利 比 里 亚 邦 矿 铁 矿 项 目

码 铁头 检 测 方 案

× 局 集 有 公中 × 团 限 司

1. 工程总概况

现有BMC码头建于1962年，设计停靠9万吨船舶，设计水深14m。平面尺寸长270.4m，宽12.5m，轨道间距10.5m。本码头为突堤式高桩梁板码头，中间段标准排架间距8.0m，岸侧端排架间距为7.0m，海侧端排架间距为6.4m，共布置排架35榀。排架基础均为φ500m钢管桩，钢管桩顶至平均海平面+0.0下约200m范围采用钢筋混凝土外包防腐措施，标准排架每榀设2根直桩和2根横向斜桩，中部三榀排架设6跟斜桩。上部结构由钢筋混凝土面板、H型钢轨道梁、H型钢纵梁和H型钢横梁组成。钢轨道梁与纵梁单根长度约16m，接头采用高强螺栓连接成连续梁。码头面上保留了两条装船机铁轨和两条火车铁轨，各轨道下对应布置有H型钢轨道梁和纵梁。 2. 检测执行标准

《港口水工建筑物检测与评估技术规范》JTJ302-2006 《水运工程水工建筑物原型观测技术规程》JTJ218-2005 《港口工程设施维护技术规程》JTJ289 《水运工程质量检验标准》JTS257-2008 《水运工程测量规程》JTJ203-2001 《港口工程非破损检测技术规程》JTJ/T272 《海港工程钢结构防腐蚀技术规范》JTS153-3-2007 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275-2000 《港口工程荷载规范》JTJ215-98

《港口工程基桩静载荷试验规程》JTJ255-2002 《港口工程结构可靠度设计统一标准》GB50158 《建筑结构检测技术标准》GB/T 50344-2004 3. 工作目标

通过结构检测查清原码头系靠船簇桩、装卸作业平台上部结构、基桩及附属设施等结构的受损程度及现状，并对该码头的承载能力进行相关试验，采集各项数据及分析结构，对该码头的安全性、使用性和耐久性作出评估分级，为码头结构技术改造方案提供科学依据。 4. 检测内容

a．码头外观普查和构建几何参数及其布置的检测

b.各构件材料强度检测 c.腐蚀介质调查和检测 d.混凝土结构耐久性检测 e.钢结构耐久性检测 f.防腐蚀措施检测 g.荷载试验

5. 检测方法

5.1外观和构件几何参数及其布置的检测

5.1.1构件表面质量状况检查表面质量检查具体包括：旧码头基桩、立柱和桩帽、横梁、纵梁、面板，检查是否存在混凝土开裂、露筋、露石、混凝土蜂窝麻面、掉角等。现场通过拍照、尺量等方法对码头现状进行观察并统计缺陷，制成表格，统一分析，制定进一步的检测方案和检测位置。

5.1.2码头面高程测量

以该码头附近港区所设置的水准点为测量基点,用水准仪对码头上布置多个测点进行测量。将码头前沿测点的平均标高与码头前沿竣工时的实测平均标高相比较。同时检查其它地方测点所反映的码头面沉降平均值是否基本和码头前沿的沉降一致。

5.1.3码头前沿水平位移测量

为测定码头前沿的水平位移,用原施工时所设的控制基线,测得码头前沿向陆域最大偏移量和向下最大域偏移量。

5.1.4钢管桩厚度测量

(1)测点布置。在码头胸墙下的桩墙上,沿码头长度方向选5个测试位置。 (2)测试方法。采用从日本进口的钢管测厚仪和能在水里测试的探头测量。测试前将钢管桩表面打磨出10 cm×10 cm的光面,然后在光面处用探头和测厚仪检测钢管壁厚,每处测试位置测试6次。

(3)分析测试结果 5.1.5码头桩变形测量

(1)测点布置。沿码头前沿线选5个测试位置。在每个测试位置从港池底开始自下而上选取测试点,港池底面1#测点距2#测点0·79 m,以上每米布置一个测点至胸墙下沿制作一个较重的线坠,在各测试位置处顺码头前沿将其垂直放在港

