廣西內河高樁碼頭病害分析

唐巾評

摘要：文章針對廣西內河高樁碼頭運營過程中的病害問題進行研究，采用現場調查方法，得出廣西內河高樁碼頭主要病害有裂縫、不均勻沉降、鋼筋銹蝕、構件破損、樁基淘蝕等類型，并分析了各類型病害的成因與危害，提出了相應的病害防治措施。研究成果可為高樁碼頭的設計、施工與運營提供參考。

關鍵詞：高樁碼頭;病害;成因;防治措施

0 引言

碼頭在臨水環境中長時間運行，在船舶撞擊等水平荷載和碼頭面機械輪壓、堆貨等豎向荷載共同作用下，會產生各種病害。隨著廣西內河航道等級的提高，水路運輸繁忙，碼頭病害問題也日漸顯著。國內有學者對高樁碼頭病害進行研究，但大多針對某一種病害，分析其成因[1]、危害，提出防治措施[2]、監測方法[3]，而未對廣西內河高樁碼頭病害進行系統地分析、研究。依托《廣西碼頭工程結構安全監控模式研究》課題，本文對廣西內河的貴港港、梧州港、南寧港、柳州港的碼頭進行了病害調研分析。

1 廣西內河碼頭概述

廣西內河碼頭以高樁結構型式為主，高樁碼頭占廣西內河碼頭一半以上。本次調研的高樁碼頭泊位共62個，發現病害的泊位達40個，病害發生率為65%。廣西內河港高樁碼頭結構病害按病害發生的普遍程度從高到低排序為：裂縫、不均勻沉降、鋼筋銹蝕、構件破損、樁基淘蝕。各類型病害發生率統計見圖1。

2 廣西內河碼頭病害成因及危害分析

2.1 裂縫

2.1.1 裂縫產生部位及原因

裂縫是高樁碼頭最普遍的病害，貫穿碼頭的生命周期。無論是剛投產運營還是運營一定時間的碼頭，均發現裂縫。裂縫產生部位主要有：（1）碼頭頂面面層，尤其是系船柱、排氣孔附近;（2）碼頭面板、橫梁、縱梁底部及立柱;（3）接岸擋土墻頂面和墻身。其中，碼頭頂面面層、擋土墻裂縫較為普遍。

裂縫產生的原因可分為施工原因和運營管理原因。部分剛投產運營碼頭的面層就已有裂縫，主要是由于施工過程中的水灰比不合理，混凝土養護不到位，溫度應力、混凝土收縮變形等引起。而另外一部分碼頭在運營一段時間后，面層、橫梁、縱梁或立柱才出現裂縫，主要原因有：碼頭超荷載使用，構件整體抗裂能力不足，導致裂縫產生;系船柱等附屬設施的預留孔洞、碼頭面排氣孔等周圍應力集中，導致裂縫產生。廣西區內高樁碼頭接岸擋土墻大多采用漿砌石結構，而擋土墻裂縫產生的主要原因是地基產生不均勻沉降，導致結構內部拉應力過大。

2.1.2 裂縫對碼頭的影響分析

表層、淺層裂縫，對碼頭結構安全性、適用性幾乎不產生影響，但隨著時間推移，裂縫發展為深層、貫穿裂縫時，將會對碼頭構成威脅。

（1）安全性。高樁碼頭梁、板、柱在水中或臨水環境中工作，濕度大，混凝土深度開裂后，鋼筋銹蝕速度較一般環境快，而鋼筋銹蝕將導致構件的抗彎、抗拉、抗剪承載力降低。擋土墻貫穿裂縫將使擋土墻整體穩定性降低。

（2）適用性。碼頭混凝土面層因開裂變得粗糙，運輸機械在上面行駛將造成車輪磨損。

（3）耐久性。在梁、板、柱等配筋構件上，裂縫的產生會加快CO2、O2等物質侵入混凝土的速度，加速混凝土碳化和混凝土內鋼筋銹蝕，降低耐久性。

2.2 不均勻沉降

2.2.1 不均勻沉降產生部位及原因

高樁碼頭不均勻沉降病害主要表現為：（1）碼頭水工作業平臺與后方堆場之間存在高差;（2）堆場局部下陷，堆場表面坑洼積水;（3）接岸擋土墻因不均勻沉降出現裂縫貫穿墻體。

廣西內河高樁碼頭不均勻沉降主要是由于水位、水流變化及碼頭超載運營等原因造成：（1）廣西洪水期水流流速遠大于碼頭正常運營的流速，高流速水流引起高樁碼頭岸坡沖淤變化，導致碼頭發生不均勻沉降;（2）庫區水位調節，水位驟升或驟降引起高樁碼頭岸坡土體剩余水壓力變化，岸坡變形導致碼頭發生不均勻沉降;（3）碼頭超載使用，堆場局部荷載過大造成不均勻沉降。

