高樁碼頭損傷表現及現有檢測手段分析

錢 煒　何 燦

(1.海軍海防工程研究中心，北京　100841；2.海軍設計研究局，北京　100071)

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高樁碼頭損傷表現及現有檢測手段分析

錢 煒1何 燦2

(1.海軍海防工程研究中心，北京100841；2.海軍設計研究局，北京100071)

簡述了高樁碼頭的優點，從裂縫、鋼筋銹蝕、混凝土碳化、不均勻沉降等方面，分析了高樁碼頭的損傷表現形式及原因，并基于高樁碼頭結構現有的檢測手段，提出了碼頭檢測的發展方向。

高樁碼頭，鋼筋銹蝕，不均勻沉降，結構檢測

1　碼頭及高樁碼頭概況

碼頭是供艦船駐泊、物資裝卸以及保障艦船人員工作的水工建筑物，是港口后勤保障的重要承載平臺[1]。碼頭主要包括三種結構形式：重力式、板樁式和高樁式。其中，由于具有結構簡單、自重輕、材料用量少、波浪反射小以及適用于軟土地基等優點，高樁碼頭已經成為我國碼頭的重要結構形式之一，廣泛應用于不適宜采用重力式碼頭結構的軟土地基區域[2]。高樁碼頭一般是由上部的樁臺和底部的樁基組成。樁臺依靠樁基來支撐，碼頭所承受的動靜荷載通過樁臺傳遞給樁基，再由樁基將荷載導入地基。根據高樁碼頭上部結構的不同，可將其分為梁板式、墩式以及桁架式等不同類型，如圖1所示。

高樁碼頭在環境侵蝕和工況荷載的長期作用下，不可避免地會出現材料老化、樁基損傷以及結構性能下降等問題。碼頭工況荷載的長期作用會引起地基的不均勻沉降，進而會使碼頭上部結構出現滑移、傾斜以及樁基開裂等損傷；船舶靠岸時巨大的沖擊力會引起碼頭面板的水平位移，進而導致上部結構的失穩；海水中氯離子的侵蝕會引起鋼筋混凝土中混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕，這會導致碼頭面板開裂和樁基抗壓能力的下降，嚴重時甚至會引起整體結構的坍塌。通過對我國服役7年～25年的碼頭進行抽樣檢查，發現有損壞或者嚴重損壞的比例高達89%[3]。 2003年對南京港某碼頭進行檢測，發現該碼頭共有17個重要構件出現損傷[4]。2009年1月，廣東南江碼頭發生塌陷事故，一艘正在碼頭停靠的貨船被砸中，造成重大財產損失和人員傷亡。

2　高樁碼頭損傷表現形式及原因分析

高樁碼頭結構損傷除一小部分是由碼頭設計不規范或者由施工質量造成的之外，大部分是由于碼頭結構在服役期內，受到超負荷服役、海水氯離子侵蝕以及船只非正常撞擊等多方面不利影響造成的。有單位對十余座高樁碼頭結構服役狀況進行檢測，積累了大量的現場數據[5]，如表1所示。

表1　高樁碼頭結構檢測結果

從表1可以看出，高樁碼頭結構損傷的主要類型包括：裂縫、鋼筋銹蝕和混凝土碳化、地基不均勻沉降等。

2.1裂縫

裂縫是碼頭結構中最常見的病害之一，如圖2所示。超出設計規范的裂縫會嚴重影響碼頭結構的安全服役，特別是處在浪濺區的樁基結構，一旦出現裂縫，由于海水的滲透作用，高鹽度的海水就會滲入到鋼筋混凝土內部。此時，在水壓以及氯離子共同侵蝕的作用下，裂縫會擴大。過大的裂縫會造成混凝土局部強度的大幅度降低，從而影響碼頭結構的安全服役[6]。