池底面,在不同高度量测钢板桩表面上各测点至坠线的距离L,若以坠线为基线,则可计算出桩的凸凹及倾斜。潜水员站在水下定位吊篮内,用水下照明查看读数。

(2)分析测试结果。 5..2混凝土构件强度检测

钻芯法、回弹法是已建结构的混凝土力学性能检测的适用、方便、可靠的方法。

5.2.1钻芯检测技术

5.2.1.1现场钻芯位置的选择

根据结构设计和施工的基本原则，在整个桥面板上布置测点，钻芯位置的选取正是根据这些原则确定。

（1）受力较大的部位、安全度不足的构件截面不能取芯。

（2）借助磁感仪避开结构的钢筋，尤其是主筋，避开预埋件或管线。 （3）选取混凝土强度质量具有代表性的部位。

（4）用于非破损法修正时，应在非破损测试区或接近非破损测试区。 整个桥面板分成三个区域，每个区域选取两组，6个点布测取芯。 5.2.1.2钻芯在检测中遇到的问题及解决

在实际检测过程中，钻筒高速的运转使混凝土产生的强烈摩擦抖动，使得钻芯机渐渐变松后钻筒与结构面不垂直，造成所取的芯样容易出现芯样裂缝、缺边、少角、错位、倾斜及喇叭口变形、端面与轴线的不垂直度超过2度等缺陷，甚至打断钻头的钢齿。带有缺陷的芯样会造成混凝土检测强度与实际强度偏差较大，影响对结构作出真实评价，甚至出现误判。所以，在固定钻芯机时，一定要注意施工现场周围的具体环境、所钻取的混凝土强度的范围(不宜在强度低于10 MPa的混凝土上钻芯，因为钻芯机较难固定)，在钻芯机主轴的旋转轴线与被钻芯样的混凝土表面相垂直的情况下，才能进行钻芯样工作。 5.2.2回弹检测

回弹法检测混凝土强度具有非破损、仪器轻便、操作简便、测试范围分布广的优点，因此得到检测单位的广泛应用。构件混凝土表面强度采用回弹法检测部分基桩、立柱、横梁、纵梁、面板的抗压强度，每个构件根据尺寸大小布置10～15个测区，用统一曲线进行强度计算。在回弹值测量完毕后选择不少于构件的

30％测区数在有代表性的位置上测量碳化深度。

（1）施工中采用不同的模板对回弹值是有一定影响的，会引入较大误差。例如一般使用钢模或使用模板内加铺路防水膜成型的构件混凝土回弹值普遍偏高，钢模的保水性较好，对表面10 mm内厚度的表面强度和表面密度都很有提高，但实际内部混凝土强度并未提高。而木模由于木料本身的吸水性，表面的强度发展就远不如钢模。

（2）构件表面平整度对回弹值是有较大影响，由于模板漏浆或振捣在混凝土构件表面形成蜂窝孔洞、微小的气泡，表面不平整将大幅降低其回弹值。 5.3腐蚀介质调查与检测

抽检海水检测，包括氯离子含量、含盐量、PH值、电阻率的检测。 5.4混凝土耐久性检测

5.4.1检测方法

检测方法现场巡查每一构件，全面记录各构件的外观缺陷，包括锈胀开裂、露筋、层裂与锈斑等状况。采用表格及构件表面展开图记录其破损状态，分级评定混凝土外观状况。在全面普查的基础上，通过初步分析、统计与评估，选取部分典型构件进行重点检测。具体检测方法包括以下几方面内容：

（1）混凝土外观检查。对于裂缝、混凝土剥落及表面锈迹等外观破损，用直尺进行测量，辅以摄像或拍照方式，并在构件表面展开图上标明外观破损的位置、尺寸及面积。

（2）混凝土中钢筋锈蚀检测。对于露筋部位，剔除钢筋周围混凝土及锈层，用卡尺量取其剩余直径；对锈蚀情况不明的构件，采用混凝土钢筋锈蚀测定仪进行混凝土中钢筋半电池电位测量、绘制等电位图，定性确定钢筋的腐蚀范围，评判不同区域钢筋表面的腐蚀状况。

