广西内河高桩码头病害分析

唐巾评

摘要：文章针对广西内河高桩码头运营过程中的病害问题进行研究，采用现场调查方法，得出广西内河高桩码头主要病害有裂缝、不均匀沉降、钢筋锈蚀、构件破损、桩基淘蚀等类型，并分析了各类型病害的成因与危害，提出了相应的病害防治措施。研究成果可为高桩码头的设计、施工与运营提供参考。

关键词：高桩码头;病害;成因;防治措施

0 引言

码头在临水环境中长时间运行，在船舶撞击等水平荷载和码头面机械轮压、堆货等竖向荷载共同作用下，会产生各种病害。随着广西内河航道等级的提高，水路运输繁忙，码头病害问题也日渐显著。国内有学者对高桩码头病害进行研究，但大多针对某一种病害，分析其成因[1]、危害，提出防治措施[2]、监测方法[3]，而未对广西内河高桩码头病害进行系统地分析、研究。依托《广西码头工程结构安全监控模式研究》课题，本文对广西内河的贵港港、梧州港、南宁港、柳州港的码头进行了病害调研分析。

1 广西内河码头概述

广西内河码头以高桩结构型式为主，高桩码头占广西内河码头一半以上。本次调研的高桩码头泊位共62個，发现病害的泊位达40个，病害发生率为65%。广西内河港高桩码头结构病害按病害发生的普遍程度从高到低排序为：裂缝、不均匀沉降、钢筋锈蚀、构件破损、桩基淘蚀。各类型病害发生率统计见图1。

2 广西内河码头病害成因及危害分析

2.1 裂缝

2.1.1 裂缝产生部位及原因

裂缝是高桩码头最普遍的病害，贯穿码头的生命周期。无论是刚投产运营还是运营一定时间的码头，均发现裂缝。裂缝产生部位主要有：（1）码头顶面面层，尤其是系船柱、排气孔附近;（2）码头面板、横梁、纵梁底部及立柱;（3）接岸挡土墙顶面和墙身。其中，码头顶面面层、挡土墙裂缝较为普遍。

裂缝产生的原因可分为施工原因和运营管理原因。部分刚投产运营码头的面层就已有裂缝，主要是由于施工过程中的水灰比不合理，混凝土养护不到位，温度应力、混凝土收缩变形等引起。而另外一部分码头在运营一段时间后，面层、横梁、纵梁或立柱才出现裂缝，主要原因有：码头超荷载使用，构件整体抗裂能力不足，导致裂缝产生;系船柱等附属设施的预留孔洞、码头面排气孔等周围应力集中，导致裂缝产生。广西区内高桩码头接岸挡土墙大多采用浆砌石结构，而挡土墙裂缝产生的主要原因是地基产生不均匀沉降，导致结构内部拉应力过大。

2.1.2 裂缝对码头的影响分析

表层、浅层裂缝，对码头结构安全性、适用性几乎不产生影响，但随着时间推移，裂缝发展为深层、贯穿裂缝时，将会对码头构成威胁。

（1）安全性。高桩码头梁、板、柱在水中或临水环境中工作，湿度大，混凝土深度开裂后，钢筋锈蚀速度较一般环境快，而钢筋锈蚀将导致构件的抗弯、抗拉、抗剪承载力降低。挡土墙贯穿裂缝将使挡土墙整体稳定性降低。

（2）适用性。码头混凝土面层因开裂变得粗糙，运输机械在上面行驶将造成车轮磨损。

（3）耐久性。在梁、板、柱等配筋构件上，裂缝的产生会加快CO2、O2等物质侵入混凝土的速度，加速混凝土碳化和混凝土内钢筋锈蚀，降低耐久性。

2.2 不均匀沉降

2.2.1 不均匀沉降产生部位及原因

高桩码头不均匀沉降病害主要表现为：（1）码头水工作业平台与后方堆场之间存在高差;（2）堆场局部下陷，堆场表面坑洼积水;（3）接岸挡土墙因不均匀沉降出现裂缝贯穿墙体。

广西内河高桩码头不均匀沉降主要是由于水位、水流变化及码头超载运营等原因造成：（1）广西洪水期水流流速远大于码头正常运营的流速，高流速水流引起高桩码头岸坡冲淤变化，导致码头发生不均匀沉降;（2）库区水位调节，水位骤升或骤降引起高桩码头岸坡土体剩余水压力变化，岸坡变形导致码头发生不均匀沉降;（3）码头超载使用，堆场局部荷载过大造成不均匀沉降。

