高桩码头损伤表现及现有检测手段分析

钱 炜　何 灿

(1.海军海防工程研究中心，北京　100841；2.海军设计研究局，北京　100071)



高桩码头损伤表现及现有检测手段分析

钱 炜1何 灿2

(1.海军海防工程研究中心，北京100841；2.海军设计研究局，北京100071)

简述了高桩码头的优点，从裂缝、钢筋锈蚀、混凝土碳化、不均匀沉降等方面，分析了高桩码头的损伤表现形式及原因，并基于高桩码头结构现有的检测手段，提出了码头检测的发展方向。

高桩码头，钢筋锈蚀，不均匀沉降，结构检测

1　码头及高桩码头概况

码头是供舰船驻泊、物资装卸以及保障舰船人员工作的水工建筑物，是港口后勤保障的重要承载平台[1]。码头主要包括三种结构形式：重力式、板桩式和高桩式。其中，由于具有结构简单、自重轻、材料用量少、波浪反射小以及适用于软土地基等优点，高桩码头已经成为我国码头的重要结构形式之一，广泛应用于不适宜采用重力式码头结构的软土地基区域[2]。高桩码头一般是由上部的桩台和底部的桩基组成。桩台依靠桩基来支撑，码头所承受的动静荷载通过桩台传递给桩基，再由桩基将荷载导入地基。根据高桩码头上部结构的不同，可将其分为梁板式、墩式以及桁架式等不同类型，如图1所示。

高桩码头在环境侵蚀和工况荷载的长期作用下，不可避免地会出现材料老化、桩基损伤以及结构性能下降等问题。码头工况荷载的长期作用会引起地基的不均匀沉降，进而会使码头上部结构出现滑移、倾斜以及桩基开裂等损伤；船舶靠岸时巨大的冲击力会引起码头面板的水平位移，进而导致上部结构的失稳；海水中氯离子的侵蚀会引起钢筋混凝土中混凝土的碳化和钢筋的锈蚀，这会导致码头面板开裂和桩基抗压能力的下降，严重时甚至会引起整体结构的坍塌。通过对我国服役7年～25年的码头进行抽样检查，发现有损坏或者严重损坏的比例高达89%[3]。 2003年对南京港某码头进行检测，发现该码头共有17个重要构件出现损伤[4]。2009年1月，广东南江码头发生塌陷事故，一艘正在码头停靠的货船被砸中，造成重大财产损失和人员伤亡。

2　高桩码头损伤表现形式及原因分析

高桩码头结构损伤除一小部分是由码头设计不规范或者由施工质量造成的之外，大部分是由于码头结构在服役期内，受到超负荷服役、海水氯离子侵蚀以及船只非正常撞击等多方面不利影响造成的。有单位对十余座高桩码头结构服役状况进行检测，积累了大量的现场数据[5]，如表1所示。

表1　高桩码头结构检测结果

从表1可以看出，高桩码头结构损伤的主要类型包括：裂缝、钢筋锈蚀和混凝土碳化、地基不均匀沉降等。

2.1裂缝

裂缝是码头结构中最常见的病害之一，如图2所示。超出设计规范的裂缝会严重影响码头结构的安全服役，特别是处在浪溅区的桩基结构，一旦出现裂缝，由于海水的渗透作用，高盐度的海水就会渗入到钢筋混凝土内部。此时，在水压以及氯离子共同侵蚀的作用下，裂缝会扩大。过大的裂缝会造成混凝土局部强度的大幅度降低，从而影响码头结构的安全服役[6]。

2.2钢筋锈蚀和混凝土碳化

高盐度海水侵蚀引起的钢筋锈蚀以及混凝土碳化会降低混凝土的耐久性[7]。这是因为：钢筋发生锈蚀后会产生一种金属氧化物，该氧化物会在钢筋与混凝土之间形成一层疏松的隔离层，这样就降低了两者的粘结作用。钢筋在发生锈蚀后，其变形肋将会退化，导致钢筋与混凝土之间的粘结性能进一步恶化。同时，当钢筋发生锈蚀时，其有效受力面积将会减小,导致其承载能力下降。另外，钢筋锈蚀产物将会使钢筋体积变大，当膨胀到一定范围时会引起混凝土的开裂，进一步破坏混凝土与钢筋的结合力[8-10]。因此，钢筋锈蚀和混凝土碳化是影响高桩码头结构安全服役的重要因素。码头结构钢筋锈蚀和混凝土碳化表现形式见图3。

2.3不均匀沉降

导致地基不均匀沉降主要有三个原因[11]：1)当码头结构长期承受不均匀荷载时，由于受力不均，导致码头结构发生不均匀沉降。2)在对码头进行扩建、改造等施工时，可能会改变码头结构受力情况，从而导致地基的不均匀沉降。3)水下岸坡冲淤演变也可能导致地基不均匀沉降。一方面在淤积土层重力的作用下，地基土会产生较大的沉降；另一方面循环的冲刷会减小高桩地基的持力层厚度，从而产生较大的不均匀沉降。码头结构沉降表现形式见图4。

3　高桩码头结构现有检测手段

为了及时掌握码头结构的服役状况，需对码头结构进行检测。结构检测技术是以现行规范为依据、以实验为技术手段，测量能反映结构整体和构件工作状态的参数，判断结构的服役状况和剩余寿命[12]。码头结构现有检测方法主要是间断性的定期检测，采用现场巡查和重点检测相结合的手段。在全面普查的基础上，通过分析与评估，选出可能损坏的构件进行重点检测。重点检测内容以及具体检测方法如表2所示。

表2　码头结构检测内容与检测方法

检测内容检测方法整体沉降、位移、倾斜检测利用全站仪和水准仪现场测量岸坡土体变形检测利用测斜仪、孔隙压力仪现场测量结构裂缝利用裂缝测深仪、测宽仪现场测量混凝土表面强度利用回弹仪现场测量钢筋保护层厚度利用钢筋保护层测定仪现场测量氯离子浓度取样实验室内检测混凝土碳化深度取样实验室内检测构件结合部形变现场巡查基础与桩基位移水下探测(见图5)

4　总结与展望

现有码头检测方法存在诸多局限：1)需要较为有经验的检测人员以及专业的仪器设备；2)检测取样较多时，工作量大，取样较少时，检测结果不准确；3)受环境影响大，恶劣天气下检测工作无法进行；4)某些部分不方便测量，如水下桩基部分；5)不能实时采集、实时显示相关数据，无法实时评估码头结构的服役状况；6)无法连续监测结构服役全过程的受力与损伤演化。

为了保证军港高桩码头的可用性、安全性及耐久性，采用更为有效技术手段监测其服役状况非常必要。结构安全监测技术可以引入码头检测领域以实现高桩码头实时、在线监测。

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On damages at long piled wharf and current testing methods

Qian Wei1He Can2

(1.Naval Coast Engineering Research Center, Beijing 100841, China;2.Naval Design and Research Bureau, Beijing 100071, China)

The paper indicates the advantages of the long piled wharf, analyzes the damages and reasons of the long piled wharf from the cracks, reinforcement corrosion, concrete carbonization, and uneven settlement, and points out the development of wharf test based on the testing measures of the long piled wharf.

long piled wharf, reinforcement corrosion, uneven settlement, structural test

1009-6825(2016)25-0043-02

2016-06-24

钱炜(1979- )，男，工程师；何灿(1988- )，男，工程师

U656.113

A