高桩码头加固修复现状分析

张浩 黄长虹

摘 要：总结高桩码头加固修复的总体思路，对高桩码头水上结构加固、水下结构加固、混凝土裂缝修复、混凝土保护层修补和防护、钢筋锈蚀补强和钢筋防腐等各方面传统做法和研究现状做出较为详细的总结及分析。

关键词：高桩码头 加固 修复 混凝土 裂缝

1.前言

海港高桩码头投入使用一定年限后，由于施工质量、码头使用不当、常年受海水腐蚀冲刷、反复冻融等原因，会使码头产生不同类型和程度的病害，导致其不同部位出现裂缝、混凝土碳化、混凝土脱落、露筋乃至钢筋锈蚀等病害，影响着码头的正常使用和安全性。

2.高桩码头加固修复思路和原则

2.1高桩码头加固修复思路

高桩码头加固要以码头检测评估构件的损伤等级为基础，依据《港口水工建筑物修补加固技术规范》相關规范进行。

在制定加固方案时，要考虑结构可靠性结论、使用方功能要求、加固后结构总体效应等。同时也应考虑以下原则：

（1）施工便捷性。施工的快速高效不仅可以减少维修经费，也有助于提高码头生产效益；

（2）可持续发展能力。要考虑码头的长远发展，预留码头发展余地，为码头二次加固甚至升级改造提供空间；

（3）施工经济性。在确保加固质量的基础上，结合码头损伤程度，精简施工方案，制定经济合理的加固方案。

2.2加固材料和工法的选取原则

在进行加固设计时，材料选取应遵循以下原则：

（1）混凝土修补用的水泥，宜采用强度等级不低于原混凝土所用水泥等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，需要时可采用特种水泥，水泥性能和质量应符合国家现行标准；

（2）加固用材料应满足结构强度、抗腐蚀性、耐久性、粘结性、经济性等要求。加固材料为钢材时，一般选用Ⅰ级或Ⅱ级钢；加固混凝土骨料粒径不大于20mm，采用喷射混凝土时骨料粒径不大于12mm。

在施工工艺方面，针对一些特殊加固修复的结构，有施工时间和效率的要求。这对施工方法提出了新的要求，因此施工方法也应满足高效性、便捷性、经济性等要求。

3.高桩码头加固修复应用研究现状

3.1结构性加固

受海洋环境影响，高桩码头的桩基和梁板受到不同程度的损害，再加之超载、维护不到位或船舶撞击等因素的影响，需定期对高桩码头进行检查加固。根据《港口水工建筑物修补加固技术规范》规定，码头结构性加固可采用加大截面加固法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法、粘贴碳纤维复合材料加固法等方法。随着技术的进步，各学者和工程人员对高桩码头的加固进行了一系列研究探索并得到一定工程推广。

（1）水上结构加固

针对水上梁板的加固，魏明晖在规范规定的几种加固手段的基础上，提出要对加固后的结构采用外加电流阴极保护或电化学脱盐处理的方法来提高耐久性；E.Cosenza等在分析长螺纹纤维增强聚合物基复合材料（FRP）加固钢筋混凝土中存在问题的基础上，将FRP筋植入混凝土中，为结构的加固提供了新思路；郑永来等总结了增设支点加固法、增设支撑体系的加固方法；胡少伟用数值模拟的方法验证了化学植筋方法的可行性；针对梁板加固，郭艳茹等提出无粘结钢绞线体外预应力加固的方法；郭范波等研究在海洋环境下用BFRP加固桥墩实验研究，结果表明相同腐蚀时间下，玄武岩纤维布包裹的试件的抗压强度比未包裹的大，且玄武岩纤维布全包裹试件的防腐蚀性能优于3条带包裹的试件；肖光在天津港南3泊位码头改造中采用化学植筋锚固法并取得良好效果；针对海洋环境下钢结构加固，侯保荣采用氧化聚合型包覆防腐蚀技术进行加固。

（2）水下桩基加固

对于水下桩基受损，刘现鹏等用两侧补桩替代法、修补原桩法和外包碳纤维布法进行加固；杨仁浩根据桩的受损程度将桩分为两类：原桩不能利用时遵循缺一补二的原则，即在坏桩左右对称布置两根桩来替代它。原桩尚可以利用时，在原桩周围进行补桩进行加固；当水下桩是钢管桩时，他提出可用玻璃钢进行修复加固，当钢管桩腐蚀严重时也可结合碳纤维裹覆的方法加固；魏明晖等利用玻纤套筒对水下桩基进行加固。

