码头结构耐久性设计方案比选

汪淼，霍粤蓟，唐儆泽

（1.中交水运规划设计院有限公司，北京 100007；2.中国港湾工程有限责任公司，北京 100027；3.中交第二航务工程勘察设计院有限公司广州分公司，广东 广州 511442）

1 码头结构耐久性设计的技术路线

码头结构耐久性问题是人们一直关心的问题，如何延长码头的使用寿命，工程界一直进行着努力的探讨。近年，我国交通运输部在制定国家标准GB 50158—92《港口工程可靠度设计统一标准》中，已将设计基准期定为50a[1]，也明确提出了码头的使用寿命要达到50 a，并相应采取了各种有效的技术措施，力争保证码头结构的耐久性达到50 a以上。目前，国际上一些重要的大型钢筋混凝土结构，已将设计的使用寿命提高到100 a，甚至120 a[2-3]。因此，港口码头耐久性按50 a以上考虑是必要的。

为了提高钢筋混凝土的耐久性，就要提高混凝土本身的耐久性设计参数，即提高混凝土的密实度、增大保护层厚度以及提高施工质量均匀度等。但这些措施都是有限度的，因此，合理采取防腐技术措施，对提高钢筋混凝土结构物的耐久性，延长使用寿命，是一种积极有效的补救方法[4]。使用环氧树脂涂层钢筋是提高高桩码头使用寿命的有效措施，为了提高码头结构的耐久性，延长其使用寿命，国内外工程界一直都在进行着不懈的努力，目前已有不少成熟的经验和新材料、新工艺，措施是多种多样的。从国外成功的工程实例和我国普查研究的结果表明，将提高码头结构耐久性的问题解决在设计与施工阶段，是工程最后能否取得理想防护效果的关键所在。因此，为了提高码头结构的耐久性，本设计提出一定要把防腐蚀设计和施工作为一个系统工程来考虑，设计单位需在满足设计规范的前提下，根据我国多年的研究成果做出技术可行、经济合理的防腐蚀方案，而对于施工单位，必须具有专业水平和丰富的施工经验，工程施工前必须做出可行的施工方案。本设计的具体技术路线为：

1） 收集国内有关科研单位对我国已建码头的钢筋混凝土结构腐蚀情况的调查资料，了解造成上述结构发生腐蚀的原因、机理以及目前国内所采用的防腐蚀措施的适用情况、实际效果以及存在的问题；

2） 了解、熟识我国对码头耐久性设计的要求、标准以及国内外相关的研究成果和新材料、新工艺；

3）根据码头结构特点和自然条件，选取防护效果好并经济合理的方案，混凝土防腐要考虑北方的气候特点；

4） 调查了解由于施工因素而影响防腐蚀效果的主要原因，力图使设计方案能尽量减少施工因素对防腐蚀效果的影响。

2 码头耐久性设计

2.1 工程概述

北方某轮渡工程位于微冻地区，包括200 m长的轮渡码头泊位1个、50 m长的工作船码头泊位1个、护岸工程及陆域配套设施。

拟建工作船码头区地质情况是软土层很厚、具有一定承载力、可塑、局部硬塑的黏土层，埋深在标高-25m以下。

本文主要介绍该工程工作船码头的耐久性设计。码头耐久性设计按码头使用寿命50 a考虑。

2.2 码头结构简述

根据地质条件，码头结构宜采用桩基结构形式。工作船码头为高桩梁板结构，基础采用500 mm×500 mm的预应力空心方桩，上部结构采用钢筋混凝土纵、横梁和叠合板结构（见图1和图2）。护岸结构采用半直立结构方案，直立部分采用混凝土挡土墙结构；斜坡部分坡度为1∶2.5，斜坡护面采用干砌块石或栅栏板护面。

2.3 设计水位

设计水位按当地理论最低潮面起算。设计高水位2.64 m；设计低水位0.20 m；极端高水位3.68 m；极端低水位-0.94 m；平均高潮位2.29 m；平均低潮位0.65 m；平均潮位1.42 m。

