基于全局观的钢筋混凝土高桩码头耐久性修复研究

庞崇安，李 俊，谢有福

（1.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231；2.上海港湾工程质量检测有限公司，上海201315）

引 言

结构耐久性修复系统的剩余使用年限是修复工程考虑的关键因素，因此应站在全局观的高度进行耐久性修复方案的设计与施工[1]。基于全局观的高桩码头耐久性修复方案涉及技术层面和管理层面两个层面。技术层面涵盖结构本体子系统、粘结子系统和修复材料子系统等三部分；管理层面涉及检测评估、修复设计、工程施工、工程监理和码头使用方等五方单位。

有别于新建结构，修复的钢筋混凝土结构，其耐久性影响因素较为复杂[2]。修复结构的耐久性不仅受到外部物理化学条件的侵蚀，而且还受修复造成的内部环境改变的影响。修复结构子系统之间相互关联，相互影响。而目前码头的耐久性修复侧重于修复材料的耐久性，忽视了各子系统之间的相互作用[3-4]。结构修复的目的是为了获得良好的完整结构修复系统。因此，修复系统中三个子系统均应满足耐久性要求，达到目标使用年限；修复材料子系统与结构本体子系统具有良好相容性；修复结构应具有整体性和耐久性，能防止结构外观劣化和钢筋的再锈蚀。

在码头耐久性修复项目中，码头使用方是核心。实际工程处于腐蚀环境下，修复构件往往在3～5年后会再次发生腐蚀损坏。建议采用基于全局观的修复方案，以达到良好的修复效果。修复方案和修复流程分别见图1和图2。在这个过程中，检测评估方是结构修复的主体，负责全过程耐久性修复工程。

图1 全局观的修复方案

图2 修复流程

1 高桩码头检测结果

1.1 码头工程概况

码头建于 1997年，地处舟山市本岛。码头包括一座码头平台和一座引桥，平面呈反“L”型布置，长208.2 m，宽18.0 m。码头为高桩梁板式结构，上部结构为敞开式平台，由纵横梁和预制叠合面板组成，下部为预制混凝土高桩结构，纵横梁下设二层撑杆系统。基础为600 mm×600 mm预制钢筋混凝土方桩，桩长为55.5～57.5 m，总桩数171根。

码头自建成15年先后进行了三次结构耐久性检测和两次修复，具体内容见表1。

三次对结构本体和工作环境进行检测，结构本体检测内容包括：构件外观质量、混凝土强度、混凝土保护层厚度、混凝土碳化深度、混凝土中氯离子渗透扩散情况、钢筋腐蚀电位、锈蚀钢筋断面损失、基桩完整性等；环境检测内容包括海水氯离子含量和pH值。第二次检测是针对第一次修复工程的质量，检测内容包括修复工程整体外观和混凝土防腐涂层质量。第三次检测针对的是第二次修复工程的质量，检测内容包括修复工程整体外观、混凝土防腐涂层质量、碳纤维修复、丙乳砂浆及环氧树脂质量、质量钢板加固质量等。

表1 码头检测评估及修复情况

三次检测评估的侧重点各有不同。第一次检测和第二次检测属于“事后控制”，反映码头耐久性客观情况；第三次检测属于“事中控制”，主要是为了把控工程质量。

1.2 检测结果

第一次检测结果显示，码头纵向梁系和二层撑杆普遍存在腐蚀损坏现象，混凝土保护层开裂，局部混凝土脱落，钢筋严重锈蚀甚至锈断；横梁也有一定程度的腐蚀损坏。码头的腐蚀损坏现象经过第一次修复后有所改观。然而，三年后第二次检测时码头纵向梁系和二层撑杆的腐蚀损坏现象依然普遍存在，且码头横梁同样存在一定程度的腐蚀损坏。

