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1、水运工程检测、评估与加固,港口海岸与近海工程学院,高桩码头检测、评估,高桩码头主要问题：桩基冲刷、腐蚀、移位；梁板等混凝土主要构件混凝土开裂甚至剥落、露筋锈蚀等；附属设施老化甚至缺失、防护功能降低；钢管桩锈蚀，阳极缺失等；码头接岸结构基础冲刷、结构倾斜移位等；,高桩码头破坏特点：上部结构大多为梁板式结构，其破坏多为混凝土出裂缝、露筋、剥皮、掉角和耐久性钢筋锈蚀破坏；桩基在使用过程中，在土坡蠕动及船舶、重物的撞击等过大水平力作用下，码头变形时会发生局部变位而产生开裂甚至断裂；沿海高桩梁板式码头出现钢筋混凝土构件的腐蚀损坏；钢管桩高桩码头其钢管桩经长年水流冲刷、靠船碰撞，表面防腐涂层磨损严重，钢管
2、桩出锈蚀现象等；高桩老码头后方接岸岸坡和挡土结构的变形，一般岸坡的变形随时间而发展。,纵梁底面平行开裂，2条裂缝顺筋贯穿,横梁底面顺筋开裂，有锈迹,桩帽混凝土破裂,桩顶混凝土剥落,露石麻面,桩头砼破损,横梁底部锈迹锈斑,相邻结构段错位变形,高桩码头检测的主要内容码头检测可以分为：单个钢筋混凝土构件的检测和整体结构检测。码头检测还只停留在对单个钢筋混凝土构件的检测阶段。码头整体结构检测的应用才刚刚起步，主要利用振动测试技术、通过模态分析及结构有限元计算对结构进行诊伤，是近年来随着结构动测技术及计算机技术的发展而发展起来的，理论、方法尚不完善。,单个钢筋混凝土构件的检测主要包括：构件的承载力检测、
3、质量检测、完整性检测、耐久性检测、变形、变位检测等。钢筋混凝土构件的承载力检测是钢筋混凝土构件检测的重要内容，主要包括桩、梁、面板等构件的承载力检测。,桩基承载力检测：单桩承载力静载荷试验检测技术以及桩的动力检测技术比较成熟。,面板、梁的承载力检测：分析面板、梁残余承载力与构件控制断面内的钢筋平均锈蚀率及钢筋与混凝土之间粘结力的关系，建立面板残余承载力的估算公式；,码头上部结构平面位移情况检测：以码头附近既有坐标点为基准，采用高精密全站仪或经纬仪，测量码头上部结构构件控制点坐标，对照原设计坐标，推算码头上部结构构件的水平位移、错位等平面位置变化情况。,码头沉降引起的顶面高程变化情况检测：通过测
4、量一系列码头顶面控制点的高程，形成高程闭合曲线以较核高程测量的准确性，再与码头原有顶面设计高程进行比较，测量码头沉降量是否超出规范要求。,码头水上部分构件表观状况检查：主要用目测、刻度放大镜检查和塞尺、卷尺丈量，必要时用裂缝显微镜测量的方式，检查、记录码头各结构构件的裂缝开展长度、宽度、位置、形态、走向及混凝土剥落、露筋、锈斑、锈迹等外观情况。,码头混凝土构件强度检测：对码头混凝土构件的混凝土强度进行测量的方法主要有回弹法和钻芯法等。,码头基桩使用情况检测（1）水下探摸 采用潜水的方法，对基桩的表面情况进行探摸、水下拍照记录基桩表面的裂缝、缺陷等情况。局限性：只能探摸到泥面以上基桩的表面情况，
5、对于泥面以下部分以及基桩内部缺陷等探摸不到的；在水质较浑浊的情况时，很难看清基桩表面较小的缺陷，而只能探摸到大的缺陷。,（2）基桩完整性低应变检测 由于码头上部结构的存在，检测时需在距桩顶约50cm处基桩角位置切割两个切口，检测完成后需对切口进行修补。,码头面承载力静载试验：对于码头下部结构复杂或无法对下部构件单独测试的情况下，可采用在码头面上进行静载试验的方法对码头结构的承载力进行检测；选取合适部位在码头面上施加相应荷载，在施加荷载区域设置沉降观测点（同时在梁、板等受力构件上贴电阻应变片测试构件应力、安装位移计测试构件的挠度、扭曲情况），分级加载，加至极限荷载后再逐级卸载，测出每级荷载下码头
