舟山地區某老交通碼頭受臺風影響損傷后檢測評估實例分析及引起的思考

劉 佳

（上海港灣工程質量檢測有限公司，上海 201315）

0 引言

2019 年受臺風“米娜”影響，舟山地區某島一老交通碼頭面板損壞、垮塌。為深入了解碼頭結構實際受損情況，并為其后續修復、加固或報廢提供相關依據，受碼頭管理方的委托，依據 JTS 304－2019《水運工程水工建筑物檢測與評估技術規范》（以下簡稱《檢測評估規范》）［1］、《港口碼頭結構安全性檢測與評估指南》（以下簡稱《指南》）［2］等相關規范對該碼頭進行檢測并對其安全性、適用性、耐久性進行評估。

1 碼頭結構簡況

碼頭結構情況簡述如下：碼頭建成于1995年，為 1 座 300 t 級客貨運碼頭，由高平臺和低平臺組成，其中高平臺尺寸為 28.7 m×5.5 m，碼頭頂面高程+5.50 m；低平臺尺寸為 28.6 m×6.5 m，碼頭頂面高程+3.5 m，高平臺和低平臺整體連接。碼頭平臺均采用高樁梁板式結構，共計 1 個分段。樁基選用 Φ800 mm 嵌巖灌注樁；高平臺上部結構采用下橫梁、X 撐、聯系梁、立柱、上橫梁、預制面板，通過現澆面層連成整體；低平臺上部結構采用下橫梁、X 撐、聯系梁、立柱、上橫梁、踏步梁、現澆面板、靠船板，通過現澆面層連成整體。碼頭現場情況如圖 1 所示。

圖1 碼頭現場照片

2 檢測評估內容

經過現場踏勘，根據碼頭實際情況確定檢測內容如下：①碼頭外觀質量檢查：構件表面破損、露筋、蜂窩、空洞、裂縫檢查，各構件結合部位完好程度檢查；②碼頭結構沉降、位移測量；③鋼筋混凝土各項性能參數檢測：混凝土強度、鋼筋保護層厚度、碳化深度、鋼筋腐蝕電位、氯離子含量；④地基及基礎檢測：基樁樁身完整性；⑤接岸結構及岸坡外觀檢查；⑥?？看胺雷o設施外觀檢查；⑦碼頭結構安全性、適用性、耐久性評估。

3 檢測評估結果

經現場認真檢測、檢查并根據碼頭實際情況進行分析、驗算，得出檢測評估結果如下所述。

3.1 構件外觀檢查

碼頭高平臺預制面板、上橫梁、立柱、X 撐、聯系梁受氯鹽侵蝕嚴重，均產生典型的氯鹽引起的外觀質量缺陷（見圖 2），如：①預制面板底部混凝土大面積剝落、鋼筋銹蝕嚴重，剩余截面較少，部分區域鋼筋銹斷，呈素混凝土狀態，部分預制面板受臺風影響發生垮塌；②上橫梁、立柱、X 撐、聯系梁、下橫梁均產生主筋順筋裂縫，裂縫處存在銹跡，上橫梁裂縫較多、較嚴重，X 撐、聯系梁較少。

3.2 碼頭結構沉降位移

碼頭建設年代較早，建設時期及運營時期均未埋設沉降位移觀測點，無法量化檢測碼頭沉降位移情況。通過對碼頭接岸處外觀情況，可判定碼頭未產生明顯不均勻沉降位移。

3.3 鋼筋混凝土各項性能參數

碼頭各類混凝土構件強度、鋼筋保護層厚度均滿足設計要求；碳化深度在 5.0 mm 范圍內；預制面板、部分上橫梁、立柱、X 撐、聯系梁的鋼筋銹蝕電位負向大于-350 mV，銹蝕概率大于 90 %，其余各類構件的鋼筋腐蝕電位在-350～-200 mV 之間，腐蝕概率為 50 %；混凝土構件鋼筋處的氯離子含量均大于鋼筋發生腐蝕的氯離子含量臨界值，結果如表 1 所示。

