老旧码头维修加固思路与方法探析
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摘 要：本文以番禺莲花山番港货运有限公司码头作为示例，介绍了建设年代久远的高桩梁板结构老旧码头维修加固的基本思路及方法，列出了码头的安全性、使用性、耐久性评估的思路，在此基础上提出适应此类工程的维修加固方法，可为类似码头技术评估和维修加固提供参考。
关键词：码头 维修加固
1.概述
近年来，随着经济的快速发展、进出口货物数量的增长和船舶大型化、现代化，大型船舶到港几率增大，部分港口泊位需超出原设计靠泊更大船舶，不少港口码头因年久失修，码头已部分失去原有的承载能力，构件破损严重。通过技术手段，对码头结构进行维修加固，使码头结构恢复原有设计承载能力和具备靠泊更大等级船舶的能力，是保障港口运行安全的必然选择。
根据近年来对部分码头的调研以及已有的设计工作经验，本文以广州番禺莲花山番港货运有限公司码头为示例，针对老旧的高桩结构码头，给出码头安全性、使用性、耐久性评估的思路和方法，在此基础上提出适应此类工程的维修加固方法。
番禺莲花山番港货运有限公司码头于1988年建成投入使用，已正常运营多年，地处莲花山航道的西支浮莲岗水道，码头建设总长150.4m，码头结构为高桩梁板结构。由于早期耐久性设计指标较低，码头也存在超载使用情况，经专业检测公司检测，码头上部结构各构件均存在一定程度破损、开裂、露筋的情况，严重影响码头的作业安全和耐久性，对码头进行维修加固迫在眉睫。
2.设计参数
2 . 1设计船型
1000吨级杂货船：总长×型宽×型深×满载吃水=85m×12.3m×7.0m×4.3m。
2 . 2设计荷载
本设计荷载主要为结构自重、码头面均布荷载及码头面流动荷载。考虑码头已经使用多年并损坏情况较严重，考虑改造后优化装卸工艺，码头进行限载使用。
均布荷载：20kPa（堆放重箱一层）。流动荷载：40t集装箱挂车。
2 . 3水文、地质条件
（1）潮汐与水位。珠江口地区的潮汐属不规则半日混合潮型。拟建港区位于莲花山附近浮莲岗水道，受潮汐作用影响，潮汐规律与珠江口类似，同时也受到上游的洪水作用。
设计高水位：1.40m（高潮累积频率10%的潮位）；
设计低水位：-1.30m（低潮累积频率90%的潮位）；
极端高水位：2.34m（重现期50年的年极值高水位）；
极端低水位：-2.13m（重现期50年的年极值低水位）。
（2）地质条件。工程位于广州市番禺区莲花山水道近岸水域，原始地貌属珠江三角洲海陆交互相冲积平原区。拟改造码头段河岸顺直，河面宽阔，周边环境较简单。根据地质钻探显示自上而下分层为：淤泥层、粗砂、亚砂土、卵石、风化砂岩。
2 . 4码头结构
码头长度为150.4m，宽度为20m，为顺岸式码头。码头排架间距为5.0m，码头为高桩梁板结构。码头共有32 个排架，基桩550mm×550mm预应力混凝土方桩，其中有1对叉桩（见图1）。
3.码头安全性、使用性、耐久性评估分级3 . 1 评估分级方法
安全性评估主要按承载能力极限状态验算的结果进行。结构验算计算模型应符合现行标准和规范的规定，并符合实际受力和构造状况，结构作用效应应经调查和检测核实，并符合现行规范、标准的规定，同时应考虑因用途变更或对已有结构的改动所产生的变化。材料强度标准值应通过现场检测，并按国家现行标准确定。当构件无明显功能性退化和施工缺陷时，构件材料强度标准值可采用现行规范的规定。结构安全性评估按下表1规定分别验算各项目等级，取最低一级作为该构件安全性评估等级。
使用性评估以现场调查和检测结果为基本依据。当检测只能取得部分结果或建筑物使用条件改变时，尚应按正常使用极限状态进行验算，并符合安全性评估的要求和现行行业标准的有关规定。结构构件使用性评估应按表2规定分别验算各验算项目等级，取最低一级作为该构件使用性评估等级。
耐久性评估根据材料劣化度和耐久性极限状态进行。耐久性损伤导致安全性、使用明显退化时，尚应按承载能力极限状态或正常使用极限状态进行安全性或使用性评估。
3 . 2 评估分级结果
3.2.1安全性评估分级
根据码头现状和使用条件，经过对结构的安全性的验算，本码头主要受力构件受力可达到原设计要求，Rd/Sd比值均大于1.0，码头结构完整的构件可以达到规范规定的安全性评估的A级标准，但码头部分横梁、纵梁等构件开裂、破损严重，承载力无法达到完整构件的承载能力，使结构安全性受到影响，综合考虑码头安全性评估分级确定为C级，码头应经修复后恢复原结构的承载力，以达到A级标准。
3.2.2使用性评估分级
经过对码头主要受力构件的最大挠度和最大裂缝开展宽度验算，规范限值与验算值比值r均大于1.0，但码头部分构件开裂、破损严重，有部分构件已失去原有的承载能力，具体见码头耐久性评估相关内容。综合考虑，码头使用性评估分级为C级，码头应及时修复、补强，以恢复到A级标准。
