高樁碼頭損傷表現(xiàn)及現(xiàn)有檢測(cè)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(shè)計(jì)研究局，北京　100071)

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高樁碼頭損傷表現(xiàn)及現(xiàn)有檢測(cè)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(shè)計(jì)研究局，北京100071)

簡(jiǎn)述了高樁碼頭的優(yōu)點(diǎn)，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(xiàn)形式及原因，并基于高樁碼頭結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的檢測(cè)手段，提出了碼頭檢測(cè)的發(fā)展方向。

高樁碼頭，鋼筋銹蝕，不均勻沉降，結(jié)構(gòu)檢測(cè)

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(tái)[1]。碼頭主要包括三種結(jié)構(gòu)形式：重力式、板樁式和高樁式。其中，由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(yōu)點(diǎn)，高樁碼頭已經(jīng)成為我國(guó)碼頭的重要結(jié)構(gòu)形式之一，廣泛應(yīng)用于不適宜采用重力式碼頭結(jié)構(gòu)的軟土地基區(qū)域[2]。高樁碼頭一般是由上部的樁臺(tái)和底部的樁基組成。樁臺(tái)依靠樁基來(lái)支撐，碼頭所承受的動(dòng)靜荷載通過(guò)樁臺(tái)傳遞給樁基，再由樁基將荷載導(dǎo)入地基。根據(jù)高樁碼頭上部結(jié)構(gòu)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(huán)境侵蝕和工況荷載的長(zhǎng)期作用下，不可避免地會(huì)出現(xiàn)材料老化、樁基損傷以及結(jié)構(gòu)性能下降等問(wèn)題。碼頭工況荷載的長(zhǎng)期作用會(huì)引起地基的不均勻沉降，進(jìn)而會(huì)使碼頭上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移、傾斜以及樁基開(kāi)裂等損傷；船舶靠岸時(shí)巨大的沖擊力會(huì)引起碼頭面板的水平位移，進(jìn)而導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)；海水中氯離子的侵蝕會(huì)引起鋼筋混凝土中混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕，這會(huì)導(dǎo)致碼頭面板開(kāi)裂和樁基抗壓能力的下降，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹫w結(jié)構(gòu)的坍塌。通過(guò)對(duì)我國(guó)服役7年～25年的碼頭進(jìn)行抽樣檢查，發(fā)現(xiàn)有損壞或者嚴(yán)重?fù)p壞的比例高達(dá)89%[3]。 2003年對(duì)南京港某碼頭進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)該碼頭共有17個(gè)重要構(gòu)件出現(xiàn)損傷[4]。2009年1月，廣東南江碼頭發(fā)生塌陷事故，一艘正在碼頭停靠的貨船被砸中，造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

2　高樁碼頭損傷表現(xiàn)形式及原因分析

高樁碼頭結(jié)構(gòu)損傷除一小部分是由碼頭設(shè)計(jì)不規(guī)范或者由施工質(zhì)量造成的之外，大部分是由于碼頭結(jié)構(gòu)在服役期內(nèi)，受到超負(fù)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(duì)十余座高樁碼頭結(jié)構(gòu)服役狀況進(jìn)行檢測(cè)，積累了大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)[5]，如表1所示。

表1　高樁碼頭結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果

從表1可以看出，高樁碼頭結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中最常見(jiàn)的病害之一，如圖2所示。超出設(shè)計(jì)規(guī)范的裂縫會(huì)嚴(yán)重影響碼頭結(jié)構(gòu)的安全服役，特別是處在浪濺區(qū)的樁基結(jié)構(gòu)，一旦出現(xiàn)裂縫，由于海水的滲透作用，高鹽度的海水就會(huì)滲入到鋼筋混凝土內(nèi)部。此時(shí)，在水壓以及氯離子共同侵蝕的作用下，裂縫會(huì)擴(kuò)大。過(guò)大的裂縫會(huì)造成混凝土局部強(qiáng)度的大幅度降低，從而影響碼頭結(jié)構(gòu)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(huì)降低混凝土的耐久性[7]。這是因?yàn)椋轰摻畎l(fā)生銹蝕后會(huì)產(chǎn)生一種金屬氧化物，該氧化物會(huì)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(jié)作用。鋼筋在發(fā)生銹蝕后，其變形肋將會(huì)退化，導(dǎo)致鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)性能進(jìn)一步惡化。同時(shí)，當(dāng)鋼筋發(fā)生銹蝕時(shí)，其有效受力面積將會(huì)減小,導(dǎo)致其承載能力下降。另外，鋼筋銹蝕產(chǎn)物將會(huì)使鋼筋體積變大，當(dāng)膨脹到一定范圍時(shí)會(huì)引起混凝土的開(kāi)裂，進(jìn)一步破壞混凝土與鋼筋的結(jié)合力[8-10]。因此，鋼筋銹蝕和混凝土碳化是影響高樁碼頭結(jié)構(gòu)安全服役的重要因素。碼頭結(jié)構(gòu)鋼筋銹蝕和混凝土碳化表現(xiàn)形式見(jiàn)圖3。