钢筋腐蚀与构件外观质量有很大关系，因此又对腐蚀损坏严重的轨道梁、纵梁和二层撑杆检测钢筋截面损失这一指标。检测结果表明，钢筋截面损失普遍存在于这三类构件中。只有轨道梁和纵梁的钢筋截面损失较小，二层撑杆因保护层开裂，其截面损失严重。支撑和斜撑的钢筋截面损失分别在6 %和20 %左右，部分撑杆钢筋锈断。

评估结论表明，腐蚀损坏严重的二层撑杆的剩余使用年限最短，其次为横梁、纵梁、轨道梁，只有码头面板和基桩能达到50年的设计使用年限。

2 基于全局观的高桩码头修复工程

2.1 修复方案

两次修复工程在管理层面和技术层面的区别如表2所示。

表2 两次修复工程比较

2.2 修复效果分析

1）构件外观质量

两次修复效果比较，二层撑杆、横梁、纵梁等构件修复效果差别明显，如表3所示。第一次修复后的几年内，很多修复构件依然出现腐蚀损坏现象；相比之下，第二次修复的构件外观质量完好。

表3 完好构件统计结果

2）钢筋腐蚀电位

四类构件修复前后的钢筋腐蚀电位数据曲线如图3所示。

图3 钢筋锈蚀曲线

第一次检测时，二层撑杆和纵梁的腐蚀电位负向大于-350 mV，钢筋锈蚀概率大于90 %；轨道梁和横梁的腐蚀电位在-200～-350 mV之间，钢筋腐蚀性状不确定。

第一次修复后，只有轨道梁的腐蚀电位正向大于-200 mV，钢筋腐蚀概率小于10 %，修复效果不理想。第二次修复效果明显，四类构件腐蚀电位均达到正向大于-200 mV，钢筋腐蚀概率小于10 %，钢筋电化学状态稳定。

3）钢筋截面损失

修复前后轨道梁、纵梁和二层撑杆这三类构件的钢筋截面损失对比见图4。第一次检测时发现轨道梁和纵梁的钢筋截面损失在规范[5]规定的5 %之内，而二层撑杆的钢筋截面损失远远超出了这个范围，因此没有对轨道梁和纵梁进行补筋或换筋，仅对二层撑杆进行补筋或换筋。4年后第二次的检测数据表明，二层撑杆钢筋截面损失重新达到2.36 %，钢筋再次被腐蚀，说明第一次修复后构件内残留了大量的氯离子。另外，轨道梁和纵梁经第一次修复后，钢筋截面损失略有增加，分别为0.03 %和0.07 %。第二次修复后，第二年再次检测时，各杆件均不再发生腐蚀损坏。

图4 钢筋截面损失

4）混凝土中氯离子含量

修复后再次检测发现轨道梁、纵梁和二层撑杆这三类构件中的氯离子含量仍然高于引起钢筋锈蚀的临界含量。尽管构件表面的修复措施对阻止氯离子进一步渗透有一定的作用，但因为环境中的氯离子增加，未进行氯离子脱盐处理的构件，其内部仍然有较高含量的氯离子残留。

为有效减少混凝土中的氯离子含量，第二次修复时采取了有针对性的修复措施。由图5可见，重新浇筑混凝土或聚合物材料的方法是最有效的，此类构件的氯离子含量显著低于引起锈蚀的临界值；同时电化学脱盐法的平均脱盐率达40 %以上，可以有效降低氯离子含量。

图5 纵梁氯离子含量曲线

3 结 语

在分析钢筋混凝土码头结构腐蚀损坏影响因素的基础上，采用全局观思路设计结构并使之贯穿整个过程的修复方案是行之有效的。全局观的结构耐久性修复理念包括管理层面和技术层面。在码头结构耐久性修复过程中，使用方、设计方、检测评估方、施工方和监理方共同参与，检测评估方全程贯穿始终。修复技术方案不只局限于损坏部位本身，而是充分考虑修复系统中各子系统之间的有机相容，根据构件的重要性、损坏原因和类型，有针对性地采取修复方法。以全局观的理念来指导码头结构的耐久性修复，可以获得良好的修复效果、经济效益和社会效益。