6、面的沉降量、构件应力和挠度，绘出相应荷载变形曲线，由此反算出码头面的承载能力。,根据码头结构破损的原因运用不同的检测内容及检测方法 砼内钢筋锈蚀破损的检测及分析 砼内钢筋锈蚀破损属于隐性破损，锈蚀破损从砼内的钢筋表面开始，所以破损初期在砼表面一般没有迹象，因此砼的锈蚀破损初期难以发现，必须通过无损检测仪器进行检测。砼内钢筋的锈蚀破损可以按如下方法进行检测：（1）先用小槌对砼表面进行敲击，由敲出的声音判别砼内钢筋的锈蚀情况。敲击砼发出的声音频率较高，表明砼内钢筋没有生锈或锈蚀不严重；发出的声音频率较低，表明砼内钢筋锈蚀严重，砼从钢筋表面胀裂;如构件表面大面积声音频率偏低，表明此构件砼内的钢筋锈蚀
7、比较严重，甚至在敲击砼表面时，表层砼会大面积脱落而露出严重锈蚀的钢筋。,（2）对砼表面敲击法初步确定钢筋锈蚀较严重的构件，用钢筋锈蚀仪测定砼内钢筋的锈蚀状态。另外，用砼密实度测定仪测出构件不同部位砼的密实度。根据有关理论推算出钢筋表面氯离子的浓度以判别砼内钢筋的锈蚀状态，或在构件不同部位钻取砼粉末试样进行化学分析，以测定砼中氯离子浓度的含量。,码头上部结构开裂破损的检测与分析 码头上部结构开裂破损形态各异，开裂破损的原因也各不相同，所以分析起来比较复杂。码头上部结构开裂破损的检测内容为裂缝出现位置、裂缝宽度由大到小的发展方向、裂缝的形态、裂缝的长度等。可以用目测进行初步判断，然后用测缝仪测定裂
8、缝的宽度，用钢卷尺测定裂缝的位置及长度，用超声波探伤仪测定开裂深度。（1）码头面超载引起开裂裂缝的特征 裂缝从梁底或板底，开始逐渐向上发展。裂缝宽度下大上小裂缝的位置一般在梁或板跨中附近的弯矩最大处；裂缝的方向一般与梁或板的纵轴相垂直。,（2）基桩不均匀沉降产生过大的内力积累所引起开裂裂缝的特征 基桩的不均匀沉降会使构件产生内力，随着不均匀沉降的发展，构件内力将不断积累，等内力积累到一定程度构件就发生开裂。基桩的不均匀沉降最易使连续梁开裂，裂缝的位置大都在桩顶附近的反弯点上，裂缝从梁顶开始向下发展，裂缝宽度上大下小，裂缝的方向一般与梁的纵轴相垂直。,（3）钢筋锈胀裂缝的特征 钢筋在梁或板上布置
9、得较稀疏时，砼内钢筋的锈蚀会使砼表面胀裂，有时裂缝附近砼还带有锈迹。这种裂缝多顺筋分布，位置在受力筋或箍筋的表面，裂缝宽度没有规律，裂缝的宽度由砼的强度、保护层砼的厚度和钢筋的锈蚀程度控制。,（4）剪切裂缝的特征 当梁的断面较小，而所受的剪力较大时，在靠桩附近的梁端往往会出现剪切裂缝。剪切裂缝一般为斜裂缝，往往与梁断面成45角，这种裂缝是由梁的抗剪强度不足引起的。,砼上部结构砼成层剥落或露筋破损的检测与分析 砼的成片剥落的原因也为多种多样，如物体的撞击、冻融造成的砼强度下降、波浪的冲刷、过大的温度应力使砼挤碎、构件布置钢筋较密时产生的锈胀破损等。可用钢卷尺丈量砼破损的位置及范围，用照像机及文字
10、记录砼破损的特征。对砼剥落露石的破损，一般对构件强度没有影响，直接用环氧砂浆进行修复即可。对于砼剥落露筋的截面，由于钢筋锈蚀较严重，所以对这些截面强度的削弱要进行评估。,岸坡的过大变形引起基桩开裂的检测与分析 一般岸坡的变形随着时间而发展。其变形的原因是为了增加码头前沿水深而超挖，挡土墙后超载或挡土墙底被波浪淘空而发生变形等，造成码头向海侧倾斜而使桩发生开裂。桩的开裂发生在水面以上，可以用眼观测，用钢卷尺丈量出桩断裂位置及裂缝长度，超声波探测仪测裂缝的深度。如果桩的开裂在水面以下，一般通过潜水员的探模及水下摄像等手段来判断。,重力式码头检测、评估,重力式码头是我国分布较广、使用较多的一种码头结
11、构型式。结构坚固耐久，抗冻和抗冰性能好；能承受较大的地面荷载和船舶荷载，对较大的集中荷载以及码头地面超载和装卸工艺变化适应性较强；施工比较简单，维修费用少，是港务部门和施工单位比较欢迎的码头结构型式。,重力式码头破坏特点：墙身和胸墙受水流的浸泡和冲刷，混凝土表面出现麻面和露石，局部混凝土破损严重，钢筋外露，岸壁破坏。另外，船舶非正常靠泊和非正常作业经常致使胸墙结构受损，甚至受撞击破碎开裂；岸壁混凝土受水流的浸泡碳化深度较大，混凝土抗压强度降低；相邻胸墙或方块间间隙过大导致漏砂。通过对码头面层检查发现前沿胸墙接缝处间隙过大，漏砂致使面层下陷严重；由于使用年限久远，基础受波浪和水流的淘刷，局部出现
