广西沿海重力式码头病害分析

唐巾评，张建球，潘新恩

(广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007)

在码头运营过程中，在恶劣、复杂的环境下，码头会出现裂缝、结构缺损、变形、基础冲刷等病害，从而影响码头的安全性、适用性和耐久性。国内外已有许多学者对码头裂缝[1]、基床淘刷[2]、漏砂[3]、沉降[4]等病害的产生原因与防治开展了研究工作。广西沿海重力式泊位占码头泊位总数的95%以上，在运营过程中发生了病害，但目前尚未有研究者对病害进行全面统计与系统的研究。依托《广西码头工程安全监控模式研究》课题，对广西沿海重力式码头现状进行全面调查，分析码头病害的类型、发生率与产生原因，并提出防治措施。

1 病害类型及发生率

1.1 病害类型

调研的重力式泊位共130个，投产运营时间在50 a以内。其中，油码头泊位15个，专业集装箱泊位11个，其他为件杂货、散货、多用途、通用泊位等。调研码头的水工结构形式包括大圆筒、沉箱、方块、扶壁、墩式、现浇混凝土或浆砌石结构，以及桩基与胸墙组合的特殊结构。近年来码头多采用大圆筒结构。广西沿海码头面层绝大多数采用连锁块铺面，少数老旧码头采用混凝土面层结构。

调研发现，广西沿海重力式码头水工结构病害普遍程度自高到低排序为：裂缝、水工结构附属设施病害、结构破损、不均匀沉降与位移、漏砂、基床淘刷等(图1)。

图1 码头病害类型

1.2 病害发生率

1.2.1总体分析

出现1种或多种上述病害的泊位有108个，即病害发生率为83%。码头各类病害发生率如图2所示。

图2 各类型病害发生率

参照JTS 304—2019《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》[5]关于水工建筑物安全性、适用性、耐久性分级，本次调研安全性B级及以上(不必采取措施或视情况采取措施)、适用性B级及以上(不必采取措施或视情况采取措施)、耐久性A级(不必采取措施)的泊位占调研泊位总数的百分比统计如图3所示。

图3 不同安全级别泊位统计

1.2.2按泊位吨级分析

按泊位吨级对调研的泊位进行分档。5 000吨级以下、5 000(含)～1万吨级、1万(含)～5万吨级、5万(含)～10万吨级、10万(含)～15万吨级、15万吨级及以上的泊位个数分别为42、16、21、33、11、7个(图4)。

图4 不同吨级泊位病害发生率

从图4可知：裂缝病害在不同吨级的泊位中均有出现，病害发生率基本呈随泊位吨级增加而增大的趋势，而15万吨级以上泊位裂缝病害率较低，可能受该段调研泊位个数少、泊位运营时间短的影响；结构破损病害发生率与泊位吨级之间关系不明显；附属设施病害、基床淘刷多发生在低吨级泊位，此规律可能还受低吨级泊位运营时间较长的影响；不均匀沉降病害发生率基本上呈现随着泊位吨级增加而增大的趋势；漏砂病害多发生在万吨级以上的泊位，可能因万吨级以上泊位多采用大圆筒结构。

1.2.3按泊位运营时间分析

各码头泊位投产运营时间不同，病害发生率也不同。运营时间按5 a为1个区段进行分段。运营时间0～5、6～10、11～15、16～20、20 a以上的泊位个数分别为29、29、21、13、38个(图5)。

图5 不同运营时间泊位病害发生率

从图5可知：裂缝病害贯穿码头整个使用周期，且运营时间越长，裂缝病害率越高；结构破损、附属设施病害发生率基本随运营时间增加而增大；不均匀沉降与位移、漏砂在码头运营的各时间段均可能发生；基床淘刷病害出现在运营5 a以上的码头。

此外，运营16～20a的泊位个数较少，某种病害发生率出现0可能因为调研泊位数太少。

1.2.4按泊位用途分析

调研的专业集装箱泊位11个，油码头泊位15个。专业集装箱泊位和油码头泊位病害发生率统计见图6。

广西沿海专业集装箱泊位多采用大圆筒结构，水工结构病害主要有裂缝、结构破损、附属设施病害、漏砂，其中裂缝病害最为普遍。广西沿海油码头泊位多采用重力墩式结构，主要病害有裂缝和不均匀沉降、位移，其中裂缝病害发生率极高。

2 病害产生的原因及对码头的影响

2.1 裂缝

2.1.1产生的部位及原因

裂缝贯穿码头的整个生命周期。出现裂缝病害的主要部位有码头顶面、胸墙迎水面、护轮坎。码头顶面的裂缝主要分布在系船柱周围混凝土面层、管沟附近面层、油码头输油设备周围的混凝土面层。既有独立发展的裂缝，也有网状裂缝。胸墙迎水面裂缝主要沿着竖向发展，有些为浅层裂缝，有些则贯穿胸墙。护轮坎裂缝一般与护轮坎轴线正交、斜交，裂缝宽度较小，多为浅层裂缝。

