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摘要：高桩码头由于结构简单、易于建设、适应性强，成了20世纪80年代的主要码头结构形式之一。旧式码头随着服务时间的增长，逐渐出现了不同程度的结构损伤。文章通过总结高桩码头主要的结构损伤类型，探讨了其产生机制和影响因素。采用对比分析法研究分析了近年来的针对结构问题和衍生出的各类组合工艺，对于码头修复技术的优化提出了意见和建议，以延长码头使用年限、保证码头运行安全。
关键词：高桩码头；维修加固；结构安全；耐久性损伤 引言
随着我国航运事业的不断发展，码头的工作情况越来越忙碌，各种码头都处于高负荷工作状态，对码头硬件设施提出了较高的要求。为了保证码头运行的安全性，很多码头每年都要进行安全检测工作，有效排除其中存在的安全隐患。在高桩码头的安全检测中，桩基强度的检测是其中的关键一项。在桩基缺陷的监测过程中，通常采用的是低反射波法，其设备非常灵巧便于携带，设备检测效率也较高，在桩基检测当中的应用越来越多。该检测方法在桩基完整性检测当中，需要在桩基的侧面切割两个平台用来放置传感器和激振，这容易对桩体造成一定的损伤，也会造成一定的应力集中现象。为了保证桩基检测的准确性，一般抽检的桩基总数不得低于20%，对各检测桩基的切割检测部位也应该保持一致。由于需要对桩基进行切割，因此会对桩基的强度会造成的一定的影响，从而降低桩基的承载能力。
1码头及高桩码头概况
码头是供舰船驻泊、物资装卸以及保障舰船人员工作的水工建筑物，是港口后勤保障的重要承载平台。码头主要包括三种结构形式:重力式、板桩式和高桩
式。其中，由于具有结构简单、自重轻、材料用量少、波浪反射小以及适用于软土地基等优点，高桩码头已经成为我国码头的重要结构形式之一，广泛应用于不适宜采用重力式码头结构的软土地基区域。高桩码头一般是由上部的桩台和底部的桩基组成。桩台依靠桩基来支撑，码头所承受的动静荷载通过桩台传递给桩基，再由桩基将荷载导入地基。根据高桩码头上部结构的不同，可将其分为梁板式、墩式以及桁架式等不同类型，如图1所示。
图1高桩码头结构形式
高桩码头在环境侵蚀和工况荷载的长期作用下，不可避免地会出现材料老化、桩基损伤以及结构性能下降等问题。码头工况荷载的长期作用会引起地基的不均匀沉降，进而会使码头上部结构出现滑移、倾斜以及桩基开裂等损伤;船舶靠岸时巨大的冲击力会引起码头面板的水平位移，进而导致上部结构的失稳;海水中氯离子的侵蚀会引起钢筋混凝土中混凝土的碳化和钢筋的锈蚀，这会导致码头面板开裂和桩基抗压能力的下降，严重时甚至会引起整体结构的坍塌。通过对我国服役7年～25年的码头进行抽样检查，发现有损坏或者严重损坏的比例高达89%。2003年对某港区码头进行检测，发现该码头共有17个重要构件出现损伤。
2 结构受损的表现与特征
高桩码头的结构损伤主要分为构件受损和连接性构架损伤，二者共同导致了码头基础结构与整体结构性能退化。轻度损伤表现为锈迹、细小的裂缝或者空鼓现象，重度损伤则会出现大面积锈蚀、面层剥落、纵横梁顺筋开裂甚至箍筋锈断等。腐蚀性损伤的评级标准见表1。整体性结构损伤多由于地震、撞击等造成，
常见的表现包括结构横梁断裂、桩基位移、码头整体滑移以及结构坍塌等。
表1 水工构件腐蚀性损伤评级标准
根据近年来交通运输部对始建于2000年以前的港口码头现状的调查结果，高桩码头出现结构损伤的比例明显大于其他类型的港口码头。其中一部分原因是高桩码头相较于其他码头结构比重小、适应力强，是比较适合在淤积层厚、条件苛刻的地基上建造的。其在复杂环境的广泛应用，本身就意味更大的结构性能退化风险、更高安全维护成本和更大固化修复难度。以某区域码头为例，调查结果显示，服务时间在8年以上的高桩码头出现结构问题的比例在63%以上。其中根据现行的在役高桩码头安全分级标准，损伤程度在30%以上的码头占总数的54% ，亟待维修加固。
3新型码头结构修复技术与发展趋势 3.1码头结构修复技术的综合利用
码头结构修复技术的综合利用就是利用成熟修复技术，针对码头具体的结构损伤、自然因素和使用需求，设计出一个可靠、经济、有效的综合方案。施工难度、工作量、施工效率、维修成本和码头保底使用时间等都是设计综合加固方案的重要影响考量因素。为了达到更好的维修效果，综合修复方案需要有针对性，从整体的角度入手，对码头的损伤结构进行修复。例如，具体选取的填补措施可以结合实际情况选择砂浆修补法或者包裹法等。这种组合方式工作量适中，耐久性较好，适用于整体结构损伤程度较轻的高桩码头的修复。针对出现整体性结构损伤高桩码头，需要事先进行结构检测和评估，根据数据结果和修复后的荷载要求确定方案。码头承载力和极限结构抗力是最重要的参考因素，决定了核心加固技术的选择和修复后码头的安全性等级。对于构件损伤，需要进行随机抽检进行强度分析，对照现行的港口工程规范，进行加固、填补或者更换。适用于不同的安全评级的码头进行修复的综合工艺可大致总结如图2所示。
