天津港高桩码头耐久性问题浅析

摘要：天津港自重新开港以来，经过多年的发展，已经成为中国最大的人工港，现拥有各类码头泊位159个，其中绝大多数都是高桩码头。在码头耐久性的问题上，经历了从忽视到关注再到越来越重视的过程，随着码头逐渐大型化、深水化发展，髙桩码头耐久性问题还将越发凸显。本文试图简要回顾天津港在高桩码头耐久性问题上的认识过程，剖析了高桩码头钢筋混凝土结构的破坏原因及破坏特点，并对天津港应对高桩码头耐久性问题的技术和措施进行了归纳和总结。

关键词：高桩码头；钢筋腐蚀；耐久性

中图分类号：U653.5 文献标识码：A 文章编号：

前言

高桩码头是在软土地基上建港的最主要的结构形式，天津港绝大多数码头都采用了这种形式，具有结构简单、承载力大和节省材料、易于施工等优点。但码头构件容易损坏，且较难修复，在结构耐久性方面存在先天不足。多年来，高桩码头耐久性问题从开始被忽视，后来因为码头结构病害损坏问题不断显现，逐渐引起了人们的关注。天津港在髙桩码头耐久性问题的认识、研究与应对上也经历了这个过程。

1、自然环境

天津港位于渤海湾西部，最高气温38.9℃，最低气温-20.4℃，相对湿度75%。冬季最冷月平均气温一般都在-4℃以下，年天然冻融循环次数在50 次以上，渤海海区海水的含盐量为3.66%。港区处于北方寒冷地区，与南方港口相比，不仅受到海水环境的腐蚀，还存在冻融腐蚀的问题。

2、高桩码头构件损坏特点分析

2.1产生破坏的主要原因

从天津港历次码头结构普查看，高桩码头因CL-引起的钢筋腐蚀破坏情况是非常普遍的。虽然早期建设的码头受冻融破坏的影响也比较严重，但由CL-引起锈蚀破坏更加普遍地存在，且上世纪70年代以后，天津港在码头混凝土中普遍采取了掺加引气剂等抗冻措施，冻融破坏现象已得到了有效的控制，而由于钢筋腐蚀引起的混凝土开裂、钢筋断面损失及预应力钢筋锈蚀脆断等问题，则成为引起高桩码头结构耐久性降低甚至产生破坏的主要原因。

2.2破坏部位的垂直分布

调查结果表明，浪溅区是发生腐蚀破坏的重灾区，该区域经受海浪、潮汐频繁侵袭，CL-容易在此积聚，并更容易向混凝土深层渗透扩散，同时该区域氧气充足，CL-与钢筋的化学反应更易进行，钢筋锈蚀极易发生。而在水位变动区、大气区和水下区域，受CL-含量和通氧条件的制约，构件腐蚀逐渐减弱，特别在水下区域，码头构件基本没有腐蚀。

2.3 破坏位置的平面分布

从多年调查结果还可以看出，在相对开敞的区域，风浪对码头结构物直接作用较大，构件腐蚀破坏程度偏高；而在相对封闭的区域，风浪对结构物的直接作用较小，构件腐蚀破坏程度则要低一些；具体到每一个泊位，由于码头构件所处位置不同，腐蚀程度也有所不同。码头前方承台构件发生损坏的比例要高于后方承台，主要是因为码头前沿空气流动性较好，水分蒸发快，CL-含量要高于码头后方。码头后承台构件的破坏也比较有规律，大部分都集中在最靠岸的部位，该部位构件破坏的比例最高，这是因为波浪沿斜坡爬升到码头最后端发生破碎后导致海水飞溅到这些部位上引起的。

3、天津港高桩码头耐久性研究及相关技术的发展

天津港是国内较早开始高桩码头耐久性研究的港口之一，上世纪80年代初就开始了这方面的研究。在此之前，由于对耐久性问题认识不足，很多髙桩码头在投入使用后不久就出现了腐蚀破坏，比如1979年建设的天津港客运码头建成不到10年就发现将近50%的前承台面板受到了腐蚀损坏，其它建于80年代以前的码头也基本上都经过了修补和改造。90年代以后特别是进入新世纪以来，随着结构耐久性研究的先进理念和技术不断传入我国，结构的耐久性也得到了越来越多的重视。天津港在有关科研单位、施工单位的配合下，开展了很多提升高桩码头构件耐久性的研究，取得了一定的成果，码头耐久性设计等级越来越高，防腐蚀技术和措施也越来越先进，大幅度提升了高桩码头构件抗腐蚀的能力。