研究发现，裂缝主要有以下几种：1)温度裂缝：码头施工时，大体积混凝土内外存在温度梯度差，导致结构产生自生应力裂缝；2)混凝土干缩裂缝：码头施工时，混凝土骨料在重力作用下下沉，受到模板、钢筋的约束时，混凝土产生塑性变形裂缝；3)由外荷载引起的裂缝：一是由于施工程序不合理，下部安装构件沉降尚未稳定就浇筑胸墙，导致码头胸墙在施工中的受力过大而开裂，二是码头使用荷载超过设计值，导致结构开裂；4)不均匀沉降引起的裂缝：码头发生不均匀沉降，引起胸墙整体弯曲破坏，形成的裂缝多为贯穿裂缝；5)应力集中裂缝：码头上的管沟、系船柱等各附属设施的预留孔洞，出现应力集中，引起混凝土开裂。

2.1.2对码头的影响

一般表层、浅层裂缝对码头结构没有太大影响，但裂缝随着时间推移发展成深层裂缝，甚至贯穿裂缝，则会对码头构成威胁。1)安全性：胸墙贯穿裂缝将影响胸墙结构的整体性，影响胸墙抗滑、抗倾稳定性；2)适用性：码头面层开裂使码头面变得粗糙，流动机械在上面行驶容易造成车轮磨损；3)耐久性：胸墙或护轮坎等结构配有钢筋时，裂缝的产生将会加速二氧化碳和氯离子等物质侵入混凝土，加速混凝土碳化及钢筋表层钝化膜的破坏而锈蚀，从而使耐久性降低。

2.2 结构破损

2.2.1产生的部位及原因

结构破损病害多出现在运营时间较长的码头中。新建码头较少发现该病害，且破损程度较轻微。结构破损主要发生在码头胸墙和护轮坎上。胸墙结构破损主要表现在胸墙迎水面混凝土破损(或浆砌石掉落)、码头分段缝两侧的胸墙混凝土挤压破坏。护轮坎破损主要表现为护轮坎混凝土碎裂、掉落。造成结构破损的主要原因如下：1)钢筋锈蚀：护轮坎等配筋构件开裂后钢筋锈蚀，钢筋锈胀挤压周围混凝土，致使混凝土破坏、掉落；2)机械刮擦、船舶撞击：船舶撞击胸墙、护轮坎，造成胸墙、护轮坎损坏；3)码头不均匀沉降：码头两相邻结构段码头发生不均匀沉降，互相挤压导致结构段两侧混凝土破坏,结构破损。

2.2.2对码头的影响

非承重构件破损一般影响使用性和耐久性，码头承重构件破损还影响结构安全性。构件破损的主要影响如下：1)安全性：胸墙混凝土大范围破损，或胸墙浆砌石掉落，威胁码头安全；2)适用性：胸墙、护轮坎发生破损，影响码头使用；3)耐久性：护轮坎等配筋构件破损后，钢筋外露而锈蚀加速，锈蚀产物进一步挤压周围混凝土导致开裂混凝土破坏，耐久性降低。

2.3 水工结构附属设施病害

2.3.1产生的部位及原因

水工结构附属设施病害多出现在运营时间较长的码头中。水工结构附属设施主要包括系船柱和橡胶护舷。系船柱病害表现为码头没有系船柱，系船柱缺少帽檐，或系船柱设置个数、间距不合理。橡胶护舷病害表现为码头没有设置橡胶护舷，或橡胶护舷属性不明，或橡胶护舷老化不更换。

水工结构附属设施病害产生的主要原因如下：1)码头建设时没有按规范要求建设系船柱，码头运营时在码头面现浇混凝土柱或埋设钢筋条作为系船设施；2)码头建设时没有配备橡胶护舷，靠泊的船舶自备轮胎护舷；3)码头疏于管理，未及时更换老化的橡胶护舷。

2.3.2对码头的影响

码头未设置橡胶护舷、橡胶护舷性能不满足要求，或系船柱无帽檐船舶脱缆等，船舶在靠泊时撞击码头胸墙，对码头造成影响。1)安全性：胸墙混凝土(浆砌石)碎裂掉落，威胁码头安全；2)适用性：船舶撞击码头胸墙、护轮坎，造成胸墙、护轮坎损坏，影响码头使用；3)耐久性：船舶撞击导致护轮坎等配筋混凝土保护层损坏而耐久性降低，或撞击浆砌石胸墙致使浆砌石掉落、松散，耐久性降低。

2.4 不均匀沉降与位移

2.4.1产生的部位及原因

码头不均匀沉降与位移病害主要表现为：码头两相邻结构分段水平面出现明显高差，或码头两相邻结构分段迎水面出现较大错牙；码头胸墙出现贯穿裂缝；码头装卸设备前后轨道不在同一水平面上，或相邻轨道分段出现明显高差。