12、淘空现象，淘空现象将严重影响基础的安全和墙身的稳定。,码头发生相对水平位移、不均匀沉降及胸墙倾斜现象。橡胶护舷多数出现螺栓垫板锈蚀，被撞击、挤压而出现裂开和边缘破坏等情况，系船柱多出现防锈保护层脱落，锚固螺栓锈蚀等情况。护轮坎受装卸作业撞击受损严重。,码头胸墙露石、损坏,码头胸墙露石、损坏,码头不均匀沉降导致面层出现塌,重力式码头方块相对错位变形,重力式码头破坏形式分析1.不均匀沉降一方面由于地基固结沉降会引起码头回填土沉降、码头上部结构沉降或倾斜、码头面层损坏等，影响装卸机械作业，功能下降；另一方面重力式码头自身重量较大,码头的地基和抛石基床必然会产生压缩变形,在码头施工过程中,将会导致重力
13、式码头墙身产生一定的沉降和位移；对码头沉降位移过大及不均匀沉降缺陷的防治,是重力式码头监测的重点.,产生不均匀沉降有多方面的原因（1）地基土质差,压缩变形大。地基土质差,在码头自身重量和使用荷载作用下,压缩量大；（2）基槽开挖基底岩面前倾,码头墙身向前滑移；（3）基槽开挖土质未全部满足设计要求或回淤较严重,回淤沉积物厚度和重度超标,基床抛石前没有按规定进行处理或没有认真进行清淤；（4）基床块石规格控制不严,级配不均匀,局部孔隙率大,造成基床压缩不均匀；,（5）分层抛石厚度控制不严,基床夯实质量较差。个别工程存在夯击能量不足,有漏夯现象;夯实后,基床顶部补抛块石未做补夯处理；（6）墙后回填顺序不
14、当,采用从后向前推进法回填棱体块石,将回淤物推向墙身,增加墙后土压力,造成墙身产生较大位移,甚至滑移。（7）墙后棱体抛填和后方吹填速率过快,尤其是对较软地基上的码头位移影响更大。（8）码头后方地基强夯、打桩和振冲施工安排不合理,可能造成码头的局部位移。,（9）地基的设计预留沉降量的合理与否,也对重力式码头的沉降位移控制有一定影响；（10）施工期间对码头的沉降位移观测不及时,或没有及时进行分析,不能指导施工。,2.水流波浪淘蚀 水流波浪淘蚀对重力式码头影响也比较大，由于长期受水流波浪力等作用，码头基础出现淘空、混凝土结构出现空洞，这将严重影响基础的安全和墙身的稳定，造成码头前沿沉降、码头面层损坏
15、等，影响装卸机械作业，功能下降。,3.地震作用 在地震区，重力式码头的严重损坏和毁坏是经常发生的。例如在l923年9月1日的日本关东大地震中。位于9、10度区的横滨港的近2000m的方块砌体码头发生严重破坏其中1500m完全倒塌，其余240m的码头也发生严重变形(严重倾斜或滑移)，使得轮船在码头上靠泊已不可能。,4.漏砂 重力式码头的耐久性、稳定性是其他型式码头不可比拟的,但无论是沉箱式、扶壁式,还是圆筒式,接缝处漏砂的处理是一个不容忽视的问题,其直接影响了整个码头的质量。,板桩码头建筑物主要是由连续的打入地基一定深度的板形桩构成的直立墙体，墙体上部一般用锚碇结构加以锚碇。板桩码头建筑物的优点
16、是结构简单、用料省、工程造价低、施工方便等，而且可以先打板桩后挖墙前港池，能大量减少挖填上方量。其缺点是耐久件较差。,板桩码头的破坏特点主要体现以下几个方面：（1）钢板桩锈蚀，钢板桩壁厚不均匀损失，局部有出现坑蚀等现象。（2）由于年代久远，钢板桩的拉杆都有不同程度的锈蚀，发生截面损失。（3）钢板桩个别出现锁口脱节现象，导致漏沙现象。（4）钢筋混凝土胸墙受水流的浸泡和冲刷，混凝土表面出现麻面和露石，局部混凝土破损严重，钢筋外露等。,板桩码头破坏形式分析1.材料劣化 混凝土因属于多孔性材料，在海洋环境容易受氯离子入侵，造成混凝土破损，进而使钢筋产生锈蚀，而钢筋在腐蚀过程为一种渐进式的电化学反应，而
