汪淼，霍粵薊，唐儆澤

（1.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007；2.中國(guó)港灣工程有限責(zé)任公司，北京 100027；3.中交第二航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司廣州分公司，廣東 廣州 511442）

1 碼頭結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的技術(shù)路線

碼頭結(jié)構(gòu)耐久性問題是人們一直關(guān)心的問題，如何延長(zhǎng)碼頭的使用壽命，工程界一直進(jìn)行著努力的探討。近年，我國(guó)交通運(yùn)輸部在制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50158—92《港口工程可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中，已將設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期定為50a[1]，也明確提出了碼頭的使用壽命要達(dá)到50 a，并相應(yīng)采取了各種有效的技術(shù)措施，力爭(zhēng)保證碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性達(dá)到50 a以上。目前，國(guó)際上一些重要的大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，已將設(shè)計(jì)的使用壽命提高到100 a，甚至120 a[2-3]。因此，港口碼頭耐久性按50 a以上考慮是必要的。

為了提高鋼筋混凝土的耐久性，就要提高混凝土本身的耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)，即提高混凝土的密實(shí)度、增大保護(hù)層厚度以及提高施工質(zhì)量均勻度等。但這些措施都是有限度的，因此，合理采取防腐技術(shù)措施，對(duì)提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性，延長(zhǎng)使用壽命，是一種積極有效的補(bǔ)救方法[4]。使用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋是提高高樁碼頭使用壽命的有效措施，為了提高碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性，延長(zhǎng)其使用壽命，國(guó)內(nèi)外工程界一直都在進(jìn)行著不懈的努力，目前已有不少成熟的經(jīng)驗(yàn)和新材料、新工藝，措施是多種多樣的。從國(guó)外成功的工程實(shí)例和我國(guó)普查研究的結(jié)果表明，將提高碼頭結(jié)構(gòu)耐久性的問題解決在設(shè)計(jì)與施工階段，是工程最后能否取得理想防護(hù)效果的關(guān)鍵所在。因此，為了提高碼頭結(jié)構(gòu)的耐久性，本設(shè)計(jì)提出一定要把防腐蝕設(shè)計(jì)和施工作為一個(gè)系統(tǒng)工程來考慮，設(shè)計(jì)單位需在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的前提下，根據(jù)我國(guó)多年的研究成果做出技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的防腐蝕方案，而對(duì)于施工單位，必須具有專業(yè)水平和豐富的施工經(jīng)驗(yàn)，工程施工前必須做出可行的施工方案。本設(shè)計(jì)的具體技術(shù)路線為：

1） 收集國(guó)內(nèi)有關(guān)科研單位對(duì)我國(guó)已建碼頭的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕情況的調(diào)查資料，了解造成上述結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕的原因、機(jī)理以及目前國(guó)內(nèi)所采用的防腐蝕措施的適用情況、實(shí)際效果以及存在的問題；

2） 了解、熟識(shí)我國(guó)對(duì)碼頭耐久性設(shè)計(jì)的要求、標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究成果和新材料、新工藝；

3）根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和自然條件，選取防護(hù)效果好并經(jīng)濟(jì)合理的方案，混凝土防腐要考慮北方的氣候特點(diǎn)；

4） 調(diào)查了解由于施工因素而影響防腐蝕效果的主要原因，力圖使設(shè)計(jì)方案能盡量減少施工因素對(duì)防腐蝕效果的影響。

2 碼頭耐久性設(shè)計(jì)

2.1 工程概述

北方某輪渡工程位于微凍地區(qū)，包括200 m長(zhǎng)的輪渡碼頭泊位1個(gè)、50 m長(zhǎng)的工作船碼頭泊位1個(gè)、護(hù)岸工程及陸域配套設(shè)施。

擬建工作船碼頭區(qū)地質(zhì)情況是軟土層很厚、具有一定承載力、可塑、局部硬塑的黏土層，埋深在標(biāo)高-25m以下。

本文主要介紹該工程工作船碼頭的耐久性設(shè)計(jì)。碼頭耐久性設(shè)計(jì)按碼頭使用壽命50 a考慮。

2.2 碼頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)述

根據(jù)地質(zhì)條件，碼頭結(jié)構(gòu)宜采用樁基結(jié)構(gòu)形式。工作船碼頭為高樁梁板結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用500 mm×500 mm的預(yù)應(yīng)力空心方樁，上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土縱、橫梁和疊合板結(jié)構(gòu)（見圖1和圖2）。護(hù)岸結(jié)構(gòu)采用半直立結(jié)構(gòu)方案，直立部分采用混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)；斜坡部分坡度為1∶2.5，斜坡護(hù)面采用干砌塊石或柵欄板護(hù)面。

2.3 設(shè)計(jì)水位

設(shè)計(jì)水位按當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵嫫鹚恪ＴO(shè)計(jì)高水位2.64 m；設(shè)計(jì)低水位0.20 m；極端高水位3.68 m；極端低水位-0.94 m；平均高潮位2.29 m；平均低潮位0.65 m；平均潮位1.42 m。

2.4 碼頭耐久性設(shè)計(jì)

