陳永福 廣東省能源集團(tuán)有限公司珠海發(fā)電廠

1.工程概況

某電廠重件碼頭工程建成于1996年，碼頭結(jié)構(gòu)為高樁無梁板式結(jié)構(gòu)，由一個(gè)工作平臺(tái)，兩個(gè)引橋組成，其中工作平臺(tái)長(zhǎng)104.04m，寬24m，引橋長(zhǎng)37m，寬15.9m。碼頭底部基樁共242根，均采用600×600mm的C40預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，內(nèi)配為3000T級(jí)重件碼頭。碼頭主要功能是負(fù)責(zé)電廠新裝機(jī)組的大型設(shè)備的裝卸，僅在1998～1999年及2004～2005年期間滿負(fù)荷使用，其余時(shí)間主要為1000T級(jí)的散貨船裝卸。碼頭建成一直未進(jìn)行維護(hù)，長(zhǎng)期以來就形成了裂縫，綜合看這些裂縫，大小、形狀各不相同，出現(xiàn)的先后順序也不相同，這不僅嚴(yán)重影響了整個(gè)高樁碼頭的外觀美感，同時(shí)對(duì)碼頭發(fā)熱耐久性和安全性也產(chǎn)生一定威脅。

2.珠海電廠重件碼頭樁基裂縫現(xiàn)狀

在早期檢查，已發(fā)現(xiàn)部分構(gòu)件發(fā)生明顯的銹蝕開裂，尤其基樁最為明顯。在2011年委托檢測(cè)公司對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，在242根基樁中，119根樁有較明顯的豎向裂縫發(fā)生，大部分裂縫處存在銹跡現(xiàn)象，部分基樁有大面積銹蝕網(wǎng)狀裂縫，局部有混凝土破損、脫落、鋼筋外露等缺陷，其中34.7%的基樁的劣化等級(jí)為C，14.5%的基樁的劣化等級(jí)為D，構(gòu)件劣化嚴(yán)重。主要集中在樁帽底下到最低潮位之間。采用直接觀測(cè)法檢測(cè)鋼筋剩余截面面積，在抽檢構(gòu)件中，鋼筋截面面積損失率最大值是34.9%，平均截面損失率均在30%左右，鋼筋混凝土保護(hù)層因銹脹被破壞甚至裸露的鋼筋截面面積損失嚴(yán)重。2018年委托設(shè)計(jì)院進(jìn)行檢測(cè)及修補(bǔ)設(shè)計(jì)，情況更為嚴(yán)重。水下的基樁未出現(xiàn)明顯的裂紋，樁帽及面板破壞較少。

碼頭現(xiàn)有方樁主筋為8根直徑25mm和16mm的冷拉Ⅲ鋼筋，考慮基樁鋼筋截面損失率為30%，經(jīng)計(jì)算其結(jié)構(gòu)抗拔承載力為1139KN，抗拔不能滿足要求。

基樁腐蝕破壞已經(jīng)對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)承載力產(chǎn)生了明顯的影響，基樁抗拔承載力已經(jīng)不能滿足原設(shè)計(jì)要求。碼頭結(jié)構(gòu)安全性分析按最不利情況考慮，本碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力和作用效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值Rd/Sd=1139/1213=0.94，根據(jù)《港口水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》(JTJ302-2006)，綜合各項(xiàng)檢測(cè)及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)果分析，本碼頭結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估綜合等級(jí)為C級(jí)，基樁結(jié)構(gòu)的安全性不符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，顯著影響承載能力，需及時(shí)進(jìn)行修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)。

3.珠海電廠重件碼頭樁基損壞特點(diǎn)及原因分析

從碼頭的檢測(cè)情況可以看到，重件碼頭損壞特點(diǎn)主要是：

（1）基樁損壞嚴(yán)重，鋼筋平均腐蝕達(dá)到30%以上，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全，而碼頭其他結(jié)構(gòu)損壞很小?；鶚稉p壞的部位主要是水位變動(dòng)區(qū)及浪濺區(qū)，水下基樁未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫。

（2）從基樁受損裂縫外觀特征看，都為順筋裂縫，部分多條順筋裂縫組成大面積的網(wǎng)狀裂縫，已造成保護(hù)層嚴(yán)重脫落。

從重件碼頭損壞特點(diǎn)可以看到主要由于海水中的CL-離子通過微小通道進(jìn)行滲透，破壞了鋼筋表面在混凝土中的堿性環(huán)境生成的鈍化膜，為鋼筋的氧化腐蝕提供條件，鋼筋氧化膨脹加速混凝土裂縫發(fā)展，使鋼筋腐蝕加劇。引起基樁相對(duì)其他構(gòu)件損壞嚴(yán)重主要有以下原因：

（1）本碼頭建成于上世紀(jì)90年代，是按《港口工程技術(shù)規(guī)范（1987版）》標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)及施工，局限于當(dāng)時(shí)碼頭混凝土耐久性的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，碼頭基樁采用預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，混凝土設(shè)計(jì)保護(hù)層偏小，混凝土強(qiáng)度也不太高，不能有效隔絕海水中的CL-離子的侵蝕，根據(jù)檢測(cè)基樁中混凝土中不同深度的氯離子濃度分布試驗(yàn)，詳見下表，氯離子濃度隨著混凝土中深度的增加而逐漸降低。