17、钢结构的腐蚀因曝露环境不同，腐蚀速率也是有明显的差异，其中以潮差带腐蚀最为严重。,2.水流海浪淘蚀 水流波浪对板桩码头的破坏比较严重，其中水流海浪淘蚀主要体现在以下几个方面（1）使已锈蚀或有缺陷的板桩产生破洞或龟裂（2）淘空已破损的板桩背填料，造成岸肩龟裂下陷。有腐蚀破损情形时亦将造成构造物破坏。,3、震破坏 地震对板桩码头可能产生的破坏形式有（1）锚碇板桩被动土压区土壤液化，使锚碇板桩产生倾斜、位移或断裂、岸肩土壤液化、下陷（2）板桩背填区主动土压区土壤液化，使板桩产生倾斜、位移或断裂（3）因锚碇板桩或板桩破坏使拉杆松垮或断裂（因土壤液化，使岸肩产生龟裂或下陷）（4）由于地震、严重超挖等外力
18、作用，造成码头板桩变形或断裂、回填土沉降或挤出、码头面层损坏，功能下降。,4.船只或漂浮物撞击(1)船只或漂浮物沿码头法线小角度方向撞击岸壁，造成护舷损坏或板桩凹陷(2)船只或漂浮物沿码头法线以近垂直角度方向撞击岸壁，造成护舷损坏或板桩破坏。,重力式码头破坏形式分析构件的承载力检测、质量检测、完整性检测、耐久性检测、变形、变位检测等。钢筋混凝土构件的承载力检测是钢筋混凝土构件检测的重要内容，主要包括桩、梁、面板等构件的承载力检测。,桩基承载力检测：单桩承载力静载荷试验检测技术以及桩的动力检测技术比较成熟。,码头评估的主要内容 码头评估主要进行码头可靠性评估。码头可靠性评估指对已服役了一段时间的
19、码头进行正常使用性评估、安全性评估、耐久性评估，这3方面的定量描述即可靠度。结构可靠度是指结构在规定的时间内、规定的条件下，具有预定功能的概率。,安全性评估是对码头结构承载能力极限状态的评估，即对结构构件达到最大承载能力状态的评估。正常使用性评估是对码头结构正常使用极限状态的评估，即对结构构件达到正常使用的某项规定的限值的评估。码头结构耐久性指码头结构抵抗老化的能力。老化是指随着时间的推移，材料因物理过程(如混凝土开裂、磨损、冻融循环等)、化学过程(如混凝土碳化、钢材锈蚀、木材腐蚀等)和生物过程(如木材虫蛀等)导致的性能劣化。码头结构耐久性评估指对结构构件的某项耐久性指标规定的限值的评估。,检
20、测、评估工作的开展（1）收集有关资料 资料包括包括原码头的设计文件与竣工图；原码头的地质钻探报告与现阶段的钻孔资料；原码头的运营作业记录；原码头从竣工到现在时间区段所经历的超越设计条件的情况，水文、气象资料；原码头的坐标控制点及高程水准控制点与原始的沉降、位移观测记录；原码头现阶段的现场调查记录与音像记录；业主对该码头检测、评估的目的、要求与验收形式。,（2）检测、评估工作的单位和人员的基本条件 从事检测、评估工作的单位必须具备相应资质等级，是在工商管理部门登记注册的法人单位。从事检测、评估的人员，必须持有经交通部行业管理部门考核批准的岗位资质证书。,（3）检测、评估的内容、步骤和程序检测、评
21、估的内容包括：1)码头各部位的残余承载力状况(垂直力系与水平力系)检测和评估；2)码头各部位的破损情况、危及安全的部位和原因；3)码头各部位稳定、安全可靠性；4)码头各部位预估的使用寿命；5)码头各分部工程与总体工程的评估。,检测、评估的程序和步骤包括：(1)针对码头的结构型式划分各分项、分部工程(与施工一致)，并对分段、排架和各部件进行编号，并在现场标识；(2)进行现场码头调查，逐件记录破损状况，并留照片和录象资料；(3)根据码头调查记录进行定性分析，确定检测部位与项目内容，编制检测大纲；(4)根据检测大纲，埋设观测仪器，现场测试数据及现场取样进行室内测定指标；,(5)根据检测结果，进行定量分析，推断特征值；(6)根据实测推断结果与原设计特征值或新定特征值进行比较，找出偏差值，评估各分部工程项目的工程属性；(7)根据分项、分部、单位工程评定顺序，进行码头单位工程总评估，找出最薄弱环节并以此确定等级及使用、维护、加固措施建议；(8)归纳上述结论，写出检测、评估报告；(9)由委托单位组织专家组对检测、评估报告进行审查验收。,
