码头横梁冷缝检测与修复处理

码头横梁冷缝检测与修复处理

孙雪傲，王杰

（中交二航局建筑科技有限公司，湖北武汉430040）

摘要：现场施工过程中，会遇到因施工条件限制或季节性施工准备不足导致混凝土浇筑施工中断，结构浇筑的连续性受到了影响，容易引起施工冷缝的产生。结合实际工程，针对码头横梁冷缝，采用超声波法和取芯法对缺陷梁进行检测，从而确定冷缝分布的范围和深度，并根据检测结果给出两种加固方案，通过计算对比分析了粘贴碳纤维布和钢板这两种加固法对该横梁结构承载力的提升效果，比较了两种加固方法的特点，为同类项目冷缝的检测与修复加固提供参考。

关键词：码头横梁；冷缝；检测；加固

中图分类号：　 　 　             文献标识码：A　 　 　         文章编号：00-0000-0

码头在航运中扮演者重要的角色，对于结构出现缺陷的码头，为保证其结构安全性，需要对其进行检测评估并结合实际的使用要求进行相应的维修加固处理。研究表明，码头结构破坏较严重的地方往往出现在浪溅区的梁、板、柱等结构处[1]。结构缺陷的一般形式表现为[2]：①建造时留下的混凝土缺陷，或是温度应力、收缩应力导致的裂缝，或是荷载、沉降产生的裂缝，这类缺陷称为非耐久性损伤；②因混凝土结构表面碳化或是氯离子侵蚀钢筋导致的混凝土锈胀、空鼓等混凝土破损，这类缺陷称为耐久性破损。针对不同的缺陷特征，《港口水工建筑物修补加固技术规范》中给出了相应的修复加固方法。本文针对码头横梁出现的施工质量缝（冷缝），使用超声波法和取芯法确定了冷缝分布的范围和深度，判断结构受损程度，并给出了粘贴碳纤维布和粘贴钢板两种维修加固方案。

1 工程概况

武汉新港纱帽港区和润物流二期码头76#排架下横梁，2020年11月06日拆模后，发现 76#下横梁江侧约 13m 范围内出现斜向冷缝，由第二排桩与第三排间向两侧延伸。如图1所示为76#排架下横梁现场情况，图中红线为冷锋走向，整梁长28m，下横梁宽1.6m，高1.0m。

2 冷缝检测

2.1 混凝土内部缺陷超声波法检测

采用非金属超声波检测仪（ZBL-U520）对76#下横梁裂缝范围全检。

（1）测点布置，当构件具有一对相互平行的测试面时，宜采用对测法测试，应在测试部位两对相互平行的测试面上分别画出等间距的网格，网格间距可为 100mm。（2）测量要求，①混凝土表面使用砂轮磨平并清洁平整；②选用高频率换能器通过耦合剂与混凝土测试面保持紧密接触，耦合层应密实，无砂土及空气影响；③超声传播路径避免与内部钢筋轴平行，否则测线与钢筋距离保持至少为超声测距的 1/6；④设置仪器发射电压、采样频率参数时应参照测距大小和混凝土外观质量，进行设置，对同一测位进行检测时参数不变；⑤检测过程中，将声时、波幅和主频值进行记录。⑥对检测中发现的可疑数据及时分析原因，必要时应进行复测校核或加密测点补测。（3）检测结果，测试区域波速值小于异常判断值 X 0 （4.243），根据测点波速分布图，推定距江侧端14.6m~15.4m 之间混凝土内部中间存在可疑区域，上游侧 2.2m、3.4m~5.4m、9.8m~15.4m 之间混凝土内部靠近外边缘 200mm 范围内混凝土存在可疑区域，下游侧 1.8m~3.0m、3.8m~5.8m、8.2m~15.0m 之间混凝土内部靠近外边缘 200mm 范围内混凝土存在可疑区域。

2.2 混凝土内部缺陷取芯法检测

采用钻芯法进行混凝土缺陷检测，现场选取缺陷明显位置，尽量避开钢筋，钻取芯样。取芯检测结果显示，上游 15.0m~15.4m 断面之间，冷缝距底612mm，距34 断面 220mm；下游 11.0m~11.4m 断面之间，冷缝距底 450mm，距 25 断面 200mm。综合以上检测结果，该冷缝分布于距下横梁底部350mm~450mm范围内，由第二排与第三排桩间向两侧延伸，长度约13m，裂缝的宽度在0.3mm~0.5mm之间，裂缝的深度在混凝土内部靠近外边缘200mm的范围内，未贯穿。针对上述情况需立即采取措施对结构进行修复、补强恢复其承载力。

3 冷缝修复处理

根据冷缝的成因，可选择对应的处理方案。目前冷缝主要的处理方式有：

（1）对结构承载力无影响的表面冷缝，宽度小于0.2mm，常使用水泥浆、环氧胶或涂刷沥青、油漆等覆盖表面处理；宽度在0.2mm~0.3mm之间的冷缝，沿裂缝切槽后使用环氧砂浆修补。为保护修复面，常粘贴一层碳纤维布对修补缝进行封闭。

（2）对混凝土结构整体性造成影响的冷缝，如宽度大于0.3mm时，常采用化学灌胶法进行处理。使用压力设备将环氧树脂等胶体注入缝中，待胶体固化后与混凝土构成整体。

（3）当冷缝影响到混凝土结构承载能力时，需采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的方法主要有以下几种：粘贴钢板或碳纤维布加固、加大混凝土结构的截面面积、构件的角部外包型钢、预应力法加固、增设支点加固、喷射混凝土补强加固等。