结构性加固是高桩码头加固的重难点，施工过程中必须考虑到海洋环境、施工速度、耐久性等因素，因此要探索高效率的加固工艺，尝试采用主动式加固方法来提高结构承载能力和耐久性。

3.2耐久性修复防护

结构耐久性是码头防护的重点，引起结构出现耐久性损伤的因素很多，主要包括环境因素、材料因素、力学物理因素和施工管理因素。《港口水工建筑物修补加固技术规范》中规定，耐久性修复根据耐久性评估检测等级和目标使用年限有不同的方法，总体主要分为混凝土修复防腐和钢筋修复防腐两大部分。

（1）混凝土修复

①裂缝修复

根据《港口水工建筑物修补加固技术规范》规定，裂缝修补主要分为裂缝封闭修补和裂缝灌浆修补。对于裂缝封闭修补，必须沿裂缝走向，开凿满足施工要求的的凹槽并清槽，填充封缝材料修平；裂缝灌浆修复则是要按照施工要求埋设灌浆嘴，待浆液固化后在拆除灌浆嘴的基础上对混凝土表面修整。而当前各学者和工程人员对码头裂缝的研究如下：张小建提出压力灌浆修复和环氧地坪封缝处理；岑文杰等提出化学灌浆、填缝和电化学沉积法等；赵德胜提出在控制混凝土配合比、混凝土表面涂层的基础上，通过监测混凝土构件内外部温度来避免因温度应力而产生裂缝的建议。

对于裂缝修补材料，当前采用化学灌浆方法较多。按其类型一般分为补强加固和防渗堵漏两种，具体材料及其特点见表1。

②保护层修补防护

混凝土保护层修补主要采用高性能混凝土和聚合物砂浆材料修复，而保护层的防护则主要通过涂覆材料来实现。具体材料种类和其适用范围见表2。

以上研究在一定程度上对混凝土修复的发展起到了积极推动作用，但其对新型裂缝修补材料的引入较少，不能很好地将新型材料应用到工程实践中去，下一步研究应主要集中在新型修复材料的引进和施工工艺上。

（2）钢筋锈蚀修复

混凝土表面存在孔隙，海洋中氯离子能通过孔隙与混凝土中氢氧化钙反应产生体积较大的氯化钙。同时二氧化碳和水气进入，混凝土被碳化深度变大直至钢筋表面，氯离子也到达钢筋表面，对钢筋钝化膜产生破坏。此时钢筋作为阳极，钝化膜作为阴极的回路形成，加速钢筋的腐蚀。

①钢筋修复

对于锈蚀钢筋，传统方法是凿掉开裂的混凝土保护层，清理钢筋表面锈迹测算缺损断面。根据缺损断面的大小对钢筋进行不同类型方法的补强，最后浇注强度级别不低于原混凝土强度等级的优质混凝土。对于梁板柱等构件的防腐，《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》规定，应采用混凝土表面涂层、混凝土表面硅烷浸渍和环氧涂层钢筋的方法进行防腐。

②钢筋防腐

为防止钢筋腐蚀，《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》规定，可与优质混凝土或高性能混凝土配合使用的钢筋应该为环氧涂层钢筋，同时可掺入钢筋阻锈剂，但不得与外加电流阴极保护技术联合使用。

刘伟华提出恢复钢筋周围碱性环境和采用外加电流阴极保护技术的方法；赵德胜[16]提出使用特种钢筋的方法来应对钢筋锈蚀；侯保荣总结出复层矿脂包覆防腐技术、氧化聚合性包覆防腐技术和腐蚀检监测技术对钢筋进行监测和防护。

针对钢筋锈蚀，目前依然存在修复手段单一、对新兴防腐技术研究不深入的情况，这同样应是耐久性修复下一步应集中研究解决的方面。

4.结论与展望

高桩码头的加固修复目前得到了较大地发展，但也存在以下问题：

（1）要深化对加固工艺的研究探索，目前多数加固采用被动式加固方法，且有的方法只限定于在特殊环境下才可使用，普适性不高；

（2）目前研究修复加固的材料较多，但应用于工程实践的材料少，应在将试验成果转换为工程实践上下功夫；

（3）应该加强对钢筋混凝土修复加固软件的开发，完善加固修复领域体系的完整性。

随研究的逐渐深入，高桩码头修复材料将愈发趋向质轻、高强、耐腐蚀的特点，特别是纤维增强材料的开发和使用，会进一步推进加固工艺改进，推动高桩码头加固修复的完善。

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