2.2.2 不均匀沉降对码头的影响分析

轻微的不均匀沉降会引起码头构件开裂，严重时会引起码头倾斜。

（1）安全性。不均匀沉降导致码头梁、板、柱等承重构件开裂，进而加速钢筋锈蚀，造成构件承载力降低;严重时还会导致码头局部或整体倾斜，影响码头整体稳定性。

（2）适用性。不均匀沉降造成起重机械前后轨道不在同一水平面上，导致起重机产生倾斜，影响使用;码头局部或整体倾斜也影响码头使用。

（3）耐久性。码头不均匀沉降会引起码头横梁、纵梁、面板等开裂，导致钢筋锈蚀，耐久性降低。

2.3 钢筋锈蚀

2.3.1 钢筋锈蚀产生部位及原因

高桩码头在临水的潮湿环境中工作，混凝土构件的保护层被破坏则极易引起钢筋锈蚀。病害主要部位有位于水位变动区的横梁、纵梁底部和立柱。病害产生的主要原因有：（1）混凝土存在蜂窝、麻面、孔洞等缺陷，有效保护层厚度不足，诱发钢筋锈蚀;（2）构件开裂，混凝土保护层被破坏，钢筋暴露于空气中发生锈蚀;（3）船舶、车辆等机械撞击，导致梁、护轮坎等构件保护层被破坏，钢筋暴露于空气中而锈蚀。

2.3.2 钢筋锈蚀对码头的影响分析

钢筋锈蚀对高桩码头的影响主要有：

（1）安全性。钢筋锈蚀后，横梁、纵梁等构件的抗弯、抗剪承载力以及立柱的抗弯承载力降低，威胁码头安全。

（2）适用性。梁、板、柱等受力构件因钢筋锈蚀承载力降低而发生变形、损坏，影响码头使用。

（3）耐久性。钢筋锈蚀后，锈蚀产物体积增大挤压周围混凝土，加速混凝土开裂和破坏，导致码头耐久性降低。

2.4 构件破损

2.4.1 构件破损产生部位及原因

构件破损病害主要部位为码头前沿面板、护轮坎、梁、柱。病害产生的主要原因有：（1）施工控制不当，混凝土结构存在质量缺陷，码头运营过程中混凝土碳化剥落，构件破损;（2）钢筋锈蚀，混凝土胀裂没有得到及时修复，裂缝开展致使混凝土进一步被破坏，构件破损;（3）机械刮擦、船舶撞击导致构件破损。

2.4.2 构件破损对码头的影响分析

构件破损对高桩码头的影响因部位及程度而异。

（1）安全性。梁、板、柱等承重构件轻度破损，混凝土有效保护层厚度减小，甚至被破坏，构件钢筋锈蚀，承载力降低;构件重度破损，构件的整体承载能力降低，威胁码头安全。

（2）适用性。梁、板、柱等承重构件发生破损后，引发钢筋锈蚀、混凝土开裂等，影响使用;护轮坎等非承重构件破损，则使码头缺少防护，影响码头使用。

（3）耐久性。构件破损，混凝土有效保护层减小、甚至被破坏，加速钢筋锈蚀，锈蚀产物引起混凝土胀裂破坏，耐久性降低。

2.5 桩基淘蚀

2.5.1 桩基淘蚀产生部位及原因

广西内河高桩码头桩基淘蚀主要表现为桩基在水流冲刷作用下，导致其表面混凝土发生冲蚀、脱落。病害产生的主要原因有：施工缺陷，桩基混凝土质量差，存在蜂窝、麻面、孔洞等缺陷，在水流淘刷下，保护层混凝土脱落，钢筋外露发生锈蚀。钢筋锈蚀后，混凝土胀裂，破碎、脱落，进一步加速桩基损坏。

2.5.2 桩基淘蚀对码头的影响分析

桩基淘蚀对高桩码头的影响有：

（1）安全性。桩基被水流淘刷、侵蚀，钢筋锈蚀、桩截面面积局部变小，影响桩基的承载能力，威胁码头安全。

（2）适用性。桩基发生淘蚀后承载能力降低，可能导致码头发生变形，影响码头的使用。

（3）耐久性。桩基淘蚀后表层混凝土逐渐脱落，钢筋暴露在空气中而产生锈蚀，耐久性降低。

3 病害防治措施建议

总体而言，广西内河高桩码头病害的产生有设计、施工、运营等方面的原因。本文针对每一种病害，从设计、施工与运营等方面提出防治措施建议。

3.1 裂缝病害防治

（1）设计、施工阶段

对于纵横梁、面板、立柱等构件，在施工期严格控制原材料质量，控制好配合比和水胶比，降低大体积混凝土内外温差，减小温度裂缝，加强混凝土养护。同时做好成品保护，避免施工船舶、机械等对预制构件和现浇构件的撞击。

