探討港口碼頭混凝土結構銹蝕破損加固技術

張仁奎

（中交武漢港灣工程設計研究院有限公司 湖北武漢 430000）

引言

碼頭建筑設施是海港船舶運輸的基礎保障。我國早期水工建筑物施工設計規范標準較低，隨著國家水運工程的快速發展，大量在役老港口水工建筑物受使用和環境條件的影響，材料劣化、結構功能降低的現象日益嚴重，因此迫切需要對結構進行修補加固。對老碼頭、防波堤等結構進行修補和加固是保證其使用安全、延長使用壽命、提升結構能力的有效方法。近幾年一些新技術、新工藝的涌現，使修補加固措施更趨規范化、多樣化，但在實際應用中，修補加固方法仍然受結構形式、破損程度和建設條件等多種因素影響，因此碼頭建筑物的修補加固從技術、經濟等角度都有一定的研究價值。

本文介紹某海港碼頭結構修補和加固設計原則，基于實際案例，對碼頭建筑物的修補、加固問題進行總結和探討，為在役海港碼頭類似構件的修補加固提供借鑒。

1 碼頭工程概況

1.1 工程背景

該碼頭位于沿海水域，建于1998年，建設規模為1個萬噸級散貨泊位，主要用于裝卸貨物。其中貨物碼頭1座、現場指揮樓1座和引橋1座。貨物碼頭為高樁梁板式碼頭，分3個區段。上部結構由縱橫梁和預制疊合面板組成，縱橫梁下設1道鋼筋混凝土二層撐桿系統。基礎采用預制鋼筋混凝土方樁。

碼頭與引橋轉角處設指揮樓平臺1座，基礎采用預制鋼筋混凝土方樁。系纜墩采用高樁墩臺式結構，基樁為PHC管樁。

1.2 結構存在的主要問題

截至2017年，該碼頭建筑物的使用年限己接近20年，由于長期處于海洋氣候環境中，且水域具有含鹽量高、混濁、泥沙含量大、海生物附著少等特點，面臨著海水、海霧等多重腐蝕，而且作為重要的貨物裝卸碼頭，荷載大，大型船舶?？款l繁，致使碼頭及系纜墩的主體結構出現不同程度的破損及缺陷：

（1）部分縱梁、橫梁、撐桿系統等局部存在裂縫和混凝土破損；

（2）部分縱梁、撐桿系統、橫梁局部存在空鼓現象；

（3）縱梁、橫梁以及軌道梁加固鋼板等存在不同程度的銹跡或者銹蝕；

（4）碼頭軌道梁加固鋼板與混凝土黏結之間出現空鼓，部分空鼓率大于5%；部分縱梁中加固碳纖維與混凝土黏結之間存在空鼓現象，部分空鼓率大于5%；

（5）縱梁、橫梁、系纜墩樁基局部不規則銹跡等外觀缺陷。表面銹跡為樁身混凝土中表層鋼纖維受海水中氯離子影響銹蝕所致，并非樁基內部銹蝕滲出銹跡。

2 修補加固技術方案

2.1 設計原則

（1）修補方案充分考慮施工技術等因素，不得破壞周邊環境；

（2）修補方案所采用的結構、材料，應根據環境因素充分考慮結構的合理性，并注重防腐設計，提高結構耐久性。

2.2 設計主要依據

（1）《碼頭修復工程竣工檢測報告》；

（2）《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2006）；

（3）《港口水工建筑物修補加固技術規范》（JTS311-2011）；

（4）《海港工程鋼結構防腐蝕技術規范》（JTS153-3-2007）；

（5）《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》（JTJ275-2000）。

根據相關規范并保障修補主體結構配套功能設施完善，方便后期使用和管理，針對不同結構破損情況采用不同的修補加固方案。

修補加固設計原則：

（1）修補方案充分考慮施工技術等因素，不得破壞周邊環境；

（2）修補方案所采用的結構、材料，應根據環境因素充分考慮結構的合理性，并注重防腐設計，提高結構耐久性。

修補加固方案：

（1）縱梁、橫梁、撐桿系統等裂縫修補，當寬度W＜0.3mm時，采用表面封閉法；當寬度W≥0.3mm時，采用注射法。

（2）縱梁、橫梁、撐桿系統等混凝土破損修補，若無鋼筋銹蝕，采用砂漿修補；若有鋼筋銹蝕，采用除銹或補焊鋼筋，再用砂漿修補。

（3）碼頭軌道梁加固鋼板銹蝕，縱梁、橫梁、撐桿系統、系纜墩樁基等不規則銹跡，軌道梁鋼板空鼓率大于4%，采用噴砂除銹，涂層修補，硅烷浸漬，開孔注膠。

（4）縱梁加固碳纖維空鼓大于4%，去除舊碳纖維，新碳纖維搭接。

2.3 混凝土裂縫修補

檢測報告顯示碼頭的橫梁、縱梁、撐桿系統、基樁等構件存在不同程度的靜止裂縫，屬于非耐久性破損，部分裂縫存在銹跡；根據裂縫寬度的不同對其進行非耐久性裂縫修補。

裂縫寬度W＜0.30mm的裂縫采用表面封閉法進行修補，而對于結構構件裂縫寬度全部≤0.2mm，可采取涂刷涂料進行修補；寬度W≥0.3mm的裂縫采用注射法進行修補。

