交通运输部南海航海保障中心湛江航标处
摘要：码头主要是由钢筋混凝土结构组成，在长时间的运行使用中，受到多种因素的影响和干扰，就会产生结构病害。本文以高桩码头为例，首先介绍了结构组成与病害类型，然后分析了结构病害的发生机理，最后阐述了几点防范对策，以供参考。
关键词：码头结构；病害类型；病害机理；防范对策
1．引言
码头常见于水陆交通发达的城市，其功能作用是让船只停泊靠岸，方便乘客出入、货物装卸。从外形上看，是一条由岸边伸往水中的长堤，或者一排由岸上伸入水中的楼梯；从结构形式来看，主要分为重力式、高桩式、板桩式三种类型。随着我国海运事业的快速发展，对于码头的建设质量也提出了更高要求。然而，由于码头结构比较单薄，承受较大的荷载作用，且结构自身的耐久性不足，因此长时间使用后就会出现结构病害，严重者甚至造成坍塌事故。由此可见，掌握码头结构的病害类型和机理，并实施有效的防范对策，具有重要的现实意义。
2．码头结构组成与病害类型
2.1 结构组成
以高桩码头为例，主要建在软土地基上，具有结构轻、受力明确的特点，可以建成透空式结构，用于减轻波浪的冲击力。与此同时，该结构的缺点是耐久性差，结构损坏后修复难度大[1]。分析其结构组成，主要包括以下几个部分：①桩基。用于支承上部结构，将上部荷载传递到地基，同时稳定地基，提高岸坡的稳定性。②上部结构。连接桩基、地面，将其形成一个整体，实现上部荷载向下传递，并设置各种码头设备。③挡土结构。能减小码头宽度，以及码头和岸坡之间的衔接距离。④岸坡。针对水流大、地质差的位置，设置岸坡能减轻冲刷作用，提高整个码头结构的稳定性。
2.2 病害类型
第一，裂缝。一是面板开裂，主要是砂浆强度低、不饱满引起的，码头结构的整体性降低。二是纵梁裂缝，原因在于设计施工不合理，或者梁内配筋不足，裂缝沿着纵梁方向产生。裂缝病害会降低结构的承载力，影响码头的稳定性。
第二，剥蚀。由于码头接触水体，长时间在水浪冲击下，会产生风化、冻融、侵蚀等，码头结构出现蜂窝、麻面、露石，严重者混凝土剥落。出现剥蚀病害后，码头结构的有效截面缩小，继而引起钢筋锈蚀，承载力明显降低；或者引起大裂缝，降低了混凝土的强度，造成结构破坏。
第三，碳化锈蚀。混凝土发生碳化后，内部钢筋就会锈蚀破坏，而且锈蚀过程长，初期具有隐匿性，当保护层剥落后才被发现，此时已经发展至锈蚀晚期。如此，混凝土的粘结力降低，钢筋受力面积缩小，形成安全隐患。
第三，结构破坏。结构破坏和施工密切相关，可能是构件强度低、重点部位的构造不合理、实际荷载过大等。随着结构破坏，码头老化速度加快，同时伴有结构变形、失稳等情况，容易造成安全事故。
第四，不均匀沉降。当地基出现不均匀沉降后，会造成码头结构开裂，出现局部倾斜、整体倾斜，造成结构滑动、下沉，影响码头的安全性。
3．码头结构病害机理
3.1 主观因素
码头的建设材料主要是钢筋混凝土，该类材料的常见病害就是裂缝，发生原因包括以下几点[2]：第一，工作人员只重视码头正截面的强度，忽视了斜截面强度、裂缝等情况，长时间后斜截面强度明显降低。第二，施工材料和技术影响，如果水泥、砂子、石子的选用不合格，或者水灰比控制不当，混凝土的和易性、坍落度等指标就不满足要求；施工时振捣不到位、分次浇筑等，难以保证结构的整体性，为病害的发生提供了条件。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆第三，在设计阶段，如果弯起束摩擦阻力损失过大，就会造成弯曲裂缝；在使用阶段，交通量大会增加结构承受荷载，也会影响结构强度。
3.2 客观因素
钢筋混凝土材料的使用，会受到多种客观因素的影响，尤其是参杂腐蚀性物质后，就会导致结构出现严重病害。分析其原因如下[3]：第一，水泥中的碱性物质含量超标，酸碱中和指数的标准范围是12-13，此时钢筋表面会形成氧化膜，具有防腐蚀的功效，而碱性过大不利于氧化膜的形成。第二，在波浪冲击、风化侵蚀的条件下，钢筋表面可能出现电位差，或者在不同波段出现不同的阳性、阴性关系，继而产生电解反应，会对氧化膜的形成造成破坏，难以发挥保护作用。
