在役高樁碼頭結構破損及維修加固技術研究

張 干 尹紀龍

（交通運輸部天津水運工程科學研究所 天津 300456 水工構造物檢測、診斷與加固技術交通行業重點實驗室 天津 300456）

1 寧波港碼頭結構病害情況特點

寧波的地質條件特性決定了碼頭結構一般采用高樁梁板結構或高樁墩臺結構。高樁碼頭主要由下部結構（樁基）、上部結構（梁、板、樁帽）和接岸結構（引橋、護岸）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；上部結構主要有梁板式結構、墩式結構、板式結構；根據混凝土應力情況，碼頭結構亦可分為非預應力結構和預應力結構[6]。因高樁碼頭地基較為軟弱，為避免過陡邊坡造成樁基損壞和碼頭位移，接岸結構多半設置為斜坡式結構。根據碼頭加固維修工程及檢測評估報告，總結寧波港現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境因素。由于受當時耐久性設計理念所限，混凝土構件設計保護層過薄，加上混凝土構件長期處于海水浪濺或是浸泡的氯鹽侵蝕環境中，最終導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、表面粗糙但無露筋的現象。麻面一般是由于施工時模板表面模板濕潤不夠或是不光滑，構件表面混凝土過干而引起的。混凝土空洞缺陷一般是由于構件內部鋼筋布置過密，施工時混凝土振搗不充分所致。混凝土剝落一般是由于船舶等外力撞擊所造成。

1.2 裂縫

裂縫是鋼筋混凝土結構中最常見的破損形式之一，裂縫一般是由多種因素疊加所造成的。一般來說，出現裂縫的主要原因有：結構設計不合理、施工技術不佳、后期養護不完善等。

1.3 混凝土碳化

碳化的實質是混凝土的中性化，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侵入的情況下，鋼筋就會發生銹蝕。碳化程度與碼頭使用的混凝土等級、自然環境以及施工質量有關，碼頭的建成時間越長，構件碳化程度一般會越大。

1.4 氯離子侵蝕和鋼筋銹蝕

氯離子對混凝土的侵蝕屬于化學范疇的侵蝕，隨著時間的推移，混凝土受海水中氯離子侵蝕，使得構件內鋼筋的鈍化膜被破壞形成腐蝕電池，加速了陽級反應的過程，最終使鋼筋的截面積減少，最后表現為混凝土內部鋼筋的銹蝕，導致混凝土構件承載力降低。

1.5 結構構造的破壞

由于碼頭關鍵部位結構的設計不合理、施工缺陷、局部構件強度不足、實際使用荷載超設計荷載過大，隨著時間的推移，能夠引起結構老化、變形等，從而影響碼頭結構的安全使用。

2 常用的修補加固技術

根據寧波港域運營碼頭相關泊位病害情況，并結合水運工程相關規范標準進行歸納總結，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法、增大構件截面加固法、碳纖維加固法以及外粘鋼板加固法等。

2.1 混凝士結構破損修補方法

混凝土破損修補法主要有：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件破損等。

2.2 混凝土結構加大截面加固法

在高樁碼頭中，增大構件截面加固法主要適用于碼頭的梁、板、樁等構件。其優點是加固效果好、適應面廣；其缺點是施工相對復雜，施工工期較長。特別要強調的是，在加固過程中模板的搭設、鋼筋的安置、新混凝土的澆筑及防護等工序均應符合現行行業標準的有關規定。

2.3 粘貼鋼板加固法

粘貼鋼板加固法是采用粘接劑，將鋼板粘貼在結構物的受拉區域，使之與結構物形成整體，通過鋼板與補強結構的共同作用，提升結構的應力狀態，提高承載能力，以達到補強效果。粘貼鋼板加固海工混凝土結構，應按國家現行有關標準對鋼板表面進行防腐蝕處理。

2.4 粘貼碳纖維加固法

碳纖維加固法是指通過膠粘劑將碳纖維材料粘接在構件表面，形成復合層，從而對構件起到補強作用。

3 現行加固方法優缺點及其選擇

加大截面加固法具有工藝簡單、成熟、加固費用較低，可用于大氣區、浪濺區、水位變動區、水下區等優點，其缺點是濕作業工作量大，占用作業空間較多，增加自重較大；粘貼鋼板加固具有施工操作安全、施工簡便、作業空間較大、加固效果可靠、可有效地保護原構件的混凝土不再產生破損等優點，不適用于素混凝土構件低于規范規定的最小配筋率的構件加固；碳纖維材料加固混凝土施工方便、能適應多種形狀的結構補強，具有不影響結構尺寸、外觀、耐腐蝕等特點，不適用于素混凝土和低于規范規定的最小配筋率的構件加固。由于港口水工建筑物的構件常處于潮濕環境，因此用于粘貼碳纖維復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。基于碳纖維材料的材料特性，其適合于承受拉應力的作用，因此在對構件進行外貼碳纖維復合材料加固時，應將碳纖維受力方式設計成僅受拉應力作用。

4 結論

對寧波港域運營碼頭現役泊位常見的病害情況及常用的維修加固技術工藝技術進行了調查研究，得到以下幾點結論：

（1）寧波港現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、構件破壞等。

（2）可以應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件破損）修補法、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）加固改造的施工質量是關鍵，應該選擇有施工經驗的單位實施，并嚴格管理，保證施工質量。在使用期間須加強對碼頭的維護和保養，采取有效的防腐蝕、阻斷氯離子滲透的措施，延長碼頭的使用壽命。