福建沿海某运营中码头混凝土方桩耐久性调查与分析

■陈阵阵

（福建省交通建设质量安全监督局，福州 350001）

1 引言

高桩码头桩基的耐久性一直是业内关注的焦点，码头结构环境条件是影响其耐久性的重要因素之一，同时桩基自身的工艺设计、施工质量也起着重要的影响作用[1-2]。本文结合福建沿海某运营中码头混凝土方桩质量开展现场调查，对混凝土方桩耐久性相关指标进行检测，分析桩基耐久性情况，并提出优化耐久性相关建议。

2 码头基本情况

该港区位于福建闽南地区，掩护条件良好，港区东南面水域相对开阔，海水平均盐度30‰，平均水温19.7℃。该码头为1000吨级件杂货码头，结构型式为高桩梁板式，码头基桩为C50预应力混凝土空心方桩，断面尺寸为500mm×500mm。该码头于1996年竣工。

3 码头桩基调查和检测情况

在对该码头基桩桩身外观进行普查的基础上，抽取了3根具有代表性基桩进行进一步的调查和检测，对基桩的浪溅区和水位变动区桩身外观进行调查，并对基桩浪溅区和水位变动区混凝土碳化深度、钢筋保护层厚度、钢筋锈蚀电位、混凝土表面氯离子含量、钢筋表面氯离子含量等耐久性相关项目进行检测，检测数据如表1和表2所示。

在对调查桩进行内外部检查时，B7桩表面未发现明显缺陷，但在浪溅区局部存在锈迹，如图1所示；B8桩桩顶出现表面混凝土耐久性破损现象，未发现其他混凝土裂纹，如图2所示；E3桩表面未发现明显缺陷。

表1 调查桩浪溅区检测数据

表2 调查桩水位变动区检测数据

图1 调查桩B7浪溅区锈迹图

图2 调查桩B8浪溅区破损图

4 桩基耐久性情况分析

4.1 桩基结构耐久性总体情况分析

该码头位于福建闽南地区，沿海码头工作于高盐度、高温度和高湿度海洋地区，码头的钢筋混凝土结构受到波浪、风、水流、日照、二氧化碳、硫酸盐以及氯盐等侵蚀的作用相对突出，同时长期重荷载情况下的运营使得码头结构存在不同程度的损伤和缺陷，在使用环境中混凝土钢筋锈蚀，是影响耐久性的主要因素[3]。

从表1和表2可以看出，所检桩浪溅区、水位变动区混凝土碳化深度远小于混凝土保护层厚度，表明所检混凝土具有良好的抗碳化能力；现场实测钢筋表面存在少量氯离子，可见钢筋表面已经有氯离子侵蚀，但是相对含量较少；钢筋保护层厚度均大于设计值，且存在正偏差部位表面无裂纹，混凝土表面氯离子含量是钢筋表面混凝土氯离子含量的数倍，表明钢筋保护层有利于避免钢筋直接受腐蚀；结合表3，E3桩和B8桩水位变动区钢筋锈蚀腐蚀电位检测结果为发生钢筋腐蚀性状不确定 （可能存在锈蚀），其他检测结果均为发生钢筋腐蚀概率小于10%，现场还对腐蚀性状不确定区域进行了局部破损检测，确定钢筋未发生锈蚀。

表3 钢筋锈蚀腐蚀电位判定标准

4.2 不同区段耐久性情况对比分析

海洋环境下码头桩基主要可分成性质不同的类型区域：大气区、浪溅区、水位变动区、水下区。该平台桩可检查桩身范围处于水位变动区，栈桥可检查的桩身范围处于浪溅区和水位变动区。将栈桥桩浪溅区和水位变动区的检测数据进行对比，采用测定不同深度混凝土样本中氯离子含量计算得到混凝土氯离子扩散系数。数据如表4所示。

表4 碳化深度和混凝土氯离子扩散系数检测数据对比

表4中桩基浪溅区的碳化深度大于水位变动区，浪溅区的混凝土氯离子扩散系数小于水位变动区。主要是浪溅区受各类因素耦合作用更为强烈，波浪冲击力尤为突出，其侵蚀环境较潮差区更为恶劣，因此碳化深度较大。对于浪溅区氯离子扩散系数的大小代表氯离子扩散能力大小，码头运营至今已多年，氯离子不断侵入结构内部，浪溅区桩基结构的损伤程度更大，其内部渗入的氯离子更多，氯离子浓度更大，内部与外界的氯离子浓度差较小，扩散能力下降，因此浪溅区的混凝土氯离子扩散系数更小。浪溅区混凝土表面氯离子含量和钢筋表面混凝土氯离子含量均明显高于水位变动区，表明桩基浪溅区比水位变动区耐久性损失相对严重。从外观损伤上，桩基在浪溅区出现了锈迹、桩顶破损等损伤现象，而在水位变动区没有发现明显的混凝土开裂、钢筋锈迹等现象。

5 结论

该码头桩基总体情况良好，个别桩基存在少量表观缺陷，桩基结构耐久性存在一定受损，在码头桩基不同区段中，浪溅区和水位变动区受腐蚀较为严重。码头桩基在浪溅区的结构耐久性受损程度基本高于水位变动区，检测数据也显示出碳化深度、氯离子侵蚀、锈蚀电位等也显示出这一特征。该码头桩基桩身整体强度较高，钢筋保护层延缓了氯离子等侵蚀性离子侵入结构内部，缓解锈蚀时间和锈蚀程度。桩基自身良好的钢筋保护层厚度、混凝土抗氯离子性能等质量状况有利于提高结构耐久性。

6 建议

（1）建议根据设计文件和规范的耐久性维护要求，对该码头组织检查、检测评估，尤其是码头桩基等重要结构。有条件的可结合桩基耐久性损失情况开展桩基检测，对桩基结构损失情况进行复核。对桩基结构外观进行检查，检查主要内容可包括：混凝土表面质量缺陷（蜂窝、麻面、露石等）、外力引起破损（裂缝、缺损、松动等）、钢筋锈蚀引起的构件表面损伤（锈迹、裂缝、空鼓、剥落和露筋等）等。及时对检查和检测发现的耐久性受损桩基进行修补、加固。

（2）在高桩码头工程设计阶段，应加强桩基、梁、板等重要结构耐久性设计，尤其是是处于浪溅区和水位变动区的工程结构，并明确提出结构设计使用年限内的耐久性维护要求，尤其可结合不同结构（桩基、梁、板）类型采取提高混凝土耐久性的附加防腐蚀措施，如表面涂层、硅烷浸渍、外加电流阴极保护、钢筋阻锈剂、环氧涂层钢筋等。福建沿海码头混凝土防腐采用表面涂层、硅烷浸渍、外加电流阴极保护为多。有条件的可安装能实时监控混凝土中氯离子渗透和钢筋腐蚀情况的耐久性监控装置。工程施工阶段，加强打入桩工程材料质量控制和检测，突出对混凝土抗氯离子渗透性能、钢筋保护层厚度等耐久性相关要求的控制，积极采取措施治理混凝土裂缝、表观质量缺陷等质量通病。优化沉桩施工方案，重视对沉桩后桩身外观检查、砍桩头质量控制，尤其是对桩身表面的裂纹、裂缝等缺陷进行排查。加强表面涂层、硅烷浸渍、外加电流阴极保护等混凝土防腐施工质量，加强检测，确保附加防腐蚀措施发挥作用。码头运营期间，按照设计文件和规范的耐久性维护要求，对码头结构进行日常检查，定期开展检测评估，并根据情况进行相关修补、加固。