码头检测与评估技术研究应用2

码头检测评估技术研究与应用中交一航局第二工程有限公司检测中心刘浩让世界更畅通Contents目录一码头结构损伤机理分析二码头结构损伤检测内容三青岛实华油码头结构检测分析四青岛实华油码头结构评估分析五创新点及应用引言引言

我国港口货物和集装箱吞吐量连续多年保持世界第一，沿海和内河码头数量巨大，但多年来重建设，轻维护，很多码头使用单位没有定期检测计划，多数码头存在较大的安全隐患，这里列出了近年3个典型码头事故照片。引言

我国《港口设施维护技术规范》（JTS310-2013）和《港口设施维护管理规定（试行)》，规定码头改变原设计使用功能、拟提升荷载等级，更有众多老旧码头，均需要开展检测评估，以确定码头使用状况和承载性能。所以掌握码头检测评估技术具有实际科研意义和经济价值。

本课题通过青岛实华油码头综合检测评估项目，对码头的检测与评估内容进行了全面详细研究。将多种检测参数和多种新技术充分融合使用，包括无人机航拍技术，码头后方探地雷达扫描技术，混凝土和钢结构检测，标高和位移测量，以及水下机器人摄像和人工探摸，并根据检测结果基于有限元对码头结构和钢栈桥结构进行计算分析。首次尝试对码头结构剩余使用寿命进行预测。Contents目录一码头结构损伤机理分析四振动夯平工艺与装备应用六结语引言二码头结构检测评估内容三青岛实华油码头结构检测分析四青岛实华码头结构评估分析五结语一码头结构损伤机理分析1.1前言1.2钢筋锈蚀钢筋锈蚀有效截面积减小有效截面积减小抗拉强度明显降低砼内部应力增大有效截面积减小砼进一步开裂耐久性码头破损使用过程建设时期条件限制设计经验、施工工艺的局限性超载、撞击、地基条件的变化一码头结构损伤机理分析

码头结构较其他形式的混凝土结构更易破损，特别是水位变动区。由于渗透作用和混凝土裂缝的虹吸作用，使海水入渗到混凝土内部，表现为局部混凝土强度大幅降低、开裂。1.3混凝土破损图1.3-1结构破损照片Contents目录二码头结构检测评估内容三青岛实华油码头结构检测分析四青岛实华码头结构评估分析五创新点及应用一码头结构损伤机理分析引言二码头结构检测评估内容材料劣化情况钢结构耐久性评估防腐蚀措施评估结构承载能力安全性评估变位变形使用性评估混凝土耐久性评估通过对码头结构广泛的检查，从码头材料的劣化情况、结构的承载能力和位移这三个方面，对码头的技术状况进行评定。二码头结构检测评估内容评估项目主要工作内容混凝土耐久性评估外观检查

、混凝土强度检测、钢筋保护层检测、碳化深度检测、氯离子渗透情况检测、钢筋腐蚀检测、剩余冻融循环次数检测钢结构耐久性评估外观检查、钢结构剩余厚度检测、桥梁承载能力验算防腐蚀措施评估外加电流保护效果检测评估、牺牲阳极阴极保护效果检测评估、钢结构涂层劣化检测评估、混凝土结构涂层劣化检测评估安全性评估重力式码头、高桩码头分别验算使用性评估变形、位移的测量和计算Contents目录一码头结构损伤机理分析二码头结构检测评估内容三青岛实华油码头结构检测分析四青岛实华码头结构评估分析五创新点及应用引言三青岛实华油码头结构检测分析3.1工程概况

青岛实华公司一期油码头位于山东省青岛市黄岛区刘公岛路东（东经120°13‘，北纬36°3），码头始建于1970年，1976年竣工，由航务二公司承建，设计使用寿命50年，已运行42年。应实华业主委托，由检测中心开展结构检测与评估，并提供维护加固方案。图3.1-1项目位置示意图三青岛实华油码头结构检测分析3.1工程概况

本项目结构型式多样，包括接岸结构、护岸、重力式码头、高桩码头、钢结构桥梁等。原油码头引桥工作船码头接岸结构消防船码头图3.1-2结构分布示意图三青岛实华油码头结构检测分析3.2原油码头概况

