劉 佳

（上海港灣工程質(zhì)量檢測有限公司，上海 201315）

0 引言

2019 年受臺風(fēng)“米娜”影響，舟山地區(qū)某島一老交通碼頭面板損壞、垮塌。為深入了解碼頭結(jié)構(gòu)實(shí)際受損情況，并為其后續(xù)修復(fù)、加固或報(bào)廢提供相關(guān)依據(jù)，受碼頭管理方的委托，依據(jù) JTS 304－2019《水運(yùn)工程水工建筑物檢測與評估技術(shù)規(guī)范》（以下簡稱《檢測評估規(guī)范》）［1］、《港口碼頭結(jié)構(gòu)安全性檢測與評估指南》（以下簡稱《指南》）［2］等相關(guān)規(guī)范對該碼頭進(jìn)行檢測并對其安全性、適用性、耐久性進(jìn)行評估。

1 碼頭結(jié)構(gòu)簡況

碼頭結(jié)構(gòu)情況簡述如下：碼頭建成于1995年，為 1 座 300 t 級客貨運(yùn)碼頭，由高平臺和低平臺組成，其中高平臺尺寸為 28.7 m×5.5 m，碼頭頂面高程+5.50 m；低平臺尺寸為 28.6 m×6.5 m，碼頭頂面高程+3.5 m，高平臺和低平臺整體連接。碼頭平臺均采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，共計(jì) 1 個分段。樁基選用 Φ800 mm 嵌巖灌注樁；高平臺上部結(jié)構(gòu)采用下橫梁、X 撐、聯(lián)系梁、立柱、上橫梁、預(yù)制面板，通過現(xiàn)澆面層連成整體；低平臺上部結(jié)構(gòu)采用下橫梁、X 撐、聯(lián)系梁、立柱、上橫梁、踏步梁、現(xiàn)澆面板、靠船板，通過現(xiàn)澆面層連成整體。碼頭現(xiàn)場情況如圖 1 所示。

圖1 碼頭現(xiàn)場照片

2 檢測評估內(nèi)容

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，根據(jù)碼頭實(shí)際情況確定檢測內(nèi)容如下：①碼頭外觀質(zhì)量檢查：構(gòu)件表面破損、露筋、蜂窩、空洞、裂縫檢查，各構(gòu)件結(jié)合部位完好程度檢查；②碼頭結(jié)構(gòu)沉降、位移測量；③鋼筋混凝土各項(xiàng)性能參數(shù)檢測：混凝土強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度、碳化深度、鋼筋腐蝕電位、氯離子含量；④地基及基礎(chǔ)檢測：基樁樁身完整性；⑤接岸結(jié)構(gòu)及岸坡外觀檢查；⑥?？看胺雷o(hù)設(shè)施外觀檢查；⑦碼頭結(jié)構(gòu)安全性、適用性、耐久性評估。

3 檢測評估結(jié)果

經(jīng)現(xiàn)場認(rèn)真檢測、檢查并根據(jù)碼頭實(shí)際情況進(jìn)行分析、驗(yàn)算，得出檢測評估結(jié)果如下所述。

3.1 構(gòu)件外觀檢查

碼頭高平臺預(yù)制面板、上橫梁、立柱、X 撐、聯(lián)系梁受氯鹽侵蝕嚴(yán)重，均產(chǎn)生典型的氯鹽引起的外觀質(zhì)量缺陷（見圖 2），如：①預(yù)制面板底部混凝土大面積剝落、鋼筋銹蝕嚴(yán)重，剩余截面較少，部分區(qū)域鋼筋銹斷，呈素混凝土狀態(tài)，部分預(yù)制面板受臺風(fēng)影響發(fā)生垮塌；②上橫梁、立柱、X 撐、聯(lián)系梁、下橫梁均產(chǎn)生主筋順筋裂縫，裂縫處存在銹跡，上橫梁裂縫較多、較嚴(yán)重，X 撐、聯(lián)系梁較少。

3.2 碼頭結(jié)構(gòu)沉降位移

碼頭建設(shè)年代較早，建設(shè)時期及運(yùn)營時期均未埋設(shè)沉降位移觀測點(diǎn)，無法量化檢測碼頭沉降位移情況。通過對碼頭接岸處外觀情況，可判定碼頭未產(chǎn)生明顯不均勻沉降位移。

3.3 鋼筋混凝土各項(xiàng)性能參數(shù)

碼頭各類混凝土構(gòu)件強(qiáng)度、鋼筋保護(hù)層厚度均滿足設(shè)計(jì)要求；碳化深度在 5.0 mm 范圍內(nèi)；預(yù)制面板、部分上橫梁、立柱、X 撐、聯(lián)系梁的鋼筋銹蝕電位負(fù)向大于-350 mV，銹蝕概率大于 90 %，其余各類構(gòu)件的鋼筋腐蝕電位在-350～-200 mV 之間，腐蝕概率為 50 %；混凝土構(gòu)件鋼筋處的氯離子含量均大于鋼筋發(fā)生腐蝕的氯離子含量臨界值，結(jié)果如表 1 所示。