2.2鋼筋銹蝕和混凝土碳化

高鹽度海水侵蝕引起的鋼筋銹蝕以及混凝土碳化會降低混凝土的耐久性[7]。這是因為：鋼筋發生銹蝕后會產生一種金屬氧化物，該氧化物會在鋼筋與混凝土之間形成一層疏松的隔離層，這樣就降低了兩者的粘結作用。鋼筋在發生銹蝕后，其變形肋將會退化，導致鋼筋與混凝土之間的粘結性能進一步惡化。同時，當鋼筋發生銹蝕時，其有效受力面積將會減小,導致其承載能力下降。另外，鋼筋銹蝕產物將會使鋼筋體積變大，當膨脹到一定范圍時會引起混凝土的開裂，進一步破壞混凝土與鋼筋的結合力[8-10]。因此，鋼筋銹蝕和混凝土碳化是影響高樁碼頭結構安全服役的重要因素。碼頭結構鋼筋銹蝕和混凝土碳化表現形式見圖3。

2.3不均勻沉降

導致地基不均勻沉降主要有三個原因[11]：1)當碼頭結構長期承受不均勻荷載時，由于受力不均，導致碼頭結構發生不均勻沉降。2)在對碼頭進行擴建、改造等施工時，可能會改變碼頭結構受力情況，從而導致地基的不均勻沉降。3)水下岸坡沖淤演變也可能導致地基不均勻沉降。一方面在淤積土層重力的作用下，地基土會產生較大的沉降；另一方面循環的沖刷會減小高樁地基的持力層厚度，從而產生較大的不均勻沉降。碼頭結構沉降表現形式見圖4。

3　高樁碼頭結構現有檢測手段

為了及時掌握碼頭結構的服役狀況，需對碼頭結構進行檢測。結構檢測技術是以現行規范為依據、以實驗為技術手段，測量能反映結構整體和構件工作狀態的參數，判斷結構的服役狀況和剩余壽命[12]。碼頭結構現有檢測方法主要是間斷性的定期檢測，采用現場巡查和重點檢測相結合的手段。在全面普查的基礎上，通過分析與評估，選出可能損壞的構件進行重點檢測。重點檢測內容以及具體檢測方法如表2所示。

表2　碼頭結構檢測內容與檢測方法

檢測內容檢測方法整體沉降、位移、傾斜檢測利用全站儀和水準儀現場測量岸坡土體變形檢測利用測斜儀、孔隙壓力儀現場測量結構裂縫利用裂縫測深儀、測寬儀現場測量混凝土表面強度利用回彈儀現場測量鋼筋保護層厚度利用鋼筋保護層測定儀現場測量氯離子濃度取樣實驗室內檢測混凝土碳化深度取樣實驗室內檢測構件結合部形變現場巡查基礎與樁基位移水下探測(見圖5)

4　總結與展望

現有碼頭檢測方法存在諸多局限：1)需要較為有經驗的檢測人員以及專業的儀器設備；2)檢測取樣較多時，工作量大，取樣較少時，檢測結果不準確；3)受環境影響大，惡劣天氣下檢測工作無法進行；4)某些部分不方便測量，如水下樁基部分；5)不能實時采集、實時顯示相關數據，無法實時評估碼頭結構的服役狀況；6)無法連續監測結構服役全過程的受力與損傷演化。

為了保證軍港高樁碼頭的可用性、安全性及耐久性，采用更為有效技術手段監測其服役狀況非常必要。結構安全監測技術可以引入碼頭檢測領域以實現高樁碼頭實時、在線監測。

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On damages at long piled wharf and current testing methods

Qian Wei1He Can2

(1.Naval Coast Engineering Research Center, Beijing 100841, China;2.Naval Design and Research Bureau, Beijing 100071, China)

The paper indicates the advantages of the long piled wharf, analyzes the damages and reasons of the long piled wharf from the cracks, reinforcement corrosion, concrete carbonization, and uneven settlement, and points out the development of wharf test based on the testing measures of the long piled wharf.

long piled wharf, reinforcement corrosion, uneven settlement, structural test

1009-6825(2016)25-0043-02

2016-06-24

錢煒(1979- )，男，工程師；何燦(1988- )，男，工程師

U656.113

A