码头不均匀沉降、位移产生的原因如下：1)码头地质情况复杂：某些局部区域地基承载力不够，基底土质差，在荷载作用下，地基压缩变形较其他区域大；2)施工控制不到位：个别部位软弱土层未能挖除干净，或下部结构安装后沉降尚未稳定就急于建设上部结构，造成不均匀沉降；3)超荷载运营：码头某些部位使用荷载超出设计值，造成局部沉降较其他地方大。

2.4.2对码头的影响

1)安全性：码头发生不均匀沉降而重心前移，可能导致抗倾稳定性不足而倾覆；码头发生不均匀沉降致使胸墙内拉应力过大而产生贯穿胸墙的裂缝，影响胸墙的抗滑、抗倾稳定性。2)适用性：码头发生不均匀沉降导致码头面坑洼不平，影响码头使用；码头发生不均匀沉降致使装卸机械前后轨道出现高差、或不同分段轨道出现高差，影响使用。3)耐久性：码头发生不均匀沉降后，导致码头配筋构件内部拉应力过大而开裂，加速钢筋锈蚀，耐久性降低。

2.5 漏砂

2.5.1产生的部位及原因

广西沿海岸壁式码头大多数采用大圆筒结构。大圆筒具有受力合理等优点，但接缝处也较易发生漏砂。调研发现，码头回填的中、粗砂从缝隙漏出，码头面局部下陷。

码头漏砂的主要原因有：1)墙身产生不均匀沉降和位移，形成缝隙而漏砂；2)波吸力、水流力破坏倒滤层，形成缝隙而漏砂；3)施工缺陷，如安装缝隙过大，大于设计倒滤料的直径，造成漏砂。

2.5.2对码头的影响

1)安全性：漏砂区码头面层失去支撑发生下陷，有的甚至形成漏斗形空腔，联锁块面层局部下陷成坑，威胁码头安全；若码头面层为混凝土面层，水泥稳定层在荷载作用下，易发生脆性破坏。2)适用性：漏砂使码头上部结构产生变形、甚至下陷坍塌，码头不能完全发挥其装卸、堆货的作用。3)耐久性：漏砂不及时处理，码头面局部下陷、坍塌，使用年限减少。

2.6 基床淘刷

2.6.1产生的部位及原因

基床淘刷病害主要发生在运营5 a以上的码头中。抛石基床淘刷主要原因有：1)抛石基床施工缺陷，如基床石级配不良导致基床上部找平用的碎石逐渐被冲走等，造成基床表面出现空洞；2)码头前沿水域疏浚深度过大，导致抛石基床滑落；3)码头所在地水文条件复杂，波浪水流共同作用造成基床淘刷；4)拖轮靠离泊时造成的大流速场，造成抛石基床淘刷。

2.6.2对码头的影响

1)安全性：基床淘刷后，基床顶部、底部应力增大导致码头沉降、塌陷；沉箱与基床的接触点不再是前趾点，码头对接触点的抗倾稳定性降低；2)适用性：基床遭到冲刷破坏后，有可能引发墙体不均匀沉降，影响码头正常使用；3)耐久性：基床冲刷破坏造成码头不均匀沉降，导致构件开裂、钢筋锈蚀，耐久性降低。

3 防治措施

根据每一类型病害分布及产生的原因，从设计、施工、运营管理等方面提出相应的码头病害防治措施(表1)。

表1 病害防治措施

4 结语

1)广西沿海重力式码头水工结构病害主要有裂缝、附属设施病害、结构破损不均匀沉降与位移、漏砂、基床淘刷等病害。其中，裂缝病害最为普遍，贯穿码头整个生命周期。

2)在所调研的泊位中，安全性B级及以上的泊位约有93%，适用性B级及以上的泊位约有85%，耐久性A级的泊位约有77%。

3)裂缝、结构破损、附属设施病害发生率基本随运营时间增加而增大；不均匀沉降与位移、漏砂病害在码头运营的各时间段均可能发生；基床淘刷病害出现在运营5 a以上的码头中。

4)广西沿海油码头泊位主要病害有裂缝和不均匀沉降与位移，其中裂缝病害发生率高达93%。

5)裂缝主要出现在码头顶面、胸墙迎水面、护轮坎；结构破损主要发生码头胸墙、护轮坎上；水工结构附属设施病害主要发生在系船柱和橡胶护舷；不均匀沉降与位移主要表现为码头两相邻结构分段迎水面出现较大错牙，码头面各处出现较明显的高差；漏砂病害表现为码头面因漏砂而局部下陷；基床淘刷主要发生在重力式码头水下基床上。病害产生与发展是多种因素共同作用的结果。

6)针对不同的病害，应在设计、施工、运营阶段采取相应的防治和修补措施。