表1 不同區(qū)域構(gòu)件氯離子含量 %

3.4 基樁檢測

碼頭基樁完整性采用既有結(jié)構(gòu)下低應(yīng)變法檢測技術(shù)，本次共檢測 9 根灌注樁，未發(fā)現(xiàn) III 類、IV類樁，基樁完整性整體情況良好。

3.5 接岸結(jié)構(gòu)與岸坡外觀

根據(jù)現(xiàn)場檢查，接岸結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件未發(fā)現(xiàn)表面破損、露筋、裂縫等外觀缺陷，基礎(chǔ)未見明顯沖刷和掏空情況；岸壁后方岸坡局部存在塌陷情況。

3.6 ?？看胺雷o(hù)設(shè)施外觀

碼頭平臺前沿橡膠護(hù)舷缺失；部分護(hù)欄缺失或松動；局部護(hù)輪坎破損；系船柱普遍銹蝕。

圖2 構(gòu)件典型外觀缺陷

表2 主筋腐蝕截面面積損失率及強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

3.7 安全性驗(yàn)算

3.7.1 腐蝕后鋼筋截面面積及強(qiáng)度設(shè)計(jì)值

該工程預(yù)制面板、上橫梁、立柱鋼筋截面損失率分別為 83.6 %、33.0 %、18.2 %，均大于 10 %，腐蝕后鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值通過實(shí)驗(yàn)確定為 224、230、299 MPa，結(jié)果如表 2 所示，鋼筋力學(xué)性能試驗(yàn)曲線如圖 3～5 所示。其他構(gòu)件截面損失率小于 5 %，腐蝕較均勻，腐蝕后鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按原鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取用。

3.7.2 腐蝕后鋼筋強(qiáng)度利用系數(shù)

圖3 預(yù)制面板鋼筋實(shí)測曲線

圖4 上橫梁鋼筋實(shí)測曲線

腐蝕后配筋指標(biāo)計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：q0為腐蝕后配筋指標(biāo)；Asc為腐蝕后鋼筋截面面積，mm2；fyc為腐蝕后鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；fc為混凝土原軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；b 為腐蝕后構(gòu)件截面寬度；h0為腐蝕后構(gòu)件截面高度。

配筋指標(biāo)計(jì)算結(jié)果如表 3 所示。腐蝕后配筋指標(biāo)不大于 0.246 時，腐蝕后強(qiáng)度利用系數(shù)取 1.0；立柱為受壓構(gòu)件，鋼筋腐蝕后強(qiáng)度利用系數(shù)取 1.0。

3.7.3 腐蝕后鋼筋抗力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場檢測結(jié)果，碼頭預(yù)制面板、上橫梁、立柱鋼筋產(chǎn)生腐蝕，根據(jù)《檢測評估規(guī)范》規(guī)定，腐蝕后的鋼筋抗力如式（2）所示。

式中：Pyc為腐蝕鋼筋的抗力，kN；αs為腐蝕后鋼筋強(qiáng)度利用系數(shù)；fyc為腐蝕后鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，MPa；Asc為腐蝕后鋼筋截面面積，mm2。

圖5 立柱鋼筋實(shí)測曲線

表3 預(yù)制面板、上橫梁配筋指標(biāo)

表4 腐蝕后鋼筋抗力

表5 碼頭主要構(gòu)件承載力驗(yàn)算結(jié)果

表6 混凝土基樁承載力驗(yàn)算結(jié)果

腐蝕后鋼筋抗力計(jì)算結(jié)果如表 4 所示。根據(jù)實(shí)測鋼筋腐蝕情況，依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JTS 151－2011《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］（以下簡稱《設(shè)計(jì)規(guī)范》）的規(guī)定，對碼頭主要構(gòu)件承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，結(jié)果如表 5～6 所示。

根據(jù)安全性驗(yàn)算結(jié)果，碼頭預(yù)制面板、立柱安全性評估等級為 D 級，根據(jù)《檢測評估規(guī)范》規(guī)定，評估分級從基本單元、子單元和評估單元依次進(jìn)行，并逐級確定上一級的評估等級，各驗(yàn)算項(xiàng)目的等級，取最低一級作為該評估單元的安全性評估等級，因此該碼頭安全性等級評為 D 級。

3.8 適用性評估

碼頭適用性根據(jù)現(xiàn)場檢測各類主要構(gòu)件的裂縫開展情況及建筑物整體破損嚴(yán)重程度、變形、變位情況進(jìn)行評估。該碼頭主要構(gòu)件裂縫開展情況較普遍，裂縫寬度較大；碼頭整體破損較嚴(yán)重，顯著影響碼頭安全性及使用功能。綜合得出碼頭適用性為 D 級。裂縫情況驗(yàn)算結(jié)果如表 7 所示。