表1 不同區域構件氯離子含量 %

3.4 基樁檢測

碼頭基樁完整性采用既有結構下低應變法檢測技術，本次共檢測 9 根灌注樁，未發現 III 類、IV類樁，基樁完整性整體情況良好。

3.5 接岸結構與岸坡外觀

根據現場檢查，接岸結構混凝土構件未發現表面破損、露筋、裂縫等外觀缺陷，基礎未見明顯沖刷和掏空情況；岸壁后方岸坡局部存在塌陷情況。

3.6 ?？看胺雷o設施外觀

碼頭平臺前沿橡膠護舷缺失；部分護欄缺失或松動；局部護輪坎破損；系船柱普遍銹蝕。

圖2 構件典型外觀缺陷

表2 主筋腐蝕截面面積損失率及強度設計值

3.7 安全性驗算

3.7.1 腐蝕后鋼筋截面面積及強度設計值

該工程預制面板、上橫梁、立柱鋼筋截面損失率分別為 83.6 %、33.0 %、18.2 %，均大于 10 %，腐蝕后鋼筋強度設計值通過實驗確定為 224、230、299 MPa，結果如表 2 所示，鋼筋力學性能試驗曲線如圖 3～5 所示。其他構件截面損失率小于 5 %，腐蝕較均勻，腐蝕后鋼筋強度設計值按原鋼筋強度設計值取用。

3.7.2 腐蝕后鋼筋強度利用系數

圖3 預制面板鋼筋實測曲線

圖4 上橫梁鋼筋實測曲線

腐蝕后配筋指標計算公式如式（1）所示。

式中：q0為腐蝕后配筋指標；Asc為腐蝕后鋼筋截面面積，mm2；fyc為腐蝕后鋼筋強度設計值，MPa；fc為混凝土原軸心抗壓強度設計值，MPa；b 為腐蝕后構件截面寬度；h0為腐蝕后構件截面高度。

配筋指標計算結果如表 3 所示。腐蝕后配筋指標不大于 0.246 時，腐蝕后強度利用系數取 1.0；立柱為受壓構件，鋼筋腐蝕后強度利用系數取 1.0。

3.7.3 腐蝕后鋼筋抗力計算

根據現場檢測結果，碼頭預制面板、上橫梁、立柱鋼筋產生腐蝕，根據《檢測評估規范》規定，腐蝕后的鋼筋抗力如式（2）所示。

式中：Pyc為腐蝕鋼筋的抗力，kN；αs為腐蝕后鋼筋強度利用系數；fyc為腐蝕后鋼筋強度設計值，MPa；Asc為腐蝕后鋼筋截面面積，mm2。

圖5 立柱鋼筋實測曲線

表3 預制面板、上橫梁配筋指標

表4 腐蝕后鋼筋抗力

表5 碼頭主要構件承載力驗算結果

表6 混凝土基樁承載力驗算結果

腐蝕后鋼筋抗力計算結果如表 4 所示。根據實測鋼筋腐蝕情況，依據行業標準 JTS 151－2011《水運工程混凝土結構設計規范》［3］（以下簡稱《設計規范》）的規定，對碼頭主要構件承載能力進行驗算，結果如表 5～6 所示。

根據安全性驗算結果，碼頭預制面板、立柱安全性評估等級為 D 級，根據《檢測評估規范》規定，評估分級從基本單元、子單元和評估單元依次進行，并逐級確定上一級的評估等級，各驗算項目的等級，取最低一級作為該評估單元的安全性評估等級，因此該碼頭安全性等級評為 D 級。

3.8 適用性評估

碼頭適用性根據現場檢測各類主要構件的裂縫開展情況及建筑物整體破損嚴重程度、變形、變位情況進行評估。該碼頭主要構件裂縫開展情況較普遍，裂縫寬度較大；碼頭整體破損較嚴重，顯著影響碼頭安全性及使用功能。綜合得出碼頭適用性為 D 級。裂縫情況驗算結果如表 7 所示。

