舟山地区某老交通码头受台风影响损伤后检测评估实例分析及引起的思考

2021-04-20刘佳

工程质量 2021年2期

刘佳

（上海港湾工程质量检测有限公司，上海 201315）

0 引言

2019 年受台风“米娜”影响，舟山地区某岛一老交通码头面板损坏、垮塌。为深入了解码头结构实际受损情况，并为其后续修复、加固或报废提供相关依据，受码头管理方的委托，依据 JTS 304－2019《水运工程水工建筑物检测与评估技术规范》（以下简称《检测评估规范》）［1］、《港口码头结构安全性检测与评估指南》（以下简称《指南》）［2］等相关规范对该码头进行检测并对其安全性、适用性、耐久性进行评估。

1 码头结构简况

码头结构情况简述如下：码头建成于1995年，为 1 座 300 t 级客货运码头，由高平台和低平台组成，其中高平台尺寸为 28.7 m×5.5 m，码头顶面高程+5.50 m；低平台尺寸为 28.6 m×6.5 m，码头顶面高程+3.5 m，高平台和低平台整体连接。码头平台均采用高桩梁板式结构，共计 1 个分段。桩基选用 Φ800 mm 嵌岩灌注桩；高平台上部结构采用下横梁、X 撑、联系梁、立柱、上横梁、预制面板，通过现浇面层连成整体；低平台上部结构采用下横梁、X 撑、联系梁、立柱、上横梁、踏步梁、现浇面板、靠船板，通过现浇面层连成整体。码头现场情况如图 1 所示。

图1 码头现场照片

2 检测评估内容

经过现场踏勘，根据码头实际情况确定检测内容如下：①码头外观质量检查：构件表面破损、露筋、蜂窝、空洞、裂缝检查，各构件结合部位完好程度检查；②码头结构沉降、位移测量；③钢筋混凝土各项性能参数检测：混凝土强度、钢筋保护层厚度、碳化深度、钢筋腐蚀电位、氯离子含量；④地基及基础检测：基桩桩身完整性；⑤接岸结构及岸坡外观检查；⑥停靠船及防护设施外观检查；⑦码头结构安全性、适用性、耐久性评估。

3 检测评估结果

经现场认真检测、检查并根据码头实际情况进行分析、验算，得出检测评估结果如下所述。

3.1 构件外观检查

码头高平台预制面板、上横梁、立柱、X 撑、联系梁受氯盐侵蚀严重，均产生典型的氯盐引起的外观质量缺陷（见图 2），如：①预制面板底部混凝土大面积剥落、钢筋锈蚀严重，剩余截面较少，部分区域钢筋锈断，呈素混凝土状态，部分预制面板受台风影响发生垮塌；②上横梁、立柱、X 撑、联系梁、下横梁均产生主筋顺筋裂缝，裂缝处存在锈迹，上横梁裂缝较多、较严重，X 撑、联系梁较少。

3.2 码头结构沉降位移

码头建设年代较早，建设时期及运营时期均未埋设沉降位移观测点，无法量化检测码头沉降位移情况。通过对码头接岸处外观情况，可判定码头未产生明显不均匀沉降位移。

3.3 钢筋混凝土各项性能参数

码头各类混凝土构件强度、钢筋保护层厚度均满足设计要求；碳化深度在 5.0 mm 范围内；预制面板、部分上横梁、立柱、X 撑、联系梁的钢筋锈蚀电位负向大于-350 mV，锈蚀概率大于 90 %，其余各类构件的钢筋腐蚀电位在-350～-200 mV 之间，腐蚀概率为 50 %；混凝土构件钢筋处的氯离子含量均大于钢筋发生腐蚀的氯离子含量临界值，结果如表 1 所示。

表1 不同区域构件氯离子含量 %

3.4 基桩检测

码头基桩完整性采用既有结构下低应变法检测技术，本次共检测 9 根灌注桩，未发现 III 类、IV类桩，基桩完整性整体情况良好。

3.5 接岸结构与岸坡外观

根据现场检查，接岸结构混凝土构件未发现表面破损、露筋、裂缝等外观缺陷，基础未见明显冲刷和掏空情况；岸壁后方岸坡局部存在塌陷情况。

3.6 停靠船及防护设施外观

码头平台前沿橡胶护舷缺失；部分护栏缺失或松动；局部护轮坎破损；系船柱普遍锈蚀。

图2 构件典型外观缺陷

表2 主筋腐蚀截面面积损失率及强度设计值

3.7 安全性验算

3.7.1 腐蚀后钢筋截面面积及强度设计值

该工程预制面板、上横梁、立柱钢筋截面损失率分别为 83.6 %、33.0 %、18.2 %，均大于 10 %，腐蚀后钢筋强度设计值通过实验确定为 224、230、299 MPa，结果如表 2 所示，钢筋力学性能试验曲线如图 3～5 所示。其他构件截面损失率小于 5 %，腐蚀较均匀，腐蚀后钢筋强度设计值按原钢筋强度设计值取用。

3.7.2 腐蚀后钢筋强度利用系数

图3 预制面板钢筋实测曲线

图4 上横梁钢筋实测曲线

腐蚀后配筋指标计算公式如式（1）所示。

式中：q0为腐蚀后配筋指标；Asc为腐蚀后钢筋截面面积，mm2；fyc为腐蚀后钢筋强度设计值，MPa；fc为混凝土原轴心抗压强度设计值，MPa；b 为腐蚀后构件截面宽度；h0为腐蚀后构件截面高度。