表7 裂縫情況驗(yàn)算結(jié)果

3.9 耐久性評估

耐久性分級是根據(jù)外觀劣化度及耐久性是否滿足設(shè)計(jì)使用年限來評價(jià)。該碼頭外觀劣化度評為 D 級的構(gòu)件較多，經(jīng)氯離子擴(kuò)散模型剩余壽命分析計(jì)算，主要構(gòu)件剩余使用壽命均不能滿足設(shè)計(jì)使用年限要求，預(yù)制面板嚴(yán)重?fù)p壞，綜合判定該碼頭耐久性為 D 級。

4 預(yù)制面板垮塌原因簡述

該碼頭是遭受氯鹽侵蝕致?lián)p，運(yùn)營過程中缺乏必要的維護(hù)、保養(yǎng)，最終在強(qiáng)外力干擾下破壞的典型案例。外因?yàn)閺?qiáng)臺風(fēng)影響，內(nèi)因?yàn)轭A(yù)制面板受氯鹽侵蝕，鋼筋嚴(yán)重銹蝕。鋼筋混凝土受氯鹽侵蝕分以下 3 個階段：鋼筋處氯離子超標(biāo)鋼筋開始銹蝕；鋼筋銹蝕產(chǎn)生氧化物致保護(hù)層銹脹開裂；鋼筋截面變小且與混凝土無握裹，功能明顯退化。筆者認(rèn)為造成預(yù)制面板底部鋼筋嚴(yán)重銹蝕的原因主要包括以下幾方面：①該碼頭建造于 1995 年，時間較為久遠(yuǎn)，碼頭受氯鹽長時間侵蝕；②建設(shè)時期施工技術(shù)水平有限；③建設(shè)時期混凝土原材料質(zhì)量一般；④碼頭處在偏遠(yuǎn)小島，受施工環(huán)境、位置的影響；⑤建設(shè)時期工程技術(shù)人員對混凝土耐久性認(rèn)識存在局限性；⑥運(yùn)營過程中缺乏必要的維護(hù)和保養(yǎng)。

筆者近年來有幸參加了舟山群島地區(qū) 9 座交通碼頭的檢測評估工作，碼頭建成年代分布在 1981～2008 年，其中 2 座碼頭建成于 1980 年代，3 座碼頭建成于 1990 年代，4 座碼頭建成于 2000 年以后。筆者將不同年代不同區(qū)域混凝土構(gòu)件鋼筋處氯離子含量［4-12］平均值羅列如表 8 所示。

表8 鋼筋處氯離子含量 %

根據(jù)不同區(qū)域（大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水變區(qū)）混凝土構(gòu)件鋼筋處氯離子含量并結(jié)合外觀檢查情況綜合分析，碼頭混凝土結(jié)構(gòu)不管處在何種區(qū)域均受到不同程度氯鹽侵蝕，尤其是 80、90 年代建成運(yùn)營的交通碼頭混凝土鋼筋處氯離子含量均超過引起鋼筋腐蝕的臨界值。建議同時期碼頭使用單位須高度重視碼頭結(jié)構(gòu)情況，立即對碼頭情況進(jìn)行摸排、檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題，根據(jù)檢測、檢查情況科學(xué)制定維修、加固方案并展開修復(fù)工作，保證碼頭營運(yùn)安全。

5 現(xiàn)階段增強(qiáng)混凝土耐久性的措施和方法

隨著工程技術(shù)人員對混凝土耐久性研究的深入以及工程建設(shè)水平的提高，現(xiàn)階段增強(qiáng)鋼筋混凝土耐久性的措施主要包含：①采用合適的配合比，提高混凝土密實(shí)性；②選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥且標(biāo)號≥ 425號；③采用質(zhì)地堅(jiān)固的天然河砂；④粗骨料采用質(zhì)地堅(jiān)固的碎石、卵石，有適當(dāng)?shù)募壟淝掖止橇献畲罅椒舷鄳?yīng)規(guī)定；⑤不得采用海水拌合及養(yǎng)護(hù)混凝土；⑥選擇對鋼筋防腐蝕和混凝土性能無不利影響的優(yōu)質(zhì)外加劑；⑦采用高性能混凝土；⑧混凝土構(gòu)件截面幾何形狀簡單、表面平整利于排水，結(jié)構(gòu)和構(gòu)件有利于通風(fēng)；⑨規(guī)定不同區(qū)域鋼筋保護(hù)層最小厚度；10 規(guī)定不同區(qū)域混凝土強(qiáng)度最低等級；11 采用環(huán)氧涂層鋼筋、鋼筋阻銹劑；12在混凝土表面噴涂防腐涂層或硅烷。

6 結(jié)語

交通碼頭作為交通船只?？筷懙氐钠脚_，是一項(xiàng)重要的民生工程，安全問題不容小覷。建設(shè)人員應(yīng)高度重視氯鹽的危害，充分考慮碼頭的耐久性，建設(shè)工程中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求建設(shè)，同時碼頭建成交付后管理部門應(yīng)加強(qiáng)碼頭使用過程中的定期檢查、保養(yǎng)、維修，保證碼頭安全、正常、長久使用，確保人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。Q