廣西內(nèi)河高樁碼頭病害分析

唐巾評

摘要：文章針對廣西內(nèi)河高樁碼頭運營過程中的病害問題進行研究，采用現(xiàn)場調(diào)查方法，得出廣西內(nèi)河高樁碼頭主要病害有裂縫、不均勻沉降、鋼筋銹蝕、構(gòu)件破損、樁基淘蝕等類型，并分析了各類型病害的成因與危害，提出了相應(yīng)的病害防治措施。研究成果可為高樁碼頭的設(shè)計、施工與運營提供參考。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭;病害;成因;防治措施

0 引言

碼頭在臨水環(huán)境中長時間運行，在船舶撞擊等水平荷載和碼頭面機械輪壓、堆貨等豎向荷載共同作用下，會產(chǎn)生各種病害。隨著廣西內(nèi)河航道等級的提高，水路運輸繁忙，碼頭病害問題也日漸顯著。國內(nèi)有學者對高樁碼頭病害進行研究，但大多針對某一種病害，分析其成因[1]、危害，提出防治措施[2]、監(jiān)測方法[3]，而未對廣西內(nèi)河高樁碼頭病害進行系統(tǒng)地分析、研究。依托《廣西碼頭工程結(jié)構(gòu)安全監(jiān)控模式研究》課題，本文對廣西內(nèi)河的貴港港、梧州港、南寧港、柳州港的碼頭進行了病害調(diào)研分析。

1 廣西內(nèi)河碼頭概述

廣西內(nèi)河碼頭以高樁結(jié)構(gòu)型式為主，高樁碼頭占廣西內(nèi)河碼頭一半以上。本次調(diào)研的高樁碼頭泊位共62個，發(fā)現(xiàn)病害的泊位達40個，病害發(fā)生率為65%。廣西內(nèi)河港高樁碼頭結(jié)構(gòu)病害按病害發(fā)生的普遍程度從高到低排序為：裂縫、不均勻沉降、鋼筋銹蝕、構(gòu)件破損、樁基淘蝕。各類型病害發(fā)生率統(tǒng)計見圖1。

2 廣西內(nèi)河碼頭病害成因及危害分析

2.1 裂縫

2.1.1 裂縫產(chǎn)生部位及原因

裂縫是高樁碼頭最普遍的病害，貫穿碼頭的生命周期。無論是剛投產(chǎn)運營還是運營一定時間的碼頭，均發(fā)現(xiàn)裂縫。裂縫產(chǎn)生部位主要有：（1）碼頭頂面面層，尤其是系船柱、排氣孔附近;（2）碼頭面板、橫梁、縱梁底部及立柱;（3）接岸擋土墻頂面和墻身。其中，碼頭頂面面層、擋土墻裂縫較為普遍。

裂縫產(chǎn)生的原因可分為施工原因和運營管理原因。部分剛投產(chǎn)運營碼頭的面層就已有裂縫，主要是由于施工過程中的水灰比不合理，混凝土養(yǎng)護不到位，溫度應(yīng)力、混凝土收縮變形等引起。而另外一部分碼頭在運營一段時間后，面層、橫梁、縱梁或立柱才出現(xiàn)裂縫，主要原因有：碼頭超荷載使用，構(gòu)件整體抗裂能力不足，導致裂縫產(chǎn)生;系船柱等附屬設(shè)施的預留孔洞、碼頭面排氣孔等周圍應(yīng)力集中，導致裂縫產(chǎn)生。廣西區(qū)內(nèi)高樁碼頭接岸擋土墻大多采用漿砌石結(jié)構(gòu)，而擋土墻裂縫產(chǎn)生的主要原因是地基產(chǎn)生不均勻沉降，導致結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉應(yīng)力過大。

2.1.2 裂縫對碼頭的影響分析

表層、淺層裂縫，對碼頭結(jié)構(gòu)安全性、適用性幾乎不產(chǎn)生影響，但隨著時間推移，裂縫發(fā)展為深層、貫穿裂縫時，將會對碼頭構(gòu)成威脅。

（1）安全性。高樁碼頭梁、板、柱在水中或臨水環(huán)境中工作，濕度大，混凝土深度開裂后，鋼筋銹蝕速度較一般環(huán)境快，而鋼筋銹蝕將導致構(gòu)件的抗彎、抗拉、抗剪承載力降低。擋土墻貫穿裂縫將使擋土墻整體穩(wěn)定性降低。

