宁波港2.5万吨级码头上部结构维修失效分析及二次维修建议

刘军，李森林

（1.宁波港建设开发有限公司，浙江 宁波 315800；2.南京水利科学研究院，江苏 南京 210024）

海港工程混凝土结构在海洋环境下容易发生钢筋锈蚀、混凝土开裂、脱落等耐久性损坏。受损混凝土构件应尽早维修和加固，否则腐蚀将会加速发展从而发生更严重的破坏，甚至威胁到码头的正常安全使用。为确保结构的安全运营，延长结构的使用寿命，目前已发展了多种钢筋混凝土维修保护技术，但不同的维修技术均有各自的适用范围及局限性。不同破损原因、不同的使用年限，应采取不同的维修方案，否则难以达到预期的保护效果，并可能造成屡坏屡修、屡修屡坏的不良局面。本文以宁波港北仑港区2.5万吨级矿石码头3号、4号泊位为例，分析了其钢筋混凝土上部结构耐久性过早失效的原因和导致修复处理耐久性不足的影响因素，提出了进行二次维修的处理建议以及维修过程中应注意的事项。

1 工程概况

宁波港北仑港区2.5万吨级矿石码头3号、4号泊位总长499.6 m，宽23.04 m，设计高潮位为3.56 m，设计低潮位为0.68 m，平均潮位2.13 m，高桩梁板式结构，码头各类上部构件全部位于浪溅区。工程建成于20世纪80年代，至今已超30 a历史。工程竣工投产10 a左右，就已发现混凝土吐锈、局部裂缝破损等现象。1999年，全面调查发现，轨道梁、纵梁、横梁、斜撑等四类构件80%存在腐蚀损坏现象，其中横梁遭受腐蚀破坏程度最为严重；预应力方桩平均50%发生了不同程度的腐蚀破坏，局部严重处，φ8箍筋已锈断，φ25主钢筋截面损失达20%以上[1]。为延长码头的使用年限，提高其耐久性，同时也为了比较不同修复技术保护效果，2003年对3号泊位采用了丙乳砂浆局部修复加全面封闭处理法，2004年对4号泊位采取了电化学脱盐加全面封闭处理。2013年经检测发现，3号泊位各类构件已再次发生了较严重的腐蚀破坏，丙乳砂浆修补层普遍龟裂，局部钢筋锈蚀；就外观破损发生率而言，横梁发生率近100%、水平撑达80%、纵梁与轨道梁达60%；各类构件开裂破损严重处，箍筋最大截面损失率达36.0%，主筋最大截面损失率达32.5%[2]。相对而言，采取电化学脱盐处理的4号泊位腐蚀破损情况较轻，外观破损范围仅为3号泊位的5%~10%，长期保护效果十分明显，预估其耐久性使用年限在15 a以上[2]。

2 耐久性失效原因分析

2.1 早期设计缺陷

1）保护层厚度偏薄，纵梁设计保护层厚度为45 cm，横梁侧面保护层设计厚度为50 cm，远小于现行行业规范标准。较薄保护层使环境中氯离子较快渗入混凝土内部，达到一定浓度后造成钢筋锈胀，其中浪溅区海侧的横梁遭受腐蚀破坏程度最为严重；

2）缺少方便检查维修的相关设计，特别是码头面层以下区域，缺少考虑方便维护检查、方便维修的相关设施，给码头日常维护带来很大困难。建议纵横梁及板中尽量增加可悬挂、搭设脚手架、安全网等设施的预留孔洞等，同时又可改善码头下部通风、泄压条件，有利于及时消散盐雾水汽积聚。

2.2 维护管理不规范

1） 使用期维护检查力度问题。根据JTS 310—2013《港口设施维护技术规范》要求，应对码头设施进行经常性检查和维护，但由于维护人员技术与检查手段有限，对问题的认识不到位，往往会延误最佳的修复时机。

2）实施维修的时间偏晚。由于进行全面检测与维修费用大、环节多、耗时长、会影响生产等因素，往往待到决策与实施维修时，构件外部涂层已严重老化；混凝土构件已存在较严重和较大面积的腐蚀损坏，或受损开裂部位的钢筋腐蚀已呈中高速发展状态，给修复加固工作带来较大的困难。

2.3 早期维修存在的问题

1）氯离子清除不彻底。经检测发现，3号泊位构件中氯离子污染深度总体在0~30 mm，但污染的分布规律性不明显，存在表层氯离子含量较低，内部氯离子含量高的反常现象。这是因为早期的丙乳砂浆修复措施，无法全面清除混凝土内有害氯离子所致。混凝土内部氯离子清除不彻底，外部封闭后，内部高浓度氯离子依然存在，且会继续腐蚀钢筋。

