碼頭水工結構病害機理及防范對策探

李俊俊

摘要：鋼筋混凝土結構是港口水工建筑物的主要結構形式。該結構因受多種因素影響，往往未到設計使用年限，就會發(fā)生不同程度的破損。如不及時采取有效的維修措施，將會使港口水工建筑物的結構承載力降低、耐久性減退，甚至還會導致結構破壞，造成較大的經(jīng)濟損失或重大安全責任事故。若想有效解決結構病害問題，就需要有效分析結構病害產(chǎn)生的機理，進而提出有效的結構加固措施保障碼頭水工結構的質量。因此，本篇文章主要分析與探討了碼頭水工結構的病害機理及其防范的措施。

關鍵詞：碼頭水工結構；病害；處理

我國碼頭水工建筑物最重要的結構形式即為鋼筋混凝土結構。影響鋼筋混凝土結構質量的因素有很多，由此也就導致了碼頭水工結構還未到設計的使用期限，就會出現(xiàn)破損。而如果在破損之后，未及時采取合理的維修與保養(yǎng)措施，就會降低碼頭施工建筑物的承載力與耐久力，嚴重的還會對結構產(chǎn)生影響，進而可能會導致安全生產(chǎn)事故的出現(xiàn)，造成嚴重的經(jīng)濟損失。

1 碼頭水工結構病害機理

1.1 裂縫問題

混凝土結構的任何損傷與破壞，一般都是首先在混凝土中出現(xiàn)裂縫，裂縫是反映混凝土結構病害的晴雨表。所以，對混凝土結構的損傷檢測，首先應從對結構的裂縫調查、檢測與分析入手，混凝土結構的裂縫是由材料內(nèi)部的初始缺陷、微裂縫的擴展而引起的。引起裂縫的原因很多，主要有以下兩類：第一類，由外荷載引起的裂縫，稱為結構性裂縫（又稱為受力裂縫），其裂縫的分布及寬度與外荷載有關。這種裂縫的出現(xiàn)，預示結構承載力可能不足或存在其他嚴重問題。第二類，由變形引起的裂縫，稱為非結構性裂縫，如溫度變化、混凝土收縮等因素引起的結構變形受到限制時，在結構內(nèi)部就會產(chǎn)生抗應力，當此應力達到混凝土抗拉強度極限值時，即會引起混凝土裂縫，裂縫一旦出現(xiàn)，變形得到釋放，拉應力也就消失了。兩類裂縫有明顯的區(qū)別，危害效果也不相同，有時兩類裂縫融在一起。

1.2 鋼筋銹蝕

（1）沒有預兆的突然破壞。這類破壞多為預應力構件中預應力筋嚴重銹蝕所致。在預應力構件中，當一根或幾根鋼筋銹蝕到一定程度時，受蝕鋼筋裂斷，其余預應力鋼筋不足以承受荷載應力，相繼斷裂，造成構件破壞。此外，當保護層較厚，鋼筋直徑較細，受強荷載作用下保護層混凝土沒出現(xiàn)造成鋼筋銹蝕時，也容易出現(xiàn)無預兆的破壞。（2）無明顯預兆的破壞。這類構件破壞前雖然有鋼筋銹蝕將保護層脹裂的現(xiàn)象，但構件破壞前不出現(xiàn)明顯的受力破壞裂縫、變形等前兆：這類破壞常見于鋼筋錨固區(qū)的破壞，受彎構件剪切破壞以及柱子牛腿的剪切破壞等。特別是當受蝕鋼筋承擔部分或大部分荷重時，更容易出現(xiàn)這種破壞。（3）有明顯預兆的破壞。有明顯預兆的破壞多見于受彎構件跨中鋼筋銹蝕，以及大偏壓構件的受拉鋼筋銹蝕等。這類構件在破壞前會產(chǎn)生一定的變形，如板或梁的跨中撓度明顯可見，鋼筋大面積的嚴重銹蝕等。