原油码头长314m,为水上主体工程，由7个墩台组成，之间为钢结构桥梁连接，左侧3跨为人行桥，右侧3跨为接岸钢栈桥，4#墩为工作平台，1#、2#、7#墩为带缆墩，各墩基础为Φ700×16mm的钢管桩，共278根。东侧港池泥面高程为-13.5m，为5万吨级油轮泊位；西侧港池泥面高程为-10.5m，为2万吨级油轮泊位。7#6#5#4#3#2#1#图3.2-1原油码头航拍三青岛实华油码头结构检测分析3.3水上结构检查

水上构件外观检查主要采取目测、影像、敲击、尺量等方法，全面描述主体和水面以上构件的裂缝（位置、长度、宽度和走向）、表观缺陷（包括蜂窝、麻面、露石）、混凝土起鼓、剥落、露筋（位置、数量、长度、面积）、各构件的连接和腐蚀情况。并利用无人机对结构整体和视角盲区进行观察。图3.3-1航拍照片三青岛实华油码头结构检测分析3.4水上构件检查图3.4-3钢管桩与墩台连接部位典型图三青岛实华油码头结构检测分析3.4水下构件检查

对水下构件（包括沉箱及钢管桩），采用水下机器人结合潜水人员摄像的方法，检查水下主体结构的破损、锈蚀和各构件连接情况。图3.4-1使用水下机器人摄像图3.4-2潜水员水下调查三青岛实华油码头结构检测分析3.4水下构件检查

通过水下摄像，桩基完整性、海床结合部位良好。图3.4-4钢管桩表面附着海生物图3.4-5桩基与海床结合部正常三青岛实华油码头结构检测分析3.5结构整体变形和变位测量

码头结构测量主要包括结构的位移和沉降。保留有原观测点的，主要进行复测并与原始数据对比。没有观测点的应测量码头结构的相对标高，并埋设新观测点记录存档。图3.5-1组建GPS控制网络三青岛实华油码头结构检测分析3.6混凝土强度、碳化深度检测

采用回弹法进行检测，每个结构段选取10个测区，每个测区测16个点，经过回弹角度和碳化修正后计算出每个测区的强度换算值，然后统计10个测区结果计算出混凝土强度推定值。

由于混凝土碳化会引起混凝土内部HP值的变化，使用酚酞溶液碱性环境显色的原理进行检测。每结构段选取3个测区，每个测区测量2-3点。

图3.6-1回弹测强图3.6-2碳化深度检测三青岛实华油码头结构检测分析3.7钢筋保护层厚度检测

使用电磁法检测混凝土保护层厚度，抽取构件数量的1%～2%且不少于3件。对板类构件，应抽取不少于6根主筋进行检测。每个钢筋应在有代表性的部位测量3个点。3.8混凝土中氯离子渗透扩散情况调查

在具有代表性的位置，水位变动区和浪溅区，钻取芯样。取样位置应选择在主筋附近并避开混凝土裂缝和明显缺陷，混凝土粉样应分层取样，每一取样点不少于5层。

图3.7-1保护层厚度检测三青岛实华油码头结构检测分析3.9锈蚀钢筋剩余截面检测在不同区域应各抽取不少于3个腐蚀严重的构件，每个构件应选择不少于2根锈蚀严重的钢筋进行检测，使用游标卡尺对清理后的钢筋截面进行测定。3.10腐蚀电位检测使用半电池电位法，将检测仪和参比电极连接钢筋网，同时使用参比电极在混凝土表面测定电位。图3.9-1钢筋剩余截面检测图3.10-1腐蚀电位检测三青岛实华油码头结构检测分析3.11钢结构引桥桥长358.4m，由6个桥墩和7跨钢结构组成，跨径均为51.2m。图3.11-1引桥航拍照片三青岛实华油码头结构检测分析3.11-1桥梁外观检查图3.11-2细部检查图3.11-3橡胶支座位移较大三青岛实华油码头结构检测分析3.11-2涂层厚度和钢结构剩余壁厚检测图3.11-4钢材剩余壁厚检测图3.11-5防腐涂层厚度检测三青岛实华油码头结构检测分析3.11-3人行桥锈蚀严重图3.11-3人行桥航拍照片三青岛实华油码头结构检测分析3.12探地雷达扫描