（3）氯离子含量检测。现场对混凝土分层取样，在实验室中分析混凝土中钢筋附近氯离子含量，确定构件遭受氯离子污染的程度。

（4）混凝土强度检测。采用取芯法修正回弹法检测混凝土强度。

（5）混凝土碳化深度检测。利用酚酞滴定法，测量混凝土碳化深度，为分析钢筋混凝土腐蚀破坏原因提供依据。

（6）混凝土保护层厚度检测。利用钢筋位置测定仪结合局部剔除法测量混凝土

构件保护层厚度。

5.4.2抽样方案

抽样方案梁板式码头相对于其它结构形式码头来说构件形体相对较小，构件数量众多。相对于其它结构形式、相同系留线长度和宽度的码头而言，同一种抽样方法所抽取梁板式码头构件样本数量最多，检测现场作业量大。由于梁板式码头为透空式结构，检测时需乘船进入码头底部进行检测，受潮汐影响大，潮水过高或过低均不能进行正常的检测作业，因此一个工作日中能进行现场检测作业的时间非常有限。如果对梁板式码头的检测抽样数量过大，必会造成现场作业量过于繁重，给检测人员增加不必要的工作量，给委托方增加不必要的经济负担；如果检测抽样数量过小，则不能客观、准确地反映梁板式码头的技术状况。如何合理、科学地确定梁板式码头检测的抽样方案，是梁板式码头检测的一个重要前提。现行的常用港口工程的检测规范对抽样方法的规定各不相同，按不同的规范对同一码头的抽样数量大相径庭。工程实践发现：如果严格按该规程中规定进行抽样操作，会对有的检测项目抽样过于宽松，而对有些检测抽样过于严格，在实际检测作业中难以执行，甚至无法执行，因此在实际检测作业中考虑如下的抽样方案：（1）混凝土构件外观检测虽然要求检测人员有一定的经验，但所需要的仪器设备比较简单，有经验的检测人员仅靠目测、尺量、照相等工具就可完成，检测作业速度相对较快，选用全数检测方案。

（2）构件几何尺寸偏差检测在设计图纸的基础上选用一次抽样方案。 （3）其余检测项目进行随机抽样，抽样数量不少于文献中规定的最小样本容量要求。

5.5钢管桩牺牲阳极阴极保护系统检测（钢结构耐久性检测）

牺牲阳极安装采用水下湿法焊接,将同一组排架内部钢管桩及各个排架之间通过码头板梁构件内钢筋焊接为一个整体,保证电连接性。牺牲阳极材料为Al-Zn-In-Mg-Ti高效铝合金。

5.5.1阴极保护系统受以下几个方面影响： ①阳极表面形貌

潜水员通过水下探摸观察,对牺牲阳极的表面形貌进行检查，观察阳极表面是否有有很疏松的白色溶解产物,有无海生物附着现象,溶解产物是否很轻易地去除,阳极工作表面溶解是否均匀。

②水流

由于对水下建筑物实施阴极保护时,流速增加使得水中溶解氧的含量增加并使氧的供应始终是充足的,高流速状态下比静止状态下所需的保护电流密度大几倍甚至几十倍。牺牲阳极具有自调节性能,保护电位下降,与牺牲阳极电位差加大,牺牲阳极输出电流大,其结果是阳极的消耗速度加快。水体流速高的地方阳极消耗大;码头和引桥连接处,钢管桩布置密度大,阻碍水体流动,水流速度相对较低,阳极消耗小。:对于钢管桩码头这样的大型建筑物,可根据所处的环境位置选用不同的保护电流密度,适当加大大流速位置的保护电流,保证保护寿命。

③潮汐影响

潮汐时水流量加大,使码头局部区域内的海水电阻率升高,导电性变差,对阴极保护系统造成一定影响。水下检查发现,码头靠近河口处的阳极消耗量相对远离河口处偏小。

④泥沙淤积影响

泥沙淤积导致钢管桩全浸区保护面积减少,从而减少了保护电流密度的需求量,使阳极消耗变小。

⑤涂层的影响

涂层有缺陷时处于浪溅区混凝土上的涂层严重粉化变色可能完全脱落。而完好的涂层可使钢管桩得到有效的保护,降低所需的保护电流密度,减少阳极的消耗。

5.5.2牺牲阳极的剩余寿命

随机选取了排架钢管桩上的30只阳极,测量阳极的周长和长度,计算出阳极剩余重量和剩余使用年限。阳极剩余重量和剩余使用年限分别按式(1)和(2)计算:

Qe= [(D1+D2+D312)2L-V]ρ×10-3(1)

式中:Qe为阳极剩余重量,kg;D1、D3为剩余阳极两端距离端部各10 cm处的周长,cm;D2为剩余阳极中部的周长,cm;L为剩余阳极的长度,cm;V为阳极铁芯的体积,cm3;ρ为阳极的密度,g/cm3。

te=0.85×QeQ0-Qet (2)