在天津港髙桩码头建设实践中，主要从两个途径来提升钢筋混凝土的抗腐蚀能力。一是提升混凝土的密实性和抗渗性，阻断钢筋与CL-的接触，增强混凝土对钢筋的保护作用，主要技术和措施有增加保护层厚度、混凝土防腐涂层和高性能混凝土等；二是提升钢筋自身的抗腐蚀能力，减缓或阻止钢筋发生电化学反应，主要技术有钢筋涂层和阴极保护技术等。

3.1适当增加保护层厚度

保护层是避免钢筋接触腐蚀环境最基本的屏障。随着码头耐久性要求的逐步提高，处于腐蚀环境中构件保护层的厚度也越来越大，《海港钢筋混凝土结构防腐蚀技术规定》（JTJ 228-1987）和《海港预应力混凝土结构防腐蚀技术规定》（JTJ 229-1987）中规定浪溅区保护层最小厚度为60mm，而在《水运工程混凝土质量控制标准》（JTJ269-1996）和《水运工程混凝土施工规范》（JTJ 268-1996）中已将该指标提升至65mm。在天津港新建高桩码头中，一般将浪溅区的保护层设计为70mm,进一步提高了保护层对钢筋的保护能力。

3.2混凝土防腐涂层

混凝土防腐涂层是一种切实有效的方法，好的防腐涂层能够有效阻断有害物质的侵入路径，防止其进入混凝土内部，因此天津港在高桩码头构件上普遍使用了这种防腐技术。早期的防腐涂层主要为普通环氧煤沥青涂料，此后引入了LSW-2型防腐涂料并沿用至今。该涂料具有突出的耐海水、耐盐雾和抗CL-渗透的性能，多年实践也证明该涂料能够有效阻止或延缓腐蚀环境对钢筋混凝土的侵蚀。

3.3高性能混凝土

高性能混凝土技术是近年来从国外引入并使用到海港工程中的，是《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTJ 275－2000）中提升钢筋混凝土结构耐久性的首推措施。高性能混凝土目前在国际上还没有统一定义，海港工程中的高性能混凝土一般是基于结构耐久性设计的,具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等优良特性，自身密实和抗渗性能非常优良。2005年前后天津港在高桩码头建设中全面采用了高性能混凝土，并已经积累了一些施工及质量控制的经验，但距离全面掌握其特性还有一定的距离。

3.4 钢筋涂层

这种方法是通过对钢筋表面直接进行处理来保护钢筋。钢筋进行涂层处理后,与混凝土之间的握裹力会有所下降，同时钢筋涂层如果产生破损，在破损处的腐蚀程度可能更高，对生产质量控制和成品保护的要求过于严格，因此钢筋涂层在天津港高桩码头建设中应用地并不广泛。

3.5 外加电流阴极保护

这也是近年来从国外引进的新技术，在国内还处于推广阶段，只在一些较大的工程如杭州湾大桥中使用过。2005年，天津港与广州—圣维可防腐工程有限公司合作，在北港池滚装码头工程中选取了一个结构段开展了该技术的试验研究，试验针对该结构段的钢筋混凝土构件设置了外加电流阴极保护系统。该系统由直流电源、辅助阳极、参比电极、控制系统和监测系统构成。在系统实际运行时，监测系统会对钢筋实际电位进行常态化监测，控制系统则自动提取监测数据与预设的设计电位进行比较，并能够根据比较的结果自动调整钢筋的实际电位,直到监测电位达到设计要求，而且这些过程都可以通过远程监控进行实时观察和调整。

结束语

当然，高桩码头耐久性问题影响因素较多，构件破坏机理也比较复杂，一些防腐新技术的成效也有待进一步的检验。同时，随着码头建设逐渐向更深的外海发展，在码头耐久性研究上还会出现一系列新的问题，需要我们进一步深入研究和解决。

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