2.2.2 不均勻沉降對碼頭的影響分析

輕微的不均勻沉降會引起碼頭構件開裂，嚴重時會引起碼頭傾斜。

（1）安全性。不均勻沉降導致碼頭梁、板、柱等承重構件開裂，進而加速鋼筋銹蝕，造成構件承載力降低;嚴重時還會導致碼頭局部或整體傾斜，影響碼頭整體穩定性。

（2）適用性。不均勻沉降造成起重機械前后軌道不在同一水平面上，導致起重機產生傾斜，影響使用;碼頭局部或整體傾斜也影響碼頭使用。

（3）耐久性。碼頭不均勻沉降會引起碼頭橫梁、縱梁、面板等開裂，導致鋼筋銹蝕，耐久性降低。

2.3 鋼筋銹蝕

2.3.1 鋼筋銹蝕產生部位及原因

高樁碼頭在臨水的潮濕環境中工作，混凝土構件的保護層被破壞則極易引起鋼筋銹蝕。病害主要部位有位于水位變動區的橫梁、縱梁底部和立柱。病害產生的主要原因有：（1）混凝土存在蜂窩、麻面、孔洞等缺陷，有效保護層厚度不足，誘發鋼筋銹蝕;（2）構件開裂，混凝土保護層被破壞，鋼筋暴露于空氣中發生銹蝕;（3）船舶、車輛等機械撞擊，導致梁、護輪坎等構件保護層被破壞，鋼筋暴露于空氣中而銹蝕。

2.3.2 鋼筋銹蝕對碼頭的影響分析

鋼筋銹蝕對高樁碼頭的影響主要有：

（1）安全性。鋼筋銹蝕后，橫梁、縱梁等構件的抗彎、抗剪承載力以及立柱的抗彎承載力降低，威脅碼頭安全。

（2）適用性。梁、板、柱等受力構件因鋼筋銹蝕承載力降低而發生變形、損壞，影響碼頭使用。

（3）耐久性。鋼筋銹蝕后，銹蝕產物體積增大擠壓周圍混凝土，加速混凝土開裂和破壞，導致碼頭耐久性降低。

2.4 構件破損

2.4.1 構件破損產生部位及原因

構件破損病害主要部位為碼頭前沿面板、護輪坎、梁、柱。病害產生的主要原因有：（1）施工控制不當，混凝土結構存在質量缺陷，碼頭運營過程中混凝土碳化剝落，構件破損;（2）鋼筋銹蝕，混凝土脹裂沒有得到及時修復，裂縫開展致使混凝土進一步被破壞，構件破損;（3）機械刮擦、船舶撞擊導致構件破損。

2.4.2 構件破損對碼頭的影響分析

構件破損對高樁碼頭的影響因部位及程度而異。

（1）安全性。梁、板、柱等承重構件輕度破損，混凝土有效保護層厚度減小，甚至被破壞，構件鋼筋銹蝕，承載力降低;構件重度破損，構件的整體承載能力降低，威脅碼頭安全。

（2）適用性。梁、板、柱等承重構件發生破損后，引發鋼筋銹蝕、混凝土開裂等，影響使用;護輪坎等非承重構件破損，則使碼頭缺少防護，影響碼頭使用。

（3）耐久性。構件破損，混凝土有效保護層減小、甚至被破壞，加速鋼筋銹蝕，銹蝕產物引起混凝土脹裂破壞，耐久性降低。

2.5 樁基淘蝕

2.5.1 樁基淘蝕產生部位及原因

廣西內河高樁碼頭樁基淘蝕主要表現為樁基在水流沖刷作用下，導致其表面混凝土發生沖蝕、脫落。病害產生的主要原因有：施工缺陷，樁基混凝土質量差，存在蜂窩、麻面、孔洞等缺陷，在水流淘刷下，保護層混凝土脫落，鋼筋外露發生銹蝕。鋼筋銹蝕后，混凝土脹裂，破碎、脫落，進一步加速樁基損壞。

2.5.2 樁基淘蝕對碼頭的影響分析

樁基淘蝕對高樁碼頭的影響有：

（1）安全性。樁基被水流淘刷、侵蝕，鋼筋銹蝕、樁截面面積局部變小，影響樁基的承載能力，威脅碼頭安全。

（2）適用性。樁基發生淘蝕后承載能力降低，可能導致碼頭發生變形，影響碼頭的使用。

（3）耐久性。樁基淘蝕后表層混凝土逐漸脫落，鋼筋暴露在空氣中而產生銹蝕，耐久性降低。

3 病害防治措施建議

總體而言，廣西內河高樁碼頭病害的產生有設計、施工、運營等方面的原因。本文針對每一種病害，從設計、施工與運營等方面提出防治措施建議。

3.1 裂縫病害防治

（1）設計、施工階段

對于縱橫梁、面板、立柱等構件，在施工期嚴格控制原材料質量，控制好配合比和水膠比，降低大體積混凝土內外溫差，減小溫度裂縫，加強混凝土養護。同時做好成品保護，避免施工船舶、機械等對預制構件和現澆構件的撞擊。