4. 码头结构病害防范对策
4.1 优化施工方案
以钢筋混凝土为例，首先要考虑到最大受力值，提高混凝土的强度等级，同时减少材料使用量。其次从钢筋混凝土的承载力入手，测定码头结构的自重，如果超过最大荷载量，就要对施工方案进行改进。最后要控制截面结构和形式，实践证实采用等截面结构可以有效预防病害，这是因为截面强度富裕度高于开裂破损截面的强度损失，因此结构并不需要进行加固处理。
4.2 加强施工管理
第一，墩台施工。在墩台底部采用八字角工艺，竖角采用圆角工艺，能避免船只碰撞边角。模板、钢筋实施整体吊装，大块钢模板必须一次立模成功，并且混凝土的浇筑具有连续性。墩台边缘、设计中线的尺寸误差控制在2cm以内，垫石顶面高程偏差控制在1cm以内，平整度误差控制在5mm以内，保证预留孔、预埋件位置准确[4]。为了提高砂浆垫块的强度，可以采用振动盘法进行制作，并将其置于养护池中进行养护。
第二，沉桩施工。确定桩长时，要分析土层的性质变化，考虑到桩顶破损、土层标高误差等因素。沉桩作业时，将贯入度、桩底标高作为控制指标，实施接桩、补桩等工艺。勘察地质时，明确土层分布、持力层标高、硬夹层范围、土质、厚度等指标，依据桩基允许偏差校验桩间距。施工完成后，清理淤泥、塌坡泥土，然后进行回填，监测回淤量指标。
第三，疏浚施工。施工前进行测量放样，作为施工组织设计的依据，回淤区域可以采用分期分区测量施工。疏浚前要扫床，做好防护措施，保证人员和设备安全，根据现场环境、土质条件，及时调整施工作业，准确定位挖泥船的位置，防止超挖、漏挖现象。若是利用绞吸式挖泥船，应该确定驻位轴线，定位桩孔和基桩桩位之间的间隔，控制在桩径的3倍以上。
4.3 实施加固处理
对于已经出现轻微病害，或者关键受力部位，为了防治病害带来的破坏，可以采用加固处理。以碳纤维加固法为例，首先要计算结构的初应力指标，如果碳纤维材料在制作过程中就进行粘贴，该区域的混凝土、钢筋、碳纤维材料均在初始状态下受力，即一次受力。具体到码头结构，需要加固处理的钢筋混凝土承受着较大的荷载作用，此时加固方案不仅受到自重荷载的影响，还要考虑到初始弯矩作用下的外部荷载作用[5]。在碳纤维材料的选用上，主要包括三种类型：分别是高强碳纤维布、中等强度碳纤维布、高模量碳纤维布，在实际应用中以中等强度碳纤维布材料为主。钢筋混凝土借助于屈服平台形成应变增量，将外部荷载作用力传递至碳纤维布材料上，从而提高结构的强度和稳定性。
结语：
综上所述，本文以高桩码头为例，介绍了常见的结构病害类型，例如裂缝、剥蚀、碳化锈蚀、结构破坏、不均匀沉降等。分析病害发生机理，是主观因素、客观因素的共同影响所致。对此，应该优化施工方案，加强施工管理，实施加固处理等，以提高码头结构的稳定性。
参考文献：
[1] 胡敏.高桩码头施工质量通病治理分析[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,5(26):109.
[2] 魏明晖,严锋,关战伟等.海港高桩码头结构维修技术应用[J].水运工程,2016,(3):167-171.
[3] 陈强.码头水工结构病害机理及防范对策探讨[J].信息化建设,2015,(12):294.
[4] 张达.探讨码头水工结构病害机理及防范策略[J].城市建筑,2017,(8):389.
[5] 范旭征博,曹鑫.探讨高桩码头结构的病害分析及施工的质量控制[J].建筑工程技术与设计,2015,(18):982-982.
论文作者:李强
论文发表刊物:《防护工程》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/29
标签：结构论文; 病害论文; 码头论文; 荷载论文; 强度论文; 碳纤维论文; 截面论文; 《防护工程》2017年第22期论文;