2.4 码头耐久性设计

2.4.1 海水环境下混凝土防腐蚀部位划分

本港区按有掩护的港口考虑。大气区标高4.14 m以上；浪溅区标高1.64～4.14 m；水位变动区标高-0.8～1.64 m；水下区标高-0.8 m以下。

根据码头结构设计方案，码头上部的钢筋混凝土结构部分均处于浪溅区以上，对码头的耐久性影响比较大，需采取必要的防腐措施。工作船码头的500 mm×500 mm预应力方桩基本处于平均高潮位以下，受腐蚀影响较小，本设计拟不做特别的防腐蚀措施，执行港工规范的一般规定。

2.4.2 码头钢筋混凝土结构耐久性方案设计

2.4.2.1 设计方案一

浪溅区的混凝土采用环氧涂层钢筋技术，采取的具体措施如下：

1） 浪溅区的混凝土采用环氧涂层钢筋技术直接保护钢筋；

2） 由于码头的钢筋混凝土结构均处于浪溅区，根据规范，其混凝土的强度等级采用C35，抗冻等级采用F300；

3） 混凝土中掺入20%～25%的粉煤灰，以改善混凝土的工作性能和提高混凝土的密实性。具体比例可参照JTJ275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》，并需通过试验确定；

4） 设计文件中钢筋的混凝土保护层厚度要确保满足规范要求；

5） 混凝土的粗细骨料、混凝土拌合物中氯离子的含量以及混凝土的水灰比、水泥用量等，均需满足JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求。

2.4.2.2 设计方案二

浪溅区的混凝土采用高性能混凝土，本设计采取的具体措施及要求如下：

1） 浪溅区的混凝土采用高性能混凝土，要求混凝土具有高耐久性、高密实性（抗氯离子渗透性≤1 000 C）和良好的工作性能及较高强度（≥C45），抗冻等级采用F300。高性能混凝土的具体技术指标见JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》第6.2.1条。

2）在混凝土中掺入粉煤灰（20%～50%）或硅粉（5%～10%）等活性拌合料和高效减水剂，以降低混凝土的水灰比和提高混凝土的密实性。具体要求可参照JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》第6.2.2条。粉煤灰、硅粉等活性拌合料和高效减水剂的掺入比例以及混凝土的配合比等需通过试验确定。

3） 混凝土的粗细骨料、混凝土拌合物中氯离子的含量等，均需满足JTJ 275—2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求。

4） 设计文件中钢筋的混凝土保护层厚度要确保满足规范要求。

2.4.3 方案比选

两种方案的优缺点见表1。

3 结语

该码头是高桩梁板结构，可以说是薄壁结构，受力不均匀，混凝土结构受力后比较容易出现裂缝，导致钢筋发生锈蚀而影响码头的耐久性。另外，我国目前的施工水平还很难达到混凝土的施工质量完全满足设计要求，如混凝土保护层的厚度、混凝土的水灰比以及混凝土的密实性等，都很难完全满足设计要求。环氧涂层钢筋具有直接保护钢筋的特点，只要严格按操作规程施工，其防护效果比较理想，对上述情况适应性也强。高性能混凝土是我国近年的研究成果，在实际工程应用上，特别是混凝土施工质量控制方面还需不断总结经验，对上述情况的适应性也较环氧涂层钢筋差。因此，为了确保本码头工程的耐久性能够达到50 a，本设计采用设计方案一，即环氧涂层钢筋技术方案。

2006年2月底至2006年4月底，工作船码头上部结构按设计推荐的环氧涂层钢筋技术方案顺利施工完毕。目前，码头已经使用6 a，环氧涂层钢筋在结构中保持完好，混凝土表面并未见铁锈，使用情况良好。

[1]刘济舟.努力提高水运工程钢筋混凝土结构的使用寿命[J].水运工程，1999（8）：8-9.

[2]王汝凯.使用环氧树脂涂层钢筋是提高高桩码头使用寿命的有效措施[J].水运工程，1999（8）：38-47.

[3]蔡锐华.试论高桩码头设计使用年限100年[J].中国港湾建设，2009（2）：21-28.

[4]赵一方，车斯文.防腐蚀技术在海工钢筋混凝土结构中的应用[J].水道港口，2002（3）：143-145.