2.4.1 海水環(huán)境下混凝土防腐蝕部位劃分

本港區(qū)按有掩護(hù)的港口考慮。大氣區(qū)標(biāo)高4.14 m以上；浪濺區(qū)標(biāo)高1.64～4.14 m；水位變動(dòng)區(qū)標(biāo)高-0.8～1.64 m；水下區(qū)標(biāo)高-0.8 m以下。

根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，碼頭上部的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分均處于浪濺區(qū)以上，對(duì)碼頭的耐久性影響比較大，需采取必要的防腐措施。工作船碼頭的500 mm×500 mm預(yù)應(yīng)力方樁基本處于平均高潮位以下，受腐蝕影響較小，本設(shè)計(jì)擬不做特別的防腐蝕措施，執(zhí)行港工規(guī)范的一般規(guī)定。

2.4.2 碼頭鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案設(shè)計(jì)

2.4.2.1 設(shè)計(jì)方案一

浪濺區(qū)的混凝土采用環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)，采取的具體措施如下：

1） 浪濺區(qū)的混凝土采用環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)直接保護(hù)鋼筋；

2） 由于碼頭的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)均處于浪濺區(qū)，根據(jù)規(guī)范，其混凝土的強(qiáng)度等級(jí)采用C35，抗凍等級(jí)采用F300；

3） 混凝土中摻入20%～25%的粉煤灰，以改善混凝土的工作性能和提高混凝土的密實(shí)性。具體比例可參照J(rèn)TJ275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》，并需通過試驗(yàn)確定；

4） 設(shè)計(jì)文件中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度要確保滿足規(guī)范要求；

5） 混凝土的粗細(xì)骨料、混凝土拌合物中氯離子的含量以及混凝土的水灰比、水泥用量等，均需滿足JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》的要求。

2.4.2.2 設(shè)計(jì)方案二

浪濺區(qū)的混凝土采用高性能混凝土，本設(shè)計(jì)采取的具體措施及要求如下：

1） 浪濺區(qū)的混凝土采用高性能混凝土，要求混凝土具有高耐久性、高密實(shí)性（抗氯離子滲透性≤1 000 C）和良好的工作性能及較高強(qiáng)度（≥C45），抗凍等級(jí)采用F300。高性能混凝土的具體技術(shù)指標(biāo)見JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》第6.2.1條。

2）在混凝土中摻入粉煤灰（20%～50%）或硅粉（5%～10%）等活性拌合料和高效減水劑，以降低混凝土的水灰比和提高混凝土的密實(shí)性。具體要求可參照J(rèn)TJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》第6.2.2條。粉煤灰、硅粉等活性拌合料和高效減水劑的摻入比例以及混凝土的配合比等需通過試驗(yàn)確定。

3） 混凝土的粗細(xì)骨料、混凝土拌合物中氯離子的含量等，均需滿足JTJ 275—2000《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》的要求。

4） 設(shè)計(jì)文件中鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度要確保滿足規(guī)范要求。

2.4.3 方案比選

兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

3 結(jié)語

該碼頭是高樁梁板結(jié)構(gòu)，可以說是薄壁結(jié)構(gòu)，受力不均勻，混凝土結(jié)構(gòu)受力后比較容易出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕而影響碼頭的耐久性。另外，我國(guó)目前的施工水平還很難達(dá)到混凝土的施工質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)要求，如混凝土保護(hù)層的厚度、混凝土的水灰比以及混凝土的密實(shí)性等，都很難完全滿足設(shè)計(jì)要求。環(huán)氧涂層鋼筋具有直接保護(hù)鋼筋的特點(diǎn)，只要嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，其防護(hù)效果比較理想，對(duì)上述情況適應(yīng)性也強(qiáng)。高性能混凝土是我國(guó)近年的研究成果，在實(shí)際工程應(yīng)用上，特別是混凝土施工質(zhì)量控制方面還需不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述情況的適應(yīng)性也較環(huán)氧涂層鋼筋差。因此，為了確保本碼頭工程的耐久性能夠達(dá)到50 a，本設(shè)計(jì)采用設(shè)計(jì)方案一，即環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)方案。

2006年2月底至2006年4月底，工作船碼頭上部結(jié)構(gòu)按設(shè)計(jì)推薦的環(huán)氧涂層鋼筋技術(shù)方案順利施工完畢。目前，碼頭已經(jīng)使用6 a，環(huán)氧涂層鋼筋在結(jié)構(gòu)中保持完好，混凝土表面并未見鐵銹，使用情況良好。

[1]劉濟(jì)舟.努力提高水運(yùn)工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命[J].水運(yùn)工程，1999（8）：8-9.

[2]王汝凱.使用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋是提高高樁碼頭使用壽命的有效措施[J].水運(yùn)工程，1999（8）：38-47.

[3]蔡銳華.試論高樁碼頭設(shè)計(jì)使用年限100年[J].中國(guó)港灣建設(shè)，2009（2）：21-28.

[4]趙一方，車斯文.防腐蝕技術(shù)在海工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用[J].水道港口，2002（3）：143-145.