式中:te为阳极剩余使用年限,a;Qe为阳极剩余重量,kg;Qo为阳极初始重量,kg,取85 kg;t为阳极已使用年限,

5.5.3阴极保护检测

直接从钢管桩上引出阴极测量线,使用便携式铜/饱和硫酸铜参比电极测量钢管桩水面、水中和泥面3个位置的保护电位值,共测量150个点。

5.5.4腐蚀观察

对水上部分钢结构进行近距离观察、拍照，水下部分通过潜水员水下探摸检查。

5.6防腐蚀检测

外防腐层破损检测和钢结构腐蚀状态评价的检测按直流电压梯度法（DCVG），其特点是利用现有的阴极保护直流信号或临时向钢结构施加直流信号，然后在防腐层破损点检测到管对地极化电压的异常，从而确定破损点和破损程度。而采用密间隔电位法（CIPS）全面测量，有助于评估管道整体阴极保护的情况。这两种技术的结合（DCVG+CIPS）代表了这一领域的发展方向，也符合国际防腐蚀工程师协会（NACE）标准RP0502—2002的基本要求。

①密间隔电位测量法

密间隔电位法CIPS主要用于测定CP系统的效果，间接反映防腐涂层状况。CIPS法沿管道以间隔1.0～1.5m采集数据，绘制连续的开/关管地电位曲线图，反映管道全线阴极保护电位情况。当防腐层某处存在缺陷时，该处电流密度增大，使保护电位正向偏移，当这种偏移达到一定数量，在地表就可检测到，当电位（铜/硫酸铜参比电极）低于-850mV时，管道就会发生腐蚀。

CIPS法不能检出涂层破损的准确位置，实际上是一种管地电位检测技术并非涂层缺陷检测技术，涂层状况是通过电位分析获得的，因此通常要与DCVG配合使用。用CIPS判定CP不足或过保护具有独到之处。

②直流电压梯度法

测量时把一个电极探头放在管道正上方，另一个探头放在管道的一侧，两探头相隔1～2m，沿管道走向每隔一定的距离测量一组数据。如果测量到离防腐层破损点足够近，就可以检测到直流电压梯度，并且越接近破损点，高灵敏度的表头对开/关（ON/OFF）脉冲电流反应越强烈，越过最强点后，电压降逐渐减少，退回以不同的角度重做圆形探测，两个电极探头电位平衡点之间中点就是破损点中心。

先进的DCVG检测设备带有数据存储功能和GPS引擎，既能存储测量数据，

也能存储地理坐标（经纬度）数据。所有这些数据都能传输到计算机中，专用的分析软件可直观地显示测量结果和防腐层异常情况。这方面的专业设备和软件的开发，是我们今后的一个发展方向。

DCVG法对于准确确定破损点位置和破损的程度非常有效，但要全面掌握管道的腐蚀情况，还要用CIPS法对管道阴极保护状态进行测量。

现在国际上最前沿的技术是把直流电压梯度法和密间隔电位测量法结合起来使用，即DCVG+CIPS技术。一旦对选定的管道作一系列这样的检测，就能够对破损点的严重程度和整个管道的腐蚀状况作一个评估。 5.7荷载试验

首先根据整体结构计算确定加载位置，为了准确反映码头在荷载作用下的受力变形情况，采用三维数值模拟，有限元模型中码头面板按梁格分块简支在纵梁和横梁上，码头桩基、纵梁和横梁采用三节点高次梁单元，边界条件的处理采用土弹簧的形式模拟土体对桩的约束作用。通过数模计算确定两种最不利加载位置：荷载方案一，轨道梁弯矩最大加载位置；荷载方案二，桩轴力最大加载位置。观测项目主要有：1）试验段的整体沉降；2）轨道梁的挠曲变形；3）轨道梁跨中截面应力分布和梁底混凝土最大拉应力；4）轨道梁下直桩的沉降；5）轨道梁下直桩的轴力。

静载试验结果载荷试验采用逐级加载，各测试值随荷载增大而变化，当码头结构整体性较好、材料劣化不严重时，结构基本处于弹性工作状态，各测试物理量（内力与变形）随荷载增加的变化曲线接近于直线。各测试点的变化曲线越偏离直线，说明结构越偏离弹性工作状态，其原因包括几何非线性和材料非线性，前者说明结构整体性下降，结构整体承载力下降，后者说明构件内力超出了弹性范围，构件承载力下降。

结构检算与分析可通过主要测试物理量的校验系数η来分析旧码头结构的强度。所谓校验系数，就是试验荷载作用下的实测值与理论计算值之比，即η＝实测值÷理论计算值，校验系数用于评估结构的工作状况，正常情况下，η≥1，η值越小说明结构的安全储备越大，η值越大说明结构越不安全。