采用探地雷达结合典型图像对码头岸坡地质情况进行检测。可以判断墙后无明显掏空，但局部存在回填土松软不密实，水稳层破坏情况。图3.11-4雷达彩色剖面图水稳层下陷不密实Contents目录一码头结构损伤机理分析二码头结构损伤检测内容三青岛实华油码头结构检测分析四青岛实华码头结构评估分析五创新点及应用引言四青岛实华码头结构评估分析4.1重力式码头验算1.对墙底面和墙身各水平缝及齿缝计算面前趾的抗倾稳定性；2.沿墙底面和墙身各水平缝的抗滑稳定性；3.沿基床底面的抗滑稳定性；4.基床和地基承载力；5.卸荷板的承载力和裂缝验算。图4.1

码头结构计算模型四青岛实华码头结构评估分析4.1-1码头结构抗倾稳定性和抗滑稳定性验算结果四青岛实华码头结构评估分析4.2高桩码头计算四青岛实华码头结构评估分析4.2-1高桩码头计算

结构计算根据检测结果和委托单位提供的相关资料进行建模。该项目首次使用软件计算码头结构，为了计算结果的可靠性和两种软件的对比研究，高桩码头同时采用上海易工和Midas进行建模计算，计算结果一致。图4.2上海易工模型图4.3Midas模型

4#工作平台尺寸为19m×40m.四青岛实华码头结构评估分析各墩台单独建立模型计算。验算结果表明，结构承载力、位移均能满足要求。4.4位移图四青岛实华码头结构评估分析

桩与上部结构之间按固接考虑。模拟桩土相互作用，利用桩弹性支承来自动添加桩基础的边界。由于选择不同土壤类型时弹簧刚度计算方法不同，首先在不同土层交界处分割桩单元，然后根据不同的土壤类型，分别选择土层对应的单元施加桩弹性支承。图4.5施加桩土弹性支撑四青岛实华油码头结构评估分析4.3钢结构引桥计算

采用Midas软件建模计算，模型选取栈桥中锈蚀较严重的第7跨进行分析，计算跨径51.2m。荷载的施加为均布荷载，前期检测发现各受力杆件有不同程度的锈蚀，模型中各构件计算厚度按原设计70%厚度考虑结构自重。

桥上荷载主要为输油管道荷载，主要管道类型有6种（DN350船燃、DN250重柴、DN500柴油、DN450汽油、DN700原油、DN400航煤），计算按满负荷作业状态下，管内截面100%填充燃油时的重量。图4.6模型图四青岛实华油码头结构评估分析4.3钢结构引桥计算图4.7梁单元弯矩图图4.8梁单元轴力图四青岛实华油码头结构评估分析4.3钢结构引桥计算图4.9位移图

桥梁各受力杆件应力验算满足要求。四青岛实华油码头结构承载性能评估分析

钢筋锈蚀劣化进程分为钢筋开始锈蚀、保护层锈胀开裂和功能明显退化等阶段。基于钢筋锈蚀劣化理论的结构使用年限预测可按下式计算：

钢筋混凝土结构使用年限预测：

式中，tre为混凝土结构剩余使用年限(a)；te为混凝土结构使用年限(a)；t0为混凝土结构自建成至检测时已使用的时间(a)。ti为从混凝土浇注到钢筋开始锈蚀所经历的时间(a)；tc为自钢筋开始锈蚀至保护层开裂所经历的时间(a)；td为自保护层开裂到钢筋截面面积减小至原截面90%所经历的时间(a)。基于这类型钢筋混凝土结构剩余寿命数学模型的预测关键就是对几个关键时间如tre、te、ti的求解，从而得出结构的剩余寿命。

鉴于结构剩余使用年限预测理论并不成熟，以及影响剩余寿命的关键参数混凝土有效扩散系数D、混凝土表面氯离子含量Cs、钢筋锈蚀氯离子临界含量Ct等的测试方法和统计资料较少，目前规范取值均借鉴欧美相关研究理论，故该码头剩余使用年限预测值仅供参考使用。4.4结构使用年限预测Contents目录一码头结构损伤机理分析二码头结构损伤检测内容三青岛实华油码头结构检测分析四青岛实华码头结构评估分析五创新点及应用引言

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检测中心首次开展并独立完成码头检测与评估项目，收集查阅大量文献、规范资料，充分研究高桩码头和重力式码头结构的主要破坏类型，明确了码头结构构件存在的主要问题。

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通过检测码头的结构型式和有效断面尺度，首次利用3种软件分别对码头、桥梁进行建模计算。系统性运用多种检测方法和新技术，并为业主提供维护加固方案。★该码头是国内建设最