图2 高桩码头综合修复技术示意图 3.2高桩码头结构现有检测手段
为了及时掌握码头结构的服役状况，需对码头结构进行检测。结构检测技术是以现行规范为依据、以实验为技术手段，测量能反映结构整体和构件工作状态的参数，判断结构的服役状况和剩余寿命。码头结构现有检测方法主要是间断性的定期检测，采用现场巡查和重点检测相结合的手段。在全面普查的基础上，通过分析与评估，选出可能损坏的构件进行重点检测。重点检测内容以及具体检测方法如表2所示。
表2码头结构检测内容与检测方法 3.3割桩损伤大小对结构的影响分析
在实际桩体传感器和激振器布置的过程中，通过计算分析可以知道不同形状割桩的割伤尺寸大小对应力集中的影响程度。在实际计算的过程中，会保持损伤半径和损伤高度的比例不发生变化，在增大损伤半径的过程中，还需要增加损伤的高度。为了得到更加准确的结果，分别对不同割伤外形采用了5组尺寸数据，
其底面半径范围是0.03~0.007。通过详细分析计算可知，在保持损伤半径相等的情况下，半圆锥体的最大初始拉应力最大，长方体的初始拉应力值最小。对同一种损伤形状来说，往往并不是损伤越小越好。例如在半圆锥体损伤的研究中发现，地面半径在0.03、0.05和0.07m时，桩身的最大拉应力基本保持不变，但当地面半径为0.06m时，桩身的最大拉应力最大。在半圆柱体割桩应力分布研究中，当地面半径保持在0.05m和0.06m时，桩身z方向的最大拉应力相同，在处于其它两个尺寸时，桩身的最大拉应力出现了较大幅度的提高。在长方体割伤桩体的研究中，桩身的最大拉应力对损伤的敏感程度往往较弱，基本会维持在3MPa左右。通过该计算结果可以看出，拉应力的分布并不是和损伤的大小呈现线性的分布，对该结果造成影响的因素往往比价复杂。因此在实际确定割伤形状大小时，不能完全按照仪器的大小进行割伤，还应该配合一定的应力计算结果，尽力减少桩基出现的最大拉应力。
通过前面的分析可以看出，在不考虑预应力的情况下，在三种割伤形式下，即半圆锥体损伤、半圆柱体损伤和长方体损伤对桩身沿着桩长方向的应力分布往往有着比较大的影响。对于采用低应变检测法来检测的高桩码头进行完整性检测时，在割伤部位会存在一定的应力集中现象，在与水平载荷平行侧割桩损伤处的应力集中程度较大，在水平载荷垂直处的割桩损伤处的应力变化较小。对于割桩损伤沿着桩身防线的应力变化主要集中在1.0m的范围之内，在割桩损伤平面处达到最大。在完成割桩后，z方向上的最大拉应力出现位置发生了很大的变化，从割桩的桩顶移动到了割伤水平面处。不同形状的割伤产生的应力集中程度往往存在着较大的区别，对于半圆锥体割伤，其应力集中程度最大，长方体割伤应力集中程度最轻。对于同一种损伤，并不是割伤的尺寸越小越好，最大应力值往往不是和割伤尺寸呈线性的关系，而是呈现出一种比较复杂的关系。长方体损伤桩身最大压应力受割伤尺寸大小最不敏感，但半圆锥体割桩的z方向最大拉应力受到割伤尺寸的影响比较大，这主要是由于割伤形状较为复杂，受力也比较复杂造成的。通过上面的分析可以得出，在对高桩码头进行低应变检测过程中，应该优先选择长方体割伤的形式。经过大量的分析运算，如果将割伤尺寸选择在长度为0.06m、宽为0.03m、损伤高度为0.1m时，可以有效减轻由于割桩造成的应力集中现象，从而大大减少对码头造成的危害。此外，为了进一步避免应力集中现象，
应该在切割工艺的选择上下大工夫，避免由于施工不当造成材料裂纹情况的出现，否则在裂纹处容易进一步出现应力集中的情况，还需要保证施工尺寸的精确性。
结语
（1）各因素综合作用导致了高桩码头的结构损伤。本文以近年来码头结构调查结果为依据，归纳总结了我国高桩码头的建造特点与结构损伤的表现和成因，为码头修复加固方案的比选提供了参考资料。（2）通过分析各类码头的综合性修复技术，提出了强调全局性、综合性、经济性的技术组合原则，强调根据构件损伤的成因采取具有针对性的修复方法，以保证码头的修复效果，提高工程经济效益。（3）新型材料和新兴的施工技术不断发展，逐步取得了良好的效果，可为日后码头修复工程的设计提供更多样的选择。
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