（4）对于因冷缝造成混凝土严重损坏的结构，可考虑使用置换法进行处理。先将损坏的混凝土凿除，凿除面涂刷界面剂，再使用水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土进行填充处理。

（5）对于钢筋、混凝土需长期防护的结构，可采用电化学防护法。利用施加电场在混凝土或钢筋混凝土中的电化学作用，改变所处的环境状态，以达到钝化钢筋的防护目的。电化学防护法包括阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法等。电化学防护法受环境因素的影响较小，对钢筋、混凝土具有长期长期防护的效果。

1925 年， Abrams 发现了混凝土的自行愈合现象，随着国内外学者的深入研究，一种仿生自愈合的混凝土裂缝处理方法诞生，仿生自愈合法对冷缝和后期产生的裂缝均有一定的修复效果。目前，有关混凝土裂缝自愈合修复技术主要涉及微胶囊、微生物、纤维、记忆合金以及电化学沉积等方面。仿生自愈合法的关键是将某些特殊物质，如含黏结剂的液芯纤维或胶囊等加入传统混凝土中，该物质与混凝土结合后可模仿生物组织受创伤后，在受伤部位分泌自愈物质使得受创部位自动修复的机能。2022年，朱梦龙等[4]采用机械混合的方法，以海泡石矿物为基体吸附、包覆氧化钙、氧化镁类复合膨胀剂、硅酸钠等修复组分，制备了一种新型无机的混凝土裂缝自修复剂，具有更好的经济性和修复效果。

本工程中新建码头横梁冷缝长度约13m，裂缝的宽度在0.3mm~0.5mm之间，裂缝的深度在混凝土内部靠近外边缘200mm的范围内，为了防止冷缝影响到混凝土结构承载能力，考虑采取加固法进行处理，采用以下两种方案对比分析：方案一：粘贴钢板加固法；方案二：粘贴碳纤维布加固法。粘贴钢板和碳纤维布施工前应对混凝土结构裂缝进行化学灌胶修复，并用甲苯或工业丙酮擦拭表面后凉干。

3.1 裂缝修补

该横梁施工质量缝的宽度在0.3mm~0.5mm之间，根据《港口水工建筑物修补加固技术规范》(JTS311-2011)第四章混凝土结构破损修补中规定，采用化学灌浆法进行修补，修补工艺简述如下：

清除混凝土裂缝缝内异物；设置灌浆嘴，确保密封效果和足够的埋置深度；灌浆，水平缝自一端向另一端进行压力灌浆，待下一根灌浆管出浆时停止灌浆；浆液固化后，拆除灌浆嘴，进行表面修整。

3.2粘贴钢板加固

瑞士学者L’Hemriet及德国学者Bersson在1960年开创了外部粘贴钢板的加固技术，原理主要是钢板通过环氧粘合剂粘贴于混凝土结构外表面从而形成了混凝土-胶体-钢板的三相材料复合系统。结构胶的性能起到了至关重要的作用，胶体的刚度、柔度和粘性直接影响着胶体传递混凝土与胶体及胶体与钢板间应力的能力。自粘贴钢板加固技术开创以来已有半个多世纪，因其在实际工程中良好的表现，经过众多工程的实践与不断改进，该项技术已非常成熟可靠。经过表面处理、植入螺栓、粘贴钢板、固定、表面防护完成加固。

3.3 粘贴碳纤维布加固

碳纤维由于其在高弹模与高强、低密度和机械性能的优良表现，在1960年起已逐步应用于航空航天工程中。因碳纤维布优秀的性能表现，瑞士学者Meier和Kaiser于1991年开创了碳纤维布用于加固混凝土梁、板以提升结构抗弯、抗剪性能的补强领域。近几十年来，作为一种新型的复合材料，碳纤维布在加固工程中得到了广泛的应用。按照粘贴两层0.167mm高强 Ⅰ 级碳纤维布进行加固。经过表面处理、涂刷底胶、找平处理、粘贴碳纤维布完成加固。

4 横梁强度折减计算方法

采取对下横梁截面尺寸进行折减后计算其承载力，因该冷缝基本分布于靠近下横梁中轴线位置，为了简化计算，将下横梁截面尺寸折减一半后得到其承载力。承载力计算对比结果见表1，两种加固方法的计算结果均满足原结构的设计承载力要求，其中粘贴钢板加固后对该梁的承载力提升更佳。

表1  承载力计算结果对比

5 结论

综上，超声波检测法配合取芯检测法可较为准确的确定冷缝分布的范围，为之后的维修加固提供了依据。粘贴碳纤维布和粘贴钢板两种加固方法均满足原结构的设计承载力要求，其中粘贴钢板加固后对该梁的承载力提升更佳，但粘贴碳纤维布施工更加快，后期维护成本较低。

参考文献：

[1]董雪焕．港口工程混凝土结构设计使用年限的确定[D].大连：大连理工大学，2011．

[2]JTS 311-2011，港口水工建筑物修补加固技术规范[S].

[3]Abram.A,Concrete,V.10.P50,August,1925.

[4]朱梦龙,王心茹等.无机修复剂对混凝土裂缝自愈性的影响研究[J].国防交通工程与技术,2022,20(01):30-33.