3.2.3耐久性评估分级
经对莲花山番港货运有限公司码头混凝土构件详细检查发现，该码头大部分构件外观状况良好，少数构件存在开裂、破损、露筋和其它缺陷，具体统计结果为：A 类构件占构件总量的92.8%，B 类构件占构件总量的0.4%，C 类构件占构件总量的3.2%，D 类构件占构件总量的3.2%。本工程中构件耐久性评估为钢筋锈蚀劣化耐久性评估，评估主要为混凝土结构外观劣化度评估。
3 . 3结构维修加固常用方法
维修、加固工程一般均会涉及到对原结构的承载力加固提高，根据规范要求和实际经验，加固方法主要有加大截面加固法、外粘型钢加固法、粘贴钢板加固法和粘贴碳纤维复合材料加固法等。本工程选取粘贴碳纤维加固法加固构件，主要考虑此种方法相对其他传统加固方法在对结构的适应性、施工便捷性、耐久性等方面具有一定的优势。
碳纤维复合材料加固属于一种新型加固方法，其加固的构件碳纤维片材与混凝土内受力钢筋共同承受截面上的拉应力，受力后的变形形态与普通钢筋混凝土受弯构件类似。规范给出了碳纤维加固构件的承载力计算公式，公式较为复杂，参数较多，计算参数的选取对构件承载力计算影响较大。利用碳纤维加固的构件承载力以规范公式计算和实验共同确定为宜。
本工程构件经维修后承载力可恢复到原设计水平，经验算，原构件承载力已满足，利用碳纤维加固主要考虑作为对原构件承载力的富余。
4.维修加固方案
4 . 1码头安全性和使用性修复
对于安全性和使用性评估等级为C、D级的水工建筑物，采取加固措施。加固措施根据使用功能和实际情况，区分如下：
（1）恢复构件原承载能力。
对于原设计承载能力已满足要求的构件，由于使用期的耐久性破损，使构件承载能力降低，影响到结构安全性和使用性，设计中考虑采取按“耐久性破损修补”的措施进行修复，恢复构件的原设计承载能力。具体修补措施见以下耐久性修补的相关内容。
本工程中此部分修复的构件主要是部分横梁、纵梁和面板。
（2）构件作废，重新进行设计。
对于破损较严重，已无法进行修复或修复后承载力依然不足并且有安全隐患的构件，设计考虑将构件拆除，按实际受力重新进行设计。
（3）加固提高原构件的承载能力。
对于进行修复恢复承载能力后依然不能满足要求的构件或修复后承载力满足，但需要考虑提高构件承载能力的，设计中考虑采取加固的措施，提高承载能力。
本工程中考虑采取“耐久性修复”措施修复的纵梁和全部的横梁均采用粘贴碳纤维进行加固，提高码头主要受力构件的承载能力，提高码头的安全富余。
4 . 2码头耐久性修复
码头耐久性修复主要为对混凝土构件破损的修补，分非耐久性修补和耐久性修补，分别概述如下：
（1）非耐久性修补。
非耐久性修补主要为由于施工遗留的混凝土缺陷、温度应力或收缩应力引起的裂缝，或因荷载、沉降引起的裂缝。
对于宽度0.2～0.3mm的裂缝，采取用封缝材料的封闭方法对裂缝进行修补。
对于宽度大于0.3mm的裂缝或贯穿裂缝，采用化学灌浆方法进行修补。
对于其他破损情况，根据实际破损面积的大小，可分别采用聚合物水泥砂浆、立模浇筑混凝土、喷射混凝土的方法进行修复。
本工程中非耐久性修补主要为码头面层的裂缝，设计中采用化学灌浆进行修补。
（2）耐久性修补。
本工程中由于破损而导致安全性、使用性评估不满足的构件和耐久性评估等级为C、D级的构件采取耐久性修补措施，结构按修补后目标使用年限为15年。
修补措施如下：凿除出现锈胀裂缝和层裂处的混凝土保护层； 用手工或动力工具除锈至St2级；用高压淡水冲洗钢筋及混凝土表面；钢筋损失超过5%时，更换或补焊钢筋；对修补断面涂界面粘结材料；用立模浇筑混凝土、喷射混凝土或聚合物水泥砂浆进行补充修补，恢复构件原断面。在构件表面涂混凝土表面涂层防腐涂料。
5.结语
上世纪80、90年代建设的大量码头到现在已使用多年，由于当时技术水平限制和码头超载使用、缺乏维护的原因，很多码头产生了破损、开裂等情况，而这些码头基本均未到使用年限，经修复后仍可继续使用。
码头修复和改造工程设计前，需要对码头结构进行检测，以了解码头各构件混凝土强度、钢筋锈蚀和各构件破损情况。码头检测中应对码头及构件的耐久性评估等级提出建议的划分，并应包括非耐久性破损修补和耐久性破损修补的内容，以便于进行有针对性的修复和加固设计。
碳纤维布加固法是一项新兴的结构加固技术，具有高强高效、施工便捷、具有极佳的耐腐蚀性能和耐久性能的特点，在码头维修加固中可以进一步应用推广。
参考文献：
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[2]广东港湾工程质量检测有限公司，莲花山番港货运有限公司码头结构检测报告书[R]，2009（7）.
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