高樁碼頭的結構損傷與相關修復技術研究

李淑龍

(山東港通工程管理咨詢有限公司青島分公司，山東 青島 266000)

0 引 言

高樁碼頭的主體結構主要由承臺和樁基構成,承臺作為主要工作面，承載壓力后傳遞給樁基，樁基支撐工作面并傳遞給深層地基。無論是梁板式還是框架式，均屬于透空結構。[1]這種結構是高樁碼頭的標志性特征，在賦予了碼頭結構簡單、用材少、對海浪的適應性強等優點的同時，也導致此類碼頭抗負荷能力弱、結構易損傷、檢修加固困難。因此，分析導致碼頭結構受損的因素并提出相應的加固修復技術，可為碼頭運營的管理和維護工作提供相應的理論支持和實踐指導。

1 碼頭結構受損的表現與成因

受設計水平和建造技術的限制，20世紀80年代建造的一批高樁碼頭雖然還未達到服務年限，但已經陸續出現了結構性損傷。碼頭的結構損傷是多種因素共同作用的結果，包括自然條件、運行負荷、碰撞事故等,需要及時有效地對受損架構進行修復和維護。[2]

1.1 結構受損的表現與特征

高樁碼頭的結構損傷主要分為構件受損和連接性構架損傷，二者共同導致了碼頭基礎結構與整體結構性能退化。輕度損傷表現為銹跡、細小的裂縫或者空鼓現象，重度損傷則會出現大面積銹蝕、面層剝落、縱橫梁順筋開裂甚至箍筋銹斷等。腐蝕性損傷的評級標準見表1。整體性結構損傷多由于地震、撞擊等造成，常見的表現包括結構橫梁斷裂、樁基位移、碼頭整體滑移以及結構坍塌等。

表1 水工構件腐蝕性損傷評級標準

根據近年來交通運輸部對始建于2000年以前的港口碼頭現狀的調查結果，高樁碼頭出現結構損傷的比例明顯大于其他類型的港口碼頭。其中一部分原因是高樁碼頭相較于其他碼頭結構比重小、適應力強，是比較適合在淤積層厚、條件苛刻的地基上建造的。其在復雜環境的廣泛應用，本身就意味更大的結構性能退化風險、更高安全維護成本和更大固化修復難度。以長江中下游流域為例，調查結果顯示，服務時間在8年以上的高樁碼頭出現結構問題的比例在63%以上。其中根據現行的在役高樁碼頭安全分級標準，損傷程度在30%以上的碼頭占總數的54%，亟待維修加固。

1.2 結構受損的成因與影響因素

碼頭結構性損傷與自然環境的相關因素聯系密切，對于不同地域而言，起主導作用的環境因素各不相同。各類因素之間相互影響，通過引起鋼筋銹蝕、混凝土結構銹脹，導致二者的黏結性逐步降低，進而引起碼頭的各類功能性構件抗彎剛度下降，承載能力減弱，實際的負荷能力接近甚至低于限定負荷，最終破壞碼頭整體結構。[3]以臨海高樁碼頭為例，其具體腐蝕過程與因素分析如圖1所示。

圖1 碼頭腐蝕性產生過程圖

高樁碼頭的水平承載力主要由樁基水平抗力負擔，這是由其結構特點決定的。樁基和地基形成一個受力整體，因此岸坡的水平變位對于碼頭承載力的影響是限制性的。超載和水力條件變化造成的淤積現象等都會引起岸坡的形變，導致碼頭應力配置失衡，造成結構損傷。

2 碼頭結構修復技術的綜合利用和發展趨勢

目前，針對常見的結構損傷問題，常用的處理方法包括加設樁基、混凝土澆筑包裹法，玻璃纖維或者鋼板加固法，針對浪濺區還有涂層防腐法等。但是隨著對于碼頭可靠性能要求的不斷提高，單一的加固技術已不能滿足損傷碼頭的修復需要，加固修復技術逐漸呈現出綜合性的特點。

2.1 碼頭結構修復技術的綜合利用

碼頭結構修復技術的綜合利用就是利用成熟修復技術，針對碼頭具體的結構損傷、自然因素和使用需求，設計出一個可靠、經濟、有效的綜合方案。

施工難度、工作量、施工效率、維修成本和碼頭保底使用時間等都是設計綜合加固方案的重要影響考量因素。為了達到更好的維修效果，綜合修復方案需要有針對性，從整體的角度入手，對碼頭的損傷結構進行修復。[4]

例如，北方地區多采用填補裂縫、增加截面積和優化涂層的綜合方案。具體選取的填補措施可以結合實際情況選擇砂漿修補法或者包裹法等。這種組合方式工作量適中，耐久性較好，適用于整體結構損傷程度較輕的高樁碼頭的修復。

針對出現整體性結構損傷高樁碼頭，需要事先進行結構檢測和評估，根據數據結果和修復后的荷載要求確定方案。碼頭承載力和極限結構抗力是最重要的參考因素，決定了核心加固技術的選擇和修復后碼頭的安全性等級。對于構件損傷，需要進行隨機抽檢進行強度分析，對照現行的港口工程規范，進行加固、填補或者更換。

適用于不同的安全評級的碼頭進行修復的綜合工藝可大致總結如圖2所示。

圖2 高樁碼頭綜合修復技術示意圖

2.2 新型碼頭結構修復技術與發展趨勢

隨著材料學的不斷發展，各類新型材料逐漸在港口工程中得到了應用，在減緩腐蝕和加固結構方面取得良好的效果，逐步衍生出了復合材料包裹的加固方法。

與傳統的包裹材料相比，纖維材料抗腐蝕能力較強，比重低，有利于施工，可以減小現場的運輸和作業負擔。隨著對于材料研究的不斷深入，復合材料的可靠性和經濟性都有了長足的發展，尤其是黏合材料的開發，為復合材料的水下應用提供了良好的技術支撐，使其成了碼頭加固工程的重要備選方案。

除新型材料的應用外，壓力灌注技術依靠其可靠的穩定性和優良的加固性能，逐漸在各類高樁碼頭修復工程中得到了推廣和應用。高壓條件下，在套筒和原有樁之間灌入高黏接性漿料，使得鋼板套筒或者纖維板套筒可以分擔原樁基的負荷，從而減緩結構形變。環氧灌漿料是目前使用較為廣泛的一類灌注漿，而高壓灌注技術，能使得漿料、套筒和樁之間的聯系相較于傳統的粘貼法更加緊密。[5]

玻璃纖維材料的物理性能檢測檢結果見表2。

由表2可知，纖維套筒體抗拉伸能力較好，可靠性能滿足要求，與剛性材料相比，負擔相同承載力時相對體積小、質量輕，同時對氯離子的腐蝕具有更強的抗性，因此可以對原鋼筋混凝土結構提供更好的保護作用，在提高高樁碼頭的安全性的同時可以提高碼頭結構的耐久性。

表2 玻璃纖維材料可靠性檢測數據

3 結 論

(1) 各因素綜合作用導致了高樁碼頭的結構損傷。本文以近年來碼頭結構調查結果為依據，歸納總結了我國高樁碼頭的建造特點與結構損傷的表現和成因，為碼頭修復加固方案的比選提供了參考資料。

(2) 通過分析各類碼頭的綜合性修復技術，提出了強調全局性、綜合性、經濟性的技術組合原則，強調根據構件損傷的成因采取具有針對性的修復方法，以保證碼頭的修復效果，提高工程經濟效益。

(3) 新型材料和新興的施工技術不斷發展，逐步取得了良好的效果，可為日后碼頭修復工程的設計提供更多樣的選擇。