2 結構病害的防范對策

2.1 做好前期準備工作

為了保證鋼筋混凝土達到足夠的強度，就必須全面考慮鋼筋混凝土的最大受力值。在設計碼頭水工結構的過程中，不僅要考慮到水工碼頭的強度，還要考慮到鋼筋混凝土材料的節(jié)約。除上所述，可以利用鋼筋混凝土的承載能力對碼頭水工結構的自重進行測定，如果測定的結果超過了最大的荷載量，工作人員就要對此結構進行重新改進，還要嚴格控制截面的形式及結構。在施工過程中，一方面要考慮到工程施工的質量，同時還要考慮到工程施工的成本。

2.2 裂縫問題的解決措施

從受力的合理性來說，最好將梁設計成等強度梁，這樣可以節(jié)省材料，減輕梁的自重。但是由于等強度梁為變截面梁，施工比較困難，從而提高了施工成本，而且一般提高的成本比節(jié)省材料減少的成本還多。因此目前的梁、板等混凝土構件一般做成等截面，從而使梁的控制截面以外的其它截面的強度有不同程度的富余。因此在非控制截面部位出現(xiàn)裂縫或破損使截面削弱而造成的截面承載力下降量不大于等截面梁開裂截面強度的富余量，這種裂縫和破損并不影響梁的承載力。對于非荷載作用產(chǎn)生的裂縫，雖然對梁的強度影響不大，但直接影響梁的耐久性。對于荷載作用產(chǎn)生的裂縫，則要根據(jù)梁的有關數(shù)據(jù)及調查得到的混凝土實際強度等資料，判別梁的承載力是否有所下降。如果梁的承載力有所下降，則需要用碳纖維進行補強加固。

2.3 銹蝕問題的解決

海洋環(huán)境中氯離子侵蝕而引起的混凝土構件的耐久性破壞的研究工作需要進步深入，對于進一步的工作，可以著中探討以下觀點：（1）干濕循環(huán)是有效的加速銹蝕手段，比電化學加速銹蝕更接近實際銹蝕情況，包括鋼筋的不均勻銹蝕和銹蝕產(chǎn)物。對于鋼筋銹蝕的進一步發(fā)展，以及不同的裂縫對于鋼筋銹蝕的影響有待于進一步研究。（2）對于銹蝕混凝土梁時變性能的研究需要對更多的足尺試驗梁進行試驗工作，試驗數(shù)據(jù)的積累需要一個長期的過程。（3）對于銹蝕混凝土梁力學性能的研究需要對更多不同截面尺寸的梁進行試驗研究，鋼筋銹蝕對于銹蝕混凝土抗剪承載能力影響的機理有待進一步研究。（4）混凝土結構耐久性評估。目前國內(nèi)外學者對混凝土結構耐久性的研究大多停留在結構材料、混凝土構件層面上，對混凝土結構耐久性的研究比較少。

2.4 對碼頭水工結構病害區(qū)域進行碳纖維加固

如果，截面開裂破損截面強度損失指標低于截面強度富裕度，施工人員不需要對鋼筋混凝土結構進行工程加固。當前，封堵裂縫區(qū)域所采用的主要方法就是普遍性的作業(yè)方式，其主要是避免鋼筋混凝土周遭的腐蝕質以混凝土裂縫為載體進人鋼筋混凝土內(nèi)部，由此也就避免了混凝土內(nèi)部鋼筋部件出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，提高了碼頭水工結構的質量。

綜上所述，碼頭混凝土結構病害及到結構構件的組成材料及其性能、構件的施工質量、結構的受力狀態(tài)、結構所處的環(huán)境、結構服役年限等諸多因素。本文針對水工結構混凝土結構的病害特點，對在役海港碼頭混凝土構件的病害問題進行了研究，希望能夠對相關工作有所借鑒。

參考文獻：

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