對于碼頭面層，可采取在混凝土中摻加聚丙烯纖維等措施，增強縱向抗拉能力，減少裂縫產生。面層混凝土澆筑完畢后，可采用土工布覆蓋與噴淋系統結合的方法確保養護濕度。

（2）運營階段

加強調度，避免船舶直接撞擊碼頭結構、機械刮擦碼頭構件事件發生;加強碼頭管理，嚴禁碼頭超載使用;定期對碼頭進行觀測。碼頭運營單位可自行對碼頭進行定期觀測，記錄裂縫位置、寬度、發展程度等信息。觀測周期為每月1次。發現裂縫開展速度快或寬度過大時，及時采取修補措施，如采取表面封閉法、聚合物材料修復法、灌漿法、表面涂層法等方法對裂縫進行修補。

3.2 不均勻沉降病害防治

（1）設計、施工階段

碼頭設計階段應充分勘察，合理選址，避開地下溶洞等不利于高樁碼頭建設的地質;選擇合適樁型，科學設計樁基尺度及入土深度等;盡量設計將碼頭基樁打入同一持力層，并打入硬土層。施工階段，采用有利于邊坡穩定的施工程序與方法進行施工，按規定的時間間隔進行拋石及回填，確保岸坡穩定。

（2）運營階段

加強碼頭管理，嚴禁碼頭超載使用;定期對碼頭進行變形監測。布設沉降位移監測網，利用全站儀、水準儀定期對碼頭進行觀測，及時掌握碼頭沉降、位移狀況。監測內容包括碼頭水平位移、垂直位移、傾斜等，建議第一年每一季度觀測1次，第二年每半年觀測1次，第三年后每年觀測1次，如遇特殊情況應加密監測周期。

3.3 鋼筋銹蝕病害防治

3.3.1 設計、施工階段

總體而言，鋼筋銹蝕主要是由于混凝土保護層保護不足引起。在設計階段應做到以下兩點：（1）研發高性能混凝土材料，提高混凝土耐久性，以保護鋼筋;（2）合理設計混凝土鋼筋保護層厚度。在施工階段，應嚴格控制施工質量，提高混凝土澆筑均勻性、密實性，避免出現蜂窩、麻面等缺陷，以保護鋼筋。

3.3.2 運營階段

加強碼頭調度管理，避免船舶撞擊、機械刮擦等造成混凝土保護層破壞的事件發生。定期對碼頭進行外觀檢查，尤其是承重構件，如發現保護層破壞，應及時采取修補措施，保護鋼筋。檢查周期為每月1次。

3.4 構件破損病害防治

3.4.1 設計、施工階段

合理設計、建設碼頭防護設施，避免船舶、流動機械直接撞擊碼頭構件。在施工期注意以下兩方面：（1）需要加強混凝土質量控制，減少因混凝土自身不足而從內部引起構件破壞的情況發生;（2）加強施工管理，避免施工船舶及機械撞擊預制或澆筑好的梁、板、柱等構件。

3.4.2 運營階段

加強管理，避免船舶、流動機械直接撞擊碼頭構件。如仍不可避免地發生了撞擊破壞事件，應及時進行可靠性評估，采取修補措施。定期對碼頭進行檢查、觀測，并記錄每一次觀測結果，建議每月觀測1次。

3.5 樁基淘蝕病害防治

3.5.1 設計、施工階段

設計階段應進行合理選址，避開水流流態復雜區域。廣西內河高樁碼頭大多采用灌注樁，施工階段，應加強水下混凝土原材料、拌和物、水灰比，以及灌注工藝的控制，確保樁基混凝土質量達到設計要求。施工完成后，應及時對樁基完整性、承載力進行檢測。如未能達到設計要求，應及時聯系設計方，共同采取補救措施。

3.5.2 運營階段

定期對樁基進行檢查、觀測，并記錄樁基狀況。如水位條件允許，建議每個季度觀測1次。如發現樁基混凝土出現鋼筋銹蝕、脹裂、脫落等病害，應及時對樁基裂縫進行封閉處理，對混凝土進行修復。

4 結語

廣西內河高樁碼頭病害主要有梁、板、柱、擋土墻等結構及構件裂縫，碼頭不均勻沉降，梁、板、柱等構件鋼筋銹蝕，梁、板、護輪坎等構件破損，以及樁基淘蝕。其中，裂縫病害最為普遍，尤其是面層裂縫和擋土墻裂縫。

不同病害類型的產生原因也有所不同。在碼頭設計、施工階段，應加強設計、施工質量控制。運營階段，應加強管理與監控。針對裂縫、鋼筋銹蝕、構件破損、樁基淘蝕等易觀察到的病害，建議運營方定期自行觀測，并做好記錄。針對碼頭變形等不易觀察的病害，建議委托相關單位采用專門儀器進行定期監測。

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