2）保护层厚度不均匀。检测发现早期的丙乳砂浆修复层或混凝土保护层，存在厚度不够均匀，达不到设计要求问题。原因一是凿除工作不到位，二是保护层厚度控制较随意。

3）施工控制环节缺陷。丙乳砂浆修补层面出现较多龟裂和空鼓等缺陷，说明存在丙乳砂浆材料或施工缺陷，或与基体混凝土的黏结强度问题，或抹压（喷射）施工中材料搅拌不均匀、养护不到位等质量控制缺陷。

4）靠近海平面的构件底部腐蚀严重，修复难度也最大，尤其突出的是下横梁底部，标高往往比脚手架平台还要低，受潮位影响大，工作时间短，凿除、粉刷质量较难控制，往往会产生难以发现的施工缺陷。

3 维修方案及特点

考虑到丙乳砂浆局部修补处理的局限性，以及电化学脱盐长期保护效果良好的技术优势，建议对破损严重的3号泊位采取局部丙乳砂浆修复后，全面电化学脱盐处理；对4号泊位仅采用局部丙乳砂浆修复处理。

1）丙乳砂浆局部维修法是目前宁波地区最常用的修复方法。该方法的优点是维修工艺简单，维修时间短、费用较低、适应性强等；缺点是劳动强度大，对结构构件破坏大，尤其需要说明的是该方法无法全面清除已遭受氯离子污染的混凝土保护层，耐久性使用年限有限，一般为5~8 a，因此，需要与其他电化学方法配套使用，才能达到10 a以上的保护效果。丙乳砂浆修复处理过程中需要注意以下几方面的问题：①破损区域混凝土凿除：宽度上应凿除混凝土至两端各露出5 cm以上的未锈钢筋段，深度上原则上为钢筋背后1~3 cm。凿除后必须彻底清除已松动的混凝土或砂石等，并用淡水清洗处理。凿除面应保证有一定的粗糙度；②钢筋除锈应彻底；除锈完成后，钢筋表面应采用内掺钢筋阻锈剂的水泥净浆涂刷保护，防止钢筋二次锈蚀；③人工压抹丙乳砂浆前，应涂刷混凝土专用界面剂，以提高修补砂浆与基体混凝土的附着力。

2）电化学脱盐处理

如果氯离子已大量侵入混凝土内部较深部位，常规凿除修补技术不可能将遭受氯离子污染的区域全面清除，或采用凿除修补技术带来的安全性、技术性或经济性问题较突出时，应选择采用如电化学脱盐的电化学方法进行防腐处理。

电化学脱盐法有别于其他采用延缓、阻止与隔离外环境中氯离子渗入混凝土内部的防腐方法[3]。该技术具有能有效清除混凝土内的有害氯离子，使活化腐蚀的钢筋全面恢复钝化，以及混凝土再碱化和提高密实性等四大功效；不足是施工期内，设备系统较多，工序复杂，对操作人员的专业技术要求高；工期相对较长；初期投资造价较高等。

4 结语

1）分析认为，早期的设计缺陷以及维护管理不规范等是导致钢筋混凝土上部结构耐久性过早失效的主要原因；氯离子清除不彻底、施工质量控制不到位以及施工环境恶劣是致使早期钢筋混凝土修复处理耐久性不足的主要影响因素。

2）丙乳砂浆维修法因其工艺简单，维修时间短、费用相对较低、适应性强等，适合于在钢筋腐蚀程度严重或一般的构件维修，是最常用、最基本的修复方法。电化学脱盐法防护法作为一种新型的混凝土维修技术，实际效果显著，适用于钢筋腐蚀程度较轻的构件维修，特别适用于不便于深度凿除，和较重要受力构件的维修，但其工艺和技术相对复杂、维护周期较长、费用较高。因此两种防护方法，各有特点，可以根据不同的工程条件和腐蚀状况选择运用。结合本工程的具体情况，对3号泊位提出了丙乳砂浆与电化学脱盐相结合的维修保护方案，对4号泊位建议仅采用局部丙乳砂浆修复处理。

[1] 卢青法，李森林，范卫国.宁波北仑港2.5万吨级装船码头上部结构破坏调查及维修方案建议[J].水运工程，2003（9）：30-32，34.LU Qing-fa,LI Sen-lin,FAN Wei-guo.An investigation on the damage of upper structures and a suggestion of maintenance schemes of 25 000 dwt loading wharf of Beilun Port[J].Port&Waterway Engineering,2003(9):30-32,34.

[2] 李森林，徐宁.宁波-舟山港北仑港区矿石码头3号、4号泊位检测报告[R].南京：南京水利科学研究实验中心，2013.LISen-lin,XUNing.Test report on No.3 and No.4 berthsof Beilun port ore terminal in Ningbo-Zhoushan Port[R].Nanjing:Nanjing Hydraulic Science Research Center,2013.

[3] 洪定海.混凝土中钢筋的腐蚀与保护[M].北京：中国铁道出版社，1998.HONGDing-hai.Corrosion and protection of steel in concrete[M].Beijing:China Railway Publishing House,1998.