注漿修補處理施工工藝流程：

（1）清除裂縫表面松散物和縫內異物；

（2）沿裂縫合理安置灌漿嘴；

（3）配制注漿材料，然后封閉裂縫；

（4）壓氣檢查灌漿嘴的連同和封閉效果；

（5）配制注射材料，然后壓力灌漿，完成注漿，拆除灌漿管路；

（6）拆除灌漿嘴，對混凝土表面進行修整；

（7）質量檢測及修復。

根據現場環境和施工需要，注漿材料應具備表1中的性能。注漿材料的各種力學性能均符合《港口水工建筑物修補加固技術規范》。

表1 注漿材料性能

第三方檢測結果表明：混凝土裂縫修補良好外觀平整密實，無縫隙和孔洞，符合《港口水工建筑物修補加固技術規范》。

2.4 混凝土脫落修復

對于不產生裂縫且沒有露筋的混凝土小面積脫落，采用置換混凝土加固法進行修復。具體的設計規定、加固計算和構造規定應按現行標準GB50367《混凝土結構加固設計規范》的要求執行，且應在舊混凝土表面涂刷界面膠，以保證新舊混凝土的協同工作。對于混凝土大面積脫落、露筋構件的修復，需先整塊鑿除鋼筋保護層上的混凝土。

對于露筋構件，還應將鑿除混凝土的范圍擴展到鋼筋未銹蝕處。去除浮銹，對銹蝕嚴重的鋼筋還要補焊主筋和箍筋。對處理好的混凝土和鋼筋界面除塵除鹽，然后在鑿除鋼筋上面噴灑阻銹劑、涂刷聚合物水泥砂漿界面處理劑，最后在待修復處以約1cm的厚度分層涂抹聚合物水泥砂漿，且必須等上一層砂漿初凝后再涂抹下一層，直到恢復原有截面尺寸。按照行業標準JTS153-3《海港工程鋼結構防腐蝕技術規范》，建議選擇陰極保護和涂層聯合保護的防腐措施。在涂裝前注意對鋼管樁進行表面預處理，保證除銹清潔度和表面粗糙度。

2.5 “夾克法”維修加固墩柱提

夾克法施工工藝步驟如下（見圖1）：①放樣測量潛水員現場對待維修加固的立柱（樁身）尺寸進行測量。②定做玻纖套筒根據潛水員現場測量尺寸，工廠定做玻纖套筒，玻纖套筒運送到現場后，重新檢查尺寸，驗收合格后方可使用。③表面處理對水下橋墩進行加固前，先用高壓水下清除橋墩表面水生物，清理混凝土表面附著物，鑿除松散、破損的混凝土表面，如鋼筋有銹蝕的宜先用鋼絲刷進行除銹。④玻纖套筒安裝先在套筒的鎖扣槽內注入低模量氫酯環氧膠，然后撐開玻纖套筒，包裹橋墩，精確定位后用緊固帶臨時固定好玻璃纖維套筒，再用不銹鋼自攻螺釘每隔15cm對套筒鎖扣處進行緊固。⑤底部密封條安裝安裝底部25mm可壓縮密封條，此處橋墩與玻纖套筒之間不允許有空隙。⑥環氧灌漿料灌注灌注環氧灌漿料采用高位漏斗重力灌漿法，灌注環氧灌漿料15cm后封底暫停，待8h固化后繼續灌注環氧灌漿料至頂部。⑦固化完成最后用低模量氫酯環氧膠密封在玻纖套筒頂部與立柱間做一個斜坡，待灌漿料固化后，取下臨時緊固帶，“夾克法”系統安裝完畢。

圖1 夾克法施工工藝步驟

2.6 縱梁碳纖維空鼓加固

根據檢測報告得知，碼頭部分縱梁加固碳纖維與混凝土間黏結之間空鼓，對空鼓率大于4%的縱梁采用碳纖維搭接包覆加固方案進行處理。

碳纖維空鼓加固施工工藝流程：

（1）去除空鼓處舊碳纖維；

（2）沿空鼓處合理打磨；

（3）配制浸漬膠，然后制作新碳纖維布并浸漬；

（4）配制膠黏劑，并粘貼新碳纖維布；

（5）新舊搭接處粘貼處理；

（6）涂抹浸漬膠；

（7）質量檢測及修復。

表2為第三方檢測的部分縱梁碳纖維加固前后空鼓率。其結果表明：對碳纖維空鼓率大于4%的部分縱梁進行新碳纖維搭接，修補后外觀平整，空鼓率均控制在1.5%以下，即總有效黏結面積大于總黏結面積的98.5%，正拉黏結強度優良，均符合《港口水工建筑物修補加固技術規范》有關規定。

表2 部分縱梁碳纖維加固前后的空鼓率%

3 結語

根據該港域多個在役碼頭檢測評估的結果，總結出該區域高樁碼頭設施存在混凝土脫落、裂縫等幾個方面的常見問題，提出對應的維護治理方法，對海港碼頭結構修補及加固后，效果良好，加固強度優良，所采用的修補和加固技術經濟、有效，保障構筑物繼續長期安全運行。

[1]港口碼頭結構安全性檢測與評估指南[M].人民交通出版社，2010.

[2]《混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）[S].

[3]《建筑結構加固工程施工質量驗收規范》（GB50550-2010）[S].

[4]梁廣林，劉旭陽，高翔.某高樁碼頭加固改造工程的設計與施工[J].中國水運，2017，17（3）.

[5]《港口水工建筑物修補加固技術規范》（JTS311-2011）[S].

[6]《海港工程鋼結構防腐蝕技術規范》（JTS153-3-2007）[S].