用較低，可用于大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動(dòng)區(qū)、水下區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是濕作業(yè)工作量大，占用作業(yè)空間較多，增加自重較大；粘貼鋼板加固具有施工操作安全、施工簡(jiǎn)便、作業(yè)空間較大、加固效果可靠、可有效地保護(hù)原構(gòu)件的混凝土不再產(chǎn)生破損等優(yōu)點(diǎn)，不適用于素混凝土構(gòu)件低于規(guī)范規(guī)定的最小配筋率的構(gòu)件加固；碳纖維材料加固混凝土施工方便、能適應(yīng)多種形狀的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)，具有不影響結(jié)構(gòu)尺寸、外觀、耐腐蝕等特點(diǎn)，不適用于素混凝土和低于規(guī)范規(guī)定的最小配筋率的構(gòu)件加固。由于港口水工建筑物的構(gòu)件常處于潮濕環(huán)境，因此用于粘貼碳纖維復(fù)合材料的膠粘劑通常要求具有濕固化性能，以防止加固失效?；谔祭w維材料的材料特性，其適合于承受拉應(yīng)力的作用，因此在對(duì)構(gòu)件進(jìn)行外貼碳纖維復(fù)合材料加固時(shí)，應(yīng)將碳纖維受力方式設(shè)計(jì)成僅受拉應(yīng)力作用。

4 結(jié)論

對(duì)寧波港域運(yùn)營(yíng)碼頭現(xiàn)役泊位常見(jiàn)的病害情況及常用的維修加固技術(shù)工藝技術(shù)進(jìn)行了調(diào)查研究，得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）寧波港現(xiàn)役碼頭主要破損形式為混凝土表層缺陷、裂縫、混凝土碳化、氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕、構(gòu)件破壞等。

（2）可以應(yīng)用于寧波港域碼頭加固維修的工藝方法有混凝土破損（裂縫封閉、灌漿、聚合物水泥砂漿斷面、立模澆筑混凝土斷面、立模澆筑混凝土斷面和水下構(gòu)件破損）修補(bǔ)法、加大截面加固法、外粘鋼板加固法以及粘貼碳纖維加固法等。

（3）加固改造的施工質(zhì)量是關(guān)鍵，應(yīng)該選擇有施工經(jīng)驗(yàn)的單位實(shí)施，并嚴(yán)格管理，保證施工質(zhì)量。在使用期間須加強(qiáng)對(duì)碼頭的維護(hù)和保養(yǎng)，采取有效的防腐蝕、阻斷氯離子滲透的措施，延長(zhǎng)碼頭的使用壽命。