表7 裂縫情況驗算結果

3.9 耐久性評估

耐久性分級是根據外觀劣化度及耐久性是否滿足設計使用年限來評價。該碼頭外觀劣化度評為 D 級的構件較多，經氯離子擴散模型剩余壽命分析計算，主要構件剩余使用壽命均不能滿足設計使用年限要求，預制面板嚴重損壞，綜合判定該碼頭耐久性為 D 級。

4 預制面板垮塌原因簡述

該碼頭是遭受氯鹽侵蝕致損，運營過程中缺乏必要的維護、保養，最終在強外力干擾下破壞的典型案例。外因為強臺風影響，內因為預制面板受氯鹽侵蝕，鋼筋嚴重銹蝕。鋼筋混凝土受氯鹽侵蝕分以下 3 個階段：鋼筋處氯離子超標鋼筋開始銹蝕；鋼筋銹蝕產生氧化物致保護層銹脹開裂；鋼筋截面變小且與混凝土無握裹，功能明顯退化。筆者認為造成預制面板底部鋼筋嚴重銹蝕的原因主要包括以下幾方面：①該碼頭建造于 1995 年，時間較為久遠，碼頭受氯鹽長時間侵蝕；②建設時期施工技術水平有限；③建設時期混凝土原材料質量一般；④碼頭處在偏遠小島，受施工環境、位置的影響；⑤建設時期工程技術人員對混凝土耐久性認識存在局限性；⑥運營過程中缺乏必要的維護和保養。

筆者近年來有幸參加了舟山群島地區 9 座交通碼頭的檢測評估工作，碼頭建成年代分布在 1981～2008 年，其中 2 座碼頭建成于 1980 年代，3 座碼頭建成于 1990 年代，4 座碼頭建成于 2000 年以后。筆者將不同年代不同區域混凝土構件鋼筋處氯離子含量［4-12］平均值羅列如表 8 所示。

表8 鋼筋處氯離子含量 %

根據不同區域（大氣區、浪濺區、水變區）混凝土構件鋼筋處氯離子含量并結合外觀檢查情況綜合分析，碼頭混凝土結構不管處在何種區域均受到不同程度氯鹽侵蝕，尤其是 80、90 年代建成運營的交通碼頭混凝土鋼筋處氯離子含量均超過引起鋼筋腐蝕的臨界值。建議同時期碼頭使用單位須高度重視碼頭結構情況，立即對碼頭情況進行摸排、檢查，及時發現問題，根據檢測、檢查情況科學制定維修、加固方案并展開修復工作，保證碼頭營運安全。

5 現階段增強混凝土耐久性的措施和方法

隨著工程技術人員對混凝土耐久性研究的深入以及工程建設水平的提高，現階段增強鋼筋混凝土耐久性的措施主要包含：①采用合適的配合比，提高混凝土密實性；②選擇符合國家標準的水泥且標號≥ 425號；③采用質地堅固的天然河砂；④粗骨料采用質地堅固的碎石、卵石，有適當的級配且粗骨料最大粒徑符合相應規定；⑤不得采用海水拌合及養護混凝土；⑥選擇對鋼筋防腐蝕和混凝土性能無不利影響的優質外加劑；⑦采用高性能混凝土；⑧混凝土構件截面幾何形狀簡單、表面平整利于排水，結構和構件有利于通風；⑨規定不同區域鋼筋保護層最小厚度；10 規定不同區域混凝土強度最低等級；11 采用環氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑；12在混凝土表面噴涂防腐涂層或硅烷。

6 結語

交通碼頭作為交通船只?？筷懙氐钠脚_，是一項重要的民生工程，安全問題不容小覷。建設人員應高度重視氯鹽的危害，充分考慮碼頭的耐久性，建設工程中嚴格按照設計及規范要求建設，同時碼頭建成交付后管理部門應加強碼頭使用過程中的定期檢查、保養、維修，保證碼頭安全、正常、長久使用，確保人民的生命財產安全。Q