对于码头面层，可采取在混凝土中掺加聚丙烯纤维等措施，增强纵向抗拉能力，减少裂缝产生。面层混凝土浇筑完毕后，可采用土工布覆盖与喷淋系统结合的方法确保养护湿度。

（2）运营阶段

加强调度，避免船舶直接撞击码头结构、机械刮擦码头构件事件发生;加强码头管理，严禁码头超载使用;定期对码头进行观测。码头运营单位可自行对码头进行定期观测，记录裂缝位置、宽度、发展程度等信息。观测周期为每月1次。发现裂缝开展速度快或宽度过大时，及时采取修补措施，如采取表面封闭法、聚合物材料修复法、灌浆法、表面涂层法等方法对裂缝进行修补。

3.2 不均匀沉降病害防治

（1）设计、施工阶段

码头设计阶段应充分勘察，合理选址，避开地下溶洞等不利于高桩码头建设的地质;选择合适桩型，科学设计桩基尺度及入土深度等;尽量设计将码头基桩打入同一持力层，并打入硬土层。施工阶段，采用有利于边坡稳定的施工程序与方法进行施工，按规定的时间间隔进行抛石及回填，确保岸坡稳定。

（2）运营阶段

加强码头管理，严禁码头超载使用;定期对码头进行变形监测。布设沉降位移监测网，利用全站仪、水准仪定期对码头进行观测，及时掌握码头沉降、位移状况。监测内容包括码头水平位移、垂直位移、倾斜等，建议第一年每一季度观测1次，第二年每半年观测1次，第三年后每年观测1次，如遇特殊情况应加密监测周期。

3.3 钢筋锈蚀病害防治

3.3.1 设计、施工阶段

总体而言，钢筋锈蚀主要是由于混凝土保护层保护不足引起。在设计阶段应做到以下两点：（1）研发高性能混凝土材料，提高混凝土耐久性，以保护钢筋;（2）合理设计混凝土钢筋保护层厚度。在施工阶段，应严格控制施工质量，提高混凝土浇筑均匀性、密实性，避免出现蜂窝、麻面等缺陷，以保护钢筋。

3.3.2 运营阶段

加强码头调度管理，避免船舶撞击、机械刮擦等造成混凝土保护层破坏的事件发生。定期对码头进行外观检查，尤其是承重构件，如发现保护层破坏，应及时采取修补措施，保护钢筋。检查周期为每月1次。

3.4 构件破损病害防治

3.4.1 设计、施工阶段

合理设计、建设码头防护设施，避免船舶、流动机械直接撞击码头构件。在施工期注意以下两方面：（1）需要加强混凝土质量控制，减少因混凝土自身不足而从内部引起构件破坏的情况发生;（2）加强施工管理，避免施工船舶及机械撞击预制或浇筑好的梁、板、柱等构件。

3.4.2 运营阶段

加强管理，避免船舶、流动机械直接撞击码头构件。如仍不可避免地发生了撞击破坏事件，应及时进行可靠性评估，采取修补措施。定期对码头进行检查、观测，并记录每一次观测结果，建议每月观测1次。

3.5 桩基淘蚀病害防治

3.5.1 设计、施工阶段

设计阶段应进行合理选址，避开水流流态复杂区域。广西内河高桩码头大多采用灌注桩，施工阶段，应加强水下混凝土原材料、拌和物、水灰比，以及灌注工艺的控制，确保桩基混凝土质量达到设计要求。施工完成后，应及时对桩基完整性、承载力进行检测。如未能达到设计要求，应及时联系设计方，共同采取补救措施。

3.5.2 运营阶段

定期对桩基进行检查、观测，并记录桩基状况。如水位条件允许，建议每个季度观测1次。如发现桩基混凝土出现钢筋锈蚀、胀裂、脱落等病害，应及时对桩基裂缝进行封闭处理，对混凝土进行修复。

4 结语

广西内河高桩码头病害主要有梁、板、柱、挡土墙等结构及构件裂缝，码头不均匀沉降，梁、板、柱等构件钢筋锈蚀，梁、板、护轮坎等构件破损，以及桩基淘蚀。其中，裂缝病害最为普遍，尤其是面层裂缝和挡土墙裂缝。

不同病害类型的产生原因也有所不同。在码头设计、施工阶段，应加强设计、施工质量控制。运营阶段，应加强管理与监控。针对裂缝、钢筋锈蚀、构件破损、桩基淘蚀等易观察到的病害，建议运营方定期自行观测，并做好记录。针对码头变形等不易观察的病害，建议委托相关单位采用专门仪器进行定期监测。

参考文献：

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