2.3不均勻沉降

導(dǎo)致地基不均勻沉降主要有三個(gè)原因[11]：1)當(dāng)碼頭結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期承受不均勻荷載時(shí)，由于受力不均，導(dǎo)致碼頭結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降。2)在對(duì)碼頭進(jìn)行擴(kuò)建、改造等施工時(shí)，可能會(huì)改變碼頭結(jié)構(gòu)受力情況，從而導(dǎo)致地基的不均勻沉降。3)水下岸坡沖淤演變也可能導(dǎo)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?xí)a(chǎn)生較大的沉降；另一方面循環(huán)的沖刷會(huì)減小高樁地基的持力層厚度，從而產(chǎn)生較大的不均勻沉降。碼頭結(jié)構(gòu)沉降表現(xiàn)形式見(jiàn)圖4。

3　高樁碼頭結(jié)構(gòu)現(xiàn)有檢測(cè)手段

為了及時(shí)掌握碼頭結(jié)構(gòu)的服役狀況，需對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)構(gòu)檢測(cè)技術(shù)是以現(xiàn)行規(guī)范為依據(jù)、以實(shí)驗(yàn)為技術(shù)手段，測(cè)量能反映結(jié)構(gòu)整體和構(gòu)件工作狀態(tài)的參數(shù)，判斷結(jié)構(gòu)的服役狀況和剩余壽命[12]。碼頭結(jié)構(gòu)現(xiàn)有檢測(cè)方法主要是間斷性的定期檢測(cè)，采用現(xiàn)場(chǎng)巡查和重點(diǎn)檢測(cè)相結(jié)合的手段。在全面普查的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析與評(píng)估，選出可能損壞的構(gòu)件進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。重點(diǎn)檢測(cè)內(nèi)容以及具體檢測(cè)方法如表2所示。

表2　碼頭結(jié)構(gòu)檢測(cè)內(nèi)容與檢測(cè)方法

檢測(cè)內(nèi)容檢測(cè)方法整體沉降、位移、傾斜檢測(cè)利用全站儀和水準(zhǔn)儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量岸坡土體變形檢測(cè)利用測(cè)斜儀、孔隙壓力儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量結(jié)構(gòu)裂縫利用裂縫測(cè)深儀、測(cè)寬儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量混凝土表面強(qiáng)度利用回彈儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量鋼筋保護(hù)層厚度利用鋼筋保護(hù)層測(cè)定儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量氯離子濃度取樣實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)混凝土碳化深度取樣實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢測(cè)構(gòu)件結(jié)合部形變現(xiàn)場(chǎng)巡查基礎(chǔ)與樁基位移水下探測(cè)(見(jiàn)圖5)

4　總結(jié)與展望

現(xiàn)有碼頭檢測(cè)方法存在諸多局限：1)需要較為有經(jīng)驗(yàn)的檢測(cè)人員以及專業(yè)的儀器設(shè)備；2)檢測(cè)取樣較多時(shí)，工作量大，取樣較少時(shí)，檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確；3)受環(huán)境影響大，惡劣天氣下檢測(cè)工作無(wú)法進(jìn)行；4)某些部分不方便測(cè)量，如水下樁基部分；5)不能實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)顯示相關(guān)數(shù)據(jù)，無(wú)法實(shí)時(shí)評(píng)估碼頭結(jié)構(gòu)的服役狀況；6)無(wú)法連續(xù)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)服役全過(guò)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(shù)手段監(jiān)測(cè)其服役狀況非常必要。結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)技術(shù)可以引入碼頭檢測(cè)領(lǐng)域以實(shí)現(xiàn)高樁碼頭實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)。

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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