配筋指标计算结果如表 3 所示。腐蚀后配筋指标不大于 0.246 时，腐蚀后强度利用系数取 1.0；立柱为受压构件，钢筋腐蚀后强度利用系数取 1.0。

3.7.3 腐蚀后钢筋抗力计算

根据现场检测结果，码头预制面板、上横梁、立柱钢筋产生腐蚀，根据《检测评估规范》规定，腐蚀后的钢筋抗力如式（2）所示。

式中：Pyc为腐蚀钢筋的抗力，kN；αs为腐蚀后钢筋强度利用系数；fyc为腐蚀后钢筋强度设计值，MPa；Asc为腐蚀后钢筋截面面积，mm2。

图5 立柱钢筋实测曲线

表3 预制面板、上横梁配筋指标

表4 腐蚀后钢筋抗力

表5 码头主要构件承载力验算结果

表6 混凝土基桩承载力验算结果

腐蚀后钢筋抗力计算结果如表 4 所示。根据实测钢筋腐蚀情况，依据行业标准 JTS 151－2011《水运工程混凝土结构设计规范》［3］（以下简称《设计规范》）的规定，对码头主要构件承载能力进行验算，结果如表 5～6 所示。

根据安全性验算结果，码头预制面板、立柱安全性评估等级为 D 级，根据《检测评估规范》规定，评估分级从基本单元、子单元和评估单元依次进行，并逐级确定上一级的评估等级，各验算项目的等级，取最低一级作为该评估单元的安全性评估等级，因此该码头安全性等级评为 D 级。

3.8 适用性评估

码头适用性根据现场检测各类主要构件的裂缝开展情况及建筑物整体破损严重程度、变形、变位情况进行评估。该码头主要构件裂缝开展情况较普遍，裂缝宽度较大；码头整体破损较严重，显著影响码头安全性及使用功能。综合得出码头适用性为 D 级。裂缝情况验算结果如表 7 所示。

表7 裂缝情况验算结果

3.9 耐久性评估

耐久性分级是根据外观劣化度及耐久性是否满足设计使用年限来评价。该码头外观劣化度评为 D 级的构件较多，经氯离子扩散模型剩余寿命分析计算，主要构件剩余使用寿命均不能满足设计使用年限要求，预制面板严重损坏，综合判定该码头耐久性为 D 级。

4 预制面板垮塌原因简述

该码头是遭受氯盐侵蚀致损，运营过程中缺乏必要的维护、保养，最终在强外力干扰下破坏的典型案例。外因为强台风影响，内因为预制面板受氯盐侵蚀，钢筋严重锈蚀。钢筋混凝土受氯盐侵蚀分以下 3 个阶段：钢筋处氯离子超标钢筋开始锈蚀；钢筋锈蚀产生氧化物致保护层锈胀开裂；钢筋截面变小且与混凝土无握裹，功能明显退化。笔者认为造成预制面板底部钢筋严重锈蚀的原因主要包括以下几方面：①该码头建造于 1995 年，时间较为久远，码头受氯盐长时间侵蚀；②建设时期施工技术水平有限；③建设时期混凝土原材料质量一般；④码头处在偏远小岛，受施工环境、位置的影响；⑤建设时期工程技术人员对混凝土耐久性认识存在局限性；⑥运营过程中缺乏必要的维护和保养。

笔者近年来有幸参加了舟山群岛地区 9 座交通码头的检测评估工作，码头建成年代分布在 1981～2008 年，其中 2 座码头建成于 1980 年代，3 座码头建成于 1990 年代，4 座码头建成于 2000 年以后。笔者将不同年代不同区域混凝土构件钢筋处氯离子含量［4-12］平均值罗列如表 8 所示。

表8 钢筋处氯离子含量 %

根据不同区域（大气区、浪溅区、水变区）混凝土构件钢筋处氯离子含量并结合外观检查情况综合分析，码头混凝土结构不管处在何种区域均受到不同程度氯盐侵蚀，尤其是 80、90 年代建成运营的交通码头混凝土钢筋处氯离子含量均超过引起钢筋腐蚀的临界值。建议同时期码头使用单位须高度重视码头结构情况，立即对码头情况进行摸排、检查，及时发现问题，根据检测、检查情况科学制定维修、加固方案并展开修复工作，保证码头营运安全。

5 现阶段增强混凝土耐久性的措施和方法

随着工程技术人员对混凝土耐久性研究的深入以及工程建设水平的提高，现阶段增强钢筋混凝土耐久性的措施主要包含：①采用合适的配合比，提高混凝土密实性；②选择符合国家标准的水泥且标号≥ 425号；③采用质地坚固的天然河砂；④粗骨料采用质地坚固的碎石、卵石，有适当的级配且粗骨料最大粒径符合相应规定；⑤不得采用海水拌合及养护混凝土；⑥选择对钢筋防腐蚀和混凝土性能无不利影响的优质外加剂；⑦采用高性能混凝土；⑧混凝土构件截面几何形状简单、表面平整利于排水，结构和构件有利于通风；⑨规定不同区域钢筋保护层最小厚度；10 规定不同区域混凝土强度最低等级；11 采用环氧涂层钢筋、钢筋阻锈剂；12在混凝土表面喷涂防腐涂层或硅烷。