（2）適用性。碼頭混凝土面層因開裂變得粗糙，運輸機械在上面行駛將造成車輪磨損。

（3）耐久性。在梁、板、柱等配筋構(gòu)件上，裂縫的產(chǎn)生會加快CO2、O2等物質(zhì)侵入混凝土的速度，加速混凝土碳化和混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，降低耐久性。

2.2 不均勻沉降

2.2.1 不均勻沉降產(chǎn)生部位及原因

高樁碼頭不均勻沉降病害主要表現(xiàn)為：（1）碼頭水工作業(yè)平臺與后方堆場之間存在高差;（2）堆場局部下陷，堆場表面坑洼積水;（3）接岸擋土墻因不均勻沉降出現(xiàn)裂縫貫穿墻體。

廣西內(nèi)河高樁碼頭不均勻沉降主要是由于水位、水流變化及碼頭超載運營等原因造成：（1）廣西洪水期水流流速遠大于碼頭正常運營的流速，高流速水流引起高樁碼頭岸坡沖淤變化，導致碼頭發(fā)生不均勻沉降;（2）庫區(qū)水位調(diào)節(jié)，水位驟升或驟降引起高樁碼頭岸坡土體剩余水壓力變化，岸坡變形導致碼頭發(fā)生不均勻沉降;（3）碼頭超載使用，堆場局部荷載過大造成不均勻沉降。

2.2.2 不均勻沉降對碼頭的影響分析

輕微的不均勻沉降會引起碼頭構(gòu)件開裂，嚴重時會引起碼頭傾斜。

（1）安全性。不均勻沉降導致碼頭梁、板、柱等承重構(gòu)件開裂，進而加速鋼筋銹蝕，造成構(gòu)件承載力降低;嚴重時還會導致碼頭局部或整體傾斜，影響碼頭整體穩(wěn)定性。

（2）適用性。不均勻沉降造成起重機械前后軌道不在同一水平面上，導致起重機產(chǎn)生傾斜，影響使用;碼頭局部或整體傾斜也影響碼頭使用。

（3）耐久性。碼頭不均勻沉降會引起碼頭橫梁、縱梁、面板等開裂，導致鋼筋銹蝕，耐久性降低。

2.3 鋼筋銹蝕

2.3.1 鋼筋銹蝕產(chǎn)生部位及原因

高樁碼頭在臨水的潮濕環(huán)境中工作，混凝土構(gòu)件的保護層被破壞則極易引起鋼筋銹蝕。病害主要部位有位于水位變動區(qū)的橫梁、縱梁底部和立柱。病害產(chǎn)生的主要原因有：（1）混凝土存在蜂窩、麻面、孔洞等缺陷，有效保護層厚度不足，誘發(fā)鋼筋銹蝕;（2）構(gòu)件開裂，混凝土保護層被破壞，鋼筋暴露于空氣中發(fā)生銹蝕;（3）船舶、車輛等機械撞擊，導致梁、護輪坎等構(gòu)件保護層被破壞，鋼筋暴露于空氣中而銹蝕。

2.3.2 鋼筋銹蝕對碼頭的影響分析

鋼筋銹蝕對高樁碼頭的影響主要有：

（1）安全性。鋼筋銹蝕后，橫梁、縱梁等構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力以及立柱的抗彎承載力降低，威脅碼頭安全。

（2）適用性。梁、板、柱等受力構(gòu)件因鋼筋銹蝕承載力降低而發(fā)生變形、損壞，影響碼頭使用。

（3）耐久性。鋼筋銹蝕后，銹蝕產(chǎn)物體積增大擠壓周圍混凝土，加速混凝土開裂和破壞，導致碼頭耐久性降低。

2.4 構(gòu)件破損

2.4.1 構(gòu)件破損產(chǎn)生部位及原因

構(gòu)件破損病害主要部位為碼頭前沿面板、護輪坎、梁、柱。病害產(chǎn)生的主要原因有：（1）施工控制不當，混凝土結(jié)構(gòu)存在質(zhì)量缺陷，碼頭運營過程中混凝土碳化剝落，構(gòu)件破損;（2）鋼筋銹蝕，混凝土脹裂沒有得到及時修復，裂縫開展致使混凝土進一步被破壞，構(gòu)件破損;（3）機械刮擦、船舶撞擊導致構(gòu)件破損。

