在役高桩码头结构破损及维修加固技术研究

张 干 尹纪龙

（交通运输部天津水运工程科学研究所 天津 300456 水工构造物检测、诊断与加固技术交通行业重点实验室 天津 300456）

1 宁波港码头结构病害情况特点

宁波的地质条件特性决定了码头结构一般采用高桩梁板结构或高桩墩台结构。高桩码头主要由下部结构（桩基）、上部结构（梁、板、桩帽）和接岸结构（引桥、护岸）三部分组成；桩基一般主要有钢管桩、PHC桩、混凝土方桩、灌注桩等；上部结构主要有梁板式结构、墩式结构、板式结构；根据混凝土应力情况，码头结构亦可分为非预应力结构和预应力结构[6]。因高桩码头地基较为软弱，为避免过陡边坡造成桩基损坏和码头位移，接岸结构多半设置为斜坡式结构。根据码头加固维修工程及检测评估报告，总结宁波港现役码头病害主要包括混凝土表层缺陷、裂缝、混凝土碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀、构件破坏等形式。

1.1 混凝土表层缺陷

混凝土表层缺陷主要有露筋、麻面、空洞、剥落等形式。造成混凝土老化、剥落的原因有多种，主要有施工因素和环境因素。由于受当时耐久性设计理念所限，混凝土构件设计保护层过薄，加上混凝土构件长期处于海水浪溅或是浸泡的氯盐侵蚀环境中，最终导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浆、表面粗糙但无露筋的现象。麻面一般是由于施工时模板表面模板湿润不够或是不光滑，构件表面混凝土过干而引起的。混凝土空洞缺陷一般是由于构件内部钢筋布置过密，施工时混凝土振捣不充分所致。混凝土剥落一般是由于船舶等外力撞击所造成。

1.2 裂缝

裂缝是钢筋混凝土结构中最常见的破损形式之一，裂缝一般是由多种因素叠加所造成的。一般来说，出现裂缝的主要原因有：结构设计不合理、施工技术不佳、后期养护不完善等。

1.3 混凝土碳化

碳化的实质是混凝土的中性化，渗入的酸性气体使混凝土的碱性降低，钢筋表面钝化膜破坏，在水分和其他有害介质侵入的情况下，钢筋就会发生锈蚀。碳化程度与码头使用的混凝土等级、自然环境以及施工质量有关，码头的建成时间越长，构件碳化程度一般会越大。

1.4 氯离子侵蚀和钢筋锈蚀

氯离子对混凝土的侵蚀属于化学范畴的侵蚀，随着时间的推移，混凝土受海水中氯离子侵蚀，使得构件内钢筋的钝化膜被破坏形成腐蚀电池，加速了阳级反应的过程，最终使钢筋的截面积减少，最后表现为混凝土内部钢筋的锈蚀，导致混凝土构件承载力降低。

1.5 结构构造的破坏

由于码头关键部位结构的设计不合理、施工缺陷、局部构件强度不足、实际使用荷载超设计荷载过大，随着时间的推移，能够引起结构老化、变形等，从而影响码头结构的安全使用。

2 常用的修补加固技术

根据宁波港域运营码头相关泊位病害情况，并结合水运工程相关规范标准进行归纳总结，宁波港域码头加固维修的主要方法主要有混凝土破损修补法、增大构件截面加固法、碳纤维加固法以及外粘钢板加固法等。

2.1 混凝士结构破损修补方法

混凝土破损修补法主要有：裂缝封闭、灌浆、聚合物水泥砂浆断面、立模浇筑混凝土断面、立模浇筑混凝土断面和水下构件破损等。

2.2 混凝土结构加大截面加固法

在高桩码头中，增大构件截面加固法主要适用于码头的梁、板、桩等构件。其优点是加固效果好、适应面广；其缺点是施工相对复杂，施工工期较长。特别要强调的是，在加固过程中模板的搭设、钢筋的安置、新混凝土的浇筑及防护等工序均应符合现行行业标准的有关规定。

2.3 粘贴钢板加固法

粘贴钢板加固法是采用粘接剂，将钢板粘贴在结构物的受拉区域，使之与结构物形成整体，通过钢板与补强结构的共同作用，提升结构的应力状态，提高承载能力，以达到补强效果。粘贴钢板加固海工混凝土结构，应按国家现行有关标准对钢板表面进行防腐蚀处理。

2.4 粘贴碳纤维加固法

碳纤维加固法是指通过胶粘剂将碳纤维材料粘接在构件表面，形成复合层，从而对构件起到补强作用。

3 现行加固方法优缺点及其选择

加大截面加固法具有工艺简单、成熟、加固费用较低，可用于大气区、浪溅区、水位变动区、水下区等优点，其缺点是湿作业工作量大，占用作业空间较多，增加自重较大；粘贴钢板加固具有施工操作安全、施工简便、作业空间较大、加固效果可靠、可有效地保护原构件的混凝土不再产生破损等优点，不适用于素混凝土构件低于规范规定的最小配筋率的构件加固；碳纤维材料加固混凝土施工方便、能适应多种形状的结构补强，具有不影响结构尺寸、外观、耐腐蚀等特点，不适用于素混凝土和低于规范规定的最小配筋率的构件加固。由于港口水工建筑物的构件常处于潮湿环境，因此用于粘贴碳纤维复合材料的胶粘剂通常要求具有湿固化性能，以防止加固失效。基于碳纤维材料的材料特性，其适合于承受拉应力的作用，因此在对构件进行外贴碳纤维复合材料加固时，应将碳纤维受力方式设计成仅受拉应力作用。

4 结论

对宁波港域运营码头现役泊位常见的病害情况及常用的维修加固技术工艺技术进行了调查研究，得到以下几点结论：

（1）宁波港现役码头主要破损形式为混凝土表层缺陷、裂缝、混凝土碳化、氯离子侵蚀和钢筋锈蚀、构件破坏等。

（2）可以应用于宁波港域码头加固维修的工艺方法有混凝土破损（裂缝封闭、灌浆、聚合物水泥砂浆断面、立模浇筑混凝土断面、立模浇筑混凝土断面和水下构件破损）修补法、加大截面加固法、外粘钢板加固法以及粘贴碳纤维加固法等。

（3）加固改造的施工质量是关键，应该选择有施工经验的单位实施，并严格管理，保证施工质量。在使用期间须加强对码头的维护和保养，采取有效的防腐蚀、阻断氯离子渗透的措施，延长码头的使用寿命。