表1 混凝土構(gòu)件氯離子濃度分布情況檢測(cè)成果表

（2）根據(jù)《港口水工建筑物檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)范》（JTJ302-2006）規(guī)定浪濺區(qū)鋼筋銹蝕臨界濃度值為0.35%，水位變動(dòng)區(qū)為0.55%（占膠凝材料質(zhì)量百分率），膠凝材料與混凝土質(zhì)量比為1:6.03計(jì)算，則混凝土中鋼筋銹蝕臨界氯離子濃度可換算為水位變動(dòng)區(qū)、浪濺區(qū)0.06%～0.09%（以混凝土質(zhì)量百分含量計(jì)）。在浪濺區(qū)及水位變動(dòng)區(qū)，樁氯離子含量在鋼筋位置周圍實(shí)測(cè)的濃度遠(yuǎn)大于0.06%，氯離子含量已大于致使鋼筋銹蝕的臨界含量值，氯離子侵蝕比較嚴(yán)重，產(chǎn)生了順筋裂縫。從混凝土構(gòu)件氯離子濃度分布情況檢測(cè)成果表，可以看到，基樁的表面氯離子濃度是高的，是最易受到氯離子侵蝕的區(qū)域。本碼頭的基樁的沉樁采用錘擊方式，在擊打過程中，基樁在離樁頭臨近的區(qū)域最可能存微小裂縫，而且這區(qū)域剛好處于水位變動(dòng)、浪濺區(qū)最不利的位置，加速了氯離子的侵蝕。

4.珠海電廠重件碼頭樁基的結(jié)構(gòu)修復(fù)與加固

根據(jù)碼頭的損壞檢測(cè)，需要對(duì)碼頭進(jìn)行修復(fù)與加固，以達(dá)到修復(fù)后能恢復(fù)到結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估綜合等級(jí)B級(jí)及以上修補(bǔ)的目的。針對(duì)根據(jù)基樁的損壞情況，采取以下修復(fù)措施。

4.1 裂縫修補(bǔ)

①靜止裂縫修補(bǔ)。裂縫寬度0.2mm～5mm的裂縫采用化學(xué)灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)。

②銹脹裂縫修補(bǔ)。裂縫寬度＞5mm或裂縫表面存在明顯銹跡的裂縫采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)。鑿除表面混凝土后，如發(fā)現(xiàn)鋼筋截面面積明顯減少，減少的截面積超過10%時(shí)，必須更換鋼筋。

③網(wǎng)狀裂縫、混凝土脫落。鑿除網(wǎng)狀裂縫及混凝土脫落處的混凝土保護(hù)層，對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹或更換、補(bǔ)焊鋼筋，采用聚合物砂漿修補(bǔ)。

4.2 耐久性修復(fù)

①對(duì)碼頭基樁及樁帽、現(xiàn)澆梁板等混凝土構(gòu)件進(jìn)行修補(bǔ)后，再在混凝土表面進(jìn)行采用異丁烯三乙氧基硅烷單體浸漬硅烷法防腐保護(hù)處理，能有效隔離海水滲入混凝土內(nèi)部。

②樁基在潮水變動(dòng)、浪濺區(qū)的部分，采用粘貼碳纖維布加固防護(hù)，碳纖維布沿樁身橫向分2層包裹粘貼。粘接纖維復(fù)合材料的膠粘劑采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑A級(jí)膠，最外層纖維布外表面進(jìn)行涂刷漆進(jìn)行表面防護(hù)。

③在部分樁身用環(huán)氧樹脂膠粘劑粘貼碳纖維布包纏，雖不能提高整個(gè)樁的抗壓、拔承載力，但可與粘貼的混凝土的協(xié)同作用，如同管箍作用，可以抵抗鋼筋銹脹產(chǎn)生的拉應(yīng)力，抑制裂縫的產(chǎn)生，約束裂縫的開展。同時(shí)碳纖維與粘結(jié)劑在樁表面包裹形成一個(gè)保護(hù)層，可以封閉混凝土面的所有通道，完成隔絕海水CL離子、水氣及氧氣的供應(yīng)，有效減緩鋼筋繼續(xù)腐蝕，從而提高樁的耐久性。

5.結(jié)論

海港高樁碼頭因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及所處的惡劣環(huán)境，早期（運(yùn)營(yíng)10～20年以上）的高樁碼頭因耐久性設(shè)計(jì)不足，都出現(xiàn)不同程度的因CL-離子侵蝕造成損壞，破壞較嚴(yán)重主要集中水位變動(dòng)、浪濺區(qū)范圍結(jié)構(gòu)，對(duì)這類碼頭需定時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，盡早處理，才能保證碼頭的運(yùn)營(yíng)安全，而且大幅減少修復(fù)的費(fèi)用。此外，對(duì)于在水位變動(dòng)、浪濺區(qū)范圍破壞較嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)，采取環(huán)氧樹脂膠粘劑粘貼碳纖維布包纏是非常有效的修復(fù)，碼頭在2018年修復(fù)后，已在碼頭裝卸過發(fā)電機(jī)350噸的定子，在2020年檢測(cè)時(shí)，外觀檢測(cè)未發(fā)現(xiàn)樁基有破損及銹斑，證明采用碳纖維修復(fù)是可以有效提高鋼筋混凝土防護(hù)CL-離子的侵蝕，從而提高碼頭的耐久性和安全性。