2.4.2 構(gòu)件破損對碼頭的影響分析

構(gòu)件破損對高樁碼頭的影響因部位及程度而異。

（1）安全性。梁、板、柱等承重構(gòu)件輕度破損，混凝土有效保護層厚度減小，甚至被破壞，構(gòu)件鋼筋銹蝕，承載力降低;構(gòu)件重度破損，構(gòu)件的整體承載能力降低，威脅碼頭安全。

（2）適用性。梁、板、柱等承重構(gòu)件發(fā)生破損后，引發(fā)鋼筋銹蝕、混凝土開裂等，影響使用;護輪坎等非承重構(gòu)件破損，則使碼頭缺少防護，影響碼頭使用。

（3）耐久性。構(gòu)件破損，混凝土有效保護層減小、甚至被破壞，加速鋼筋銹蝕，銹蝕產(chǎn)物引起混凝土脹裂破壞，耐久性降低。

2.5 樁基淘蝕

2.5.1 樁基淘蝕產(chǎn)生部位及原因

廣西內(nèi)河高樁碼頭樁基淘蝕主要表現(xiàn)為樁基在水流沖刷作用下，導致其表面混凝土發(fā)生沖蝕、脫落。病害產(chǎn)生的主要原因有：施工缺陷，樁基混凝土質(zhì)量差，存在蜂窩、麻面、孔洞等缺陷，在水流淘刷下，保護層混凝土脫落，鋼筋外露發(fā)生銹蝕。鋼筋銹蝕后，混凝土脹裂，破碎、脫落，進一步加速樁基損壞。

2.5.2 樁基淘蝕對碼頭的影響分析

樁基淘蝕對高樁碼頭的影響有：

（1）安全性。樁基被水流淘刷、侵蝕，鋼筋銹蝕、樁截面面積局部變小，影響樁基的承載能力，威脅碼頭安全。

（2）適用性。樁基發(fā)生淘蝕后承載能力降低，可能導致碼頭發(fā)生變形，影響碼頭的使用。

（3）耐久性。樁基淘蝕后表層混凝土逐漸脫落，鋼筋暴露在空氣中而產(chǎn)生銹蝕，耐久性降低。

3 病害防治措施建議

總體而言，廣西內(nèi)河高樁碼頭病害的產(chǎn)生有設(shè)計、施工、運營等方面的原因。本文針對每一種病害，從設(shè)計、施工與運營等方面提出防治措施建議。

3.1 裂縫病害防治

（1）設(shè)計、施工階段

對于縱橫梁、面板、立柱等構(gòu)件，在施工期嚴格控制原材料質(zhì)量，控制好配合比和水膠比，降低大體積混凝土內(nèi)外溫差，減小溫度裂縫，加強混凝土養(yǎng)護。同時做好成品保護，避免施工船舶、機械等對預制構(gòu)件和現(xiàn)澆構(gòu)件的撞擊。

對于碼頭面層，可采取在混凝土中摻加聚丙烯纖維等措施，增強縱向抗拉能力，減少裂縫產(chǎn)生。面層混凝土澆筑完畢后，可采用土工布覆蓋與噴淋系統(tǒng)結(jié)合的方法確保養(yǎng)護濕度。

（2）運營階段

加強調(diào)度，避免船舶直接撞擊碼頭結(jié)構(gòu)、機械刮擦碼頭構(gòu)件事件發(fā)生;加強碼頭管理，嚴禁碼頭超載使用;定期對碼頭進行觀測。碼頭運營單位可自行對碼頭進行定期觀測，記錄裂縫位置、寬度、發(fā)展程度等信息。觀測周期為每月1次。發(fā)現(xiàn)裂縫開展速度快或?qū)挾冗^大時，及時采取修補措施，如采取表面封閉法、聚合物材料修復法、灌漿法、表面涂層法等方法對裂縫進行修補。

3.2 不均勻沉降病害防治

（1）設(shè)計、施工階段

碼頭設(shè)計階段應(yīng)充分勘察，合理選址，避開地下溶洞等不利于高樁碼頭建設(shè)的地質(zhì);選擇合適樁型，科學設(shè)計樁基尺度及入土深度等;盡量設(shè)計將碼頭基樁打入同一持力層，并打入硬土層。施工階段，采用有利于邊坡穩(wěn)定的施工程序與方法進行施工，按規(guī)定的時間間隔進行拋石及回填，確保岸坡穩(wěn)定。

（2）運營階段

加強碼頭管理，嚴禁碼頭超載使用;定期對碼頭進行變形監(jiān)測。布設(shè)沉降位移監(jiān)測網(wǎng)，利用全站儀、水準儀定期對碼頭進行觀測，及時掌握碼頭沉降、位移狀況。監(jiān)測內(nèi)容包括碼頭水平位移、垂直位移、傾斜等，建議第一年每一季度觀測1次，第二年每半年觀測1次，第三年后每年觀測1次，如遇特殊情況應(yīng)加密監(jiān)測周期。

3.3 鋼筋銹蝕病害防治

3.3.1 設(shè)計、施工階段

總體而言，鋼筋銹蝕主要是由于混凝土保護層保護不足引起。在設(shè)計階段應(yīng)做到以下兩點：（1）研發(fā)高性能混凝土材料，提高混凝土耐久性，以保護鋼筋;（2）合理設(shè)計混凝土鋼筋保護層厚度。在施工階段，應(yīng)嚴格控制施工質(zhì)量，提高混凝土澆筑均勻性、密實性，避免出現(xiàn)蜂窩、麻面等缺陷，以保護鋼筋。

3.3.2 運營階段

加強碼頭調(diào)度管理，避免船舶撞擊、機械刮擦等造成混凝土保護層破壞的事件發(fā)生。定期對碼頭進行外觀檢查，尤其是承重構(gòu)件，如發(fā)現(xiàn)保護層破壞，應(yīng)及時采取修補措施，保護鋼筋。檢查周期為每月1次。

3.4 構(gòu)件破損病害防治

3.4.1 設(shè)計、施工階段

合理設(shè)計、建設(shè)碼頭防護設(shè)施，避免船舶、流動機械直接撞擊碼頭構(gòu)件。在施工期注意以下兩方面：（1）需要加強混凝土質(zhì)量控制，減少因混凝土自身不足而從內(nèi)部引起構(gòu)件破壞的情況發(fā)生;（2）加強施工管理，避免施工船舶及機械撞擊預制或澆筑好的梁、板、柱等構(gòu)件。

3.4.2 運營階段

加強管理，避免船舶、流動機械直接撞擊碼頭構(gòu)件。如仍不可避免地發(fā)生了撞擊破壞事件，應(yīng)及時進行可靠性評估，采取修補措施。定期對碼頭進行檢查、觀測，并記錄每一次觀測結(jié)果，建議每月觀測1次。

3.5 樁基淘蝕病害防治

3.5.1 設(shè)計、施工階段

設(shè)計階段應(yīng)進行合理選址，避開水流流態(tài)復雜區(qū)域。廣西內(nèi)河高樁碼頭大多采用灌注樁，施工階段，應(yīng)加強水下混凝土原材料、拌和物、水灰比，以及灌注工藝的控制，確保樁基混凝土質(zhì)量達到設(shè)計要求。施工完成后，應(yīng)及時對樁基完整性、承載力進行檢測。如未能達到設(shè)計要求，應(yīng)及時聯(lián)系設(shè)計方，共同采取補救措施。

3.5.2 運營階段

定期對樁基進行檢查、觀測，并記錄樁基狀況。如水位條件允許，建議每個季度觀測1次。如發(fā)現(xiàn)樁基混凝土出現(xiàn)鋼筋銹蝕、脹裂、脫落等病害，應(yīng)及時對樁基裂縫進行封閉處理，對混凝土進行修復。

4 結(jié)語

廣西內(nèi)河高樁碼頭病害主要有梁、板、柱、擋土墻等結(jié)構(gòu)及構(gòu)件裂縫，碼頭不均勻沉降，梁、板、柱等構(gòu)件鋼筋銹蝕，梁、板、護輪坎等構(gòu)件破損，以及樁基淘蝕。其中，裂縫病害最為普遍，尤其是面層裂縫和擋土墻裂縫。

不同病害類型的產(chǎn)生原因也有所不同。在碼頭設(shè)計、施工階段，應(yīng)加強設(shè)計、施工質(zhì)量控制。運營階段，應(yīng)加強管理與監(jiān)控。針對裂縫、鋼筋銹蝕、構(gòu)件破損、樁基淘蝕等易觀察到的病害，建議運營方定期自行觀測，并做好記錄。針對碼頭變形等不易觀察的病害，建議委托相關(guān)單位采用專門儀器進行定期監(jiān)測。

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