海港码头结构健康监测

      在海港码头结构生命过程的3个阶段中，老化期是平均风险率较大的一个阶段。在码头服役期，由于荷载和环境因素的影响，其结构与类似水工结构相比，耐久性差。出于码头运营安全及维修优化的需要，对海港码头进行监测，及时提供其健康信息已成为必要。

重力式码头的工作原理主要是利用结构自身的重力抵抗以墙后土压力为主的各种荷载作用，保持结构的稳定"。重力式码头的常用型式为重力式方块码头和沉箱码头，由于重力式码头一般为实体结构，其抗冲击荷载、集中荷载和超载的能力均较强，据近10年本系统的检测资料显示，重力式码头破损很少，仅有3例，且均接近设计使用年限。根据统计资料，重力式码头破坏主要为码头向前滑移失稳；码头倾覆失稳；墙体构件破损；胸墙开裂、破损；墙后填料流失(漏沙)造成码头后路面塌陷等。

     造成重力式码头损坏的主要原因有：抛石基床和地基的不均匀沉降；码头墙后填料或墙身内部填料沉降；薄壁钢筋混凝土墙身构件老化破损；荷载和港池冲淤变化等因素导致码头结构的整体失稳。

     其中最常见的因素是抛石基床和地基的不均匀沉降：沿码头长度方向的不均匀沉降会导致胸墙和墙身结构的开裂破坏，垂直于码头长度方向的不均匀沉降会导致码头倾覆；码头墙后填料或墙身内部填料沉降则是造成码头混凝土面层开裂、塌陷，影响码头适用性的主因。薄壁钢筋混凝土墙身构件老化破损多出现于结构的老化期，此时重力式码头往往已接近或超出结构设计使用期服役。在设计使用期，重力式码头结构整体失稳的情况非常罕见，但一旦发生造成的损失却非常大。重力式码头发生此类失稳前往往会出现码头后方一定范围内加速沉降、码头面后倾的前兆。

      通过以上分析可知，重力式码头的位移，尤其是竖向沉降位移能够影响并反映结构的健康状况，因此对重力式码头的主要监测指标应为重力式码头各关键点的位移值，尤其是竖向位移。

     板桩码头的工作原理是利用打入地基中的板桩形成挡土墙，墙后回填填料，从而在墙前形成码头临水面。为减小板桩入土深度和桩顶位移，通常在板桩墙后设置拉杆，并由锚结构锚固。板桩码头常见破损情况有以下几种：板桩墙失稳；拉杆断裂；板桩破损，出现漏沙情况；导梁、帽梁(或胸墙)破损图。造成板桩码头损坏的主要原因有： 码头前挖泥超深；码头后超荷堆载；海洋环境作用下，构件腐蚀、老化、破损；4船舶撞击力超载；拉杆的锚定结构失稳。

    码头前挖泥超深可导致板桩墙入土深度不足，从而失稳，此时板桩码头的帽梁或胸墙顶部会产生向岸的水平位移，同时导梁以下部分板桩会发生向海侧水平位移。码头后超荷堆载则可能产生过大的板桩跨中，弯矩从而导致板桩破损，在此之前板桩墙在导梁和嵌固点之间的部分会产生向海侧水平位移；堆货荷载超载也会产生过大的拉杆力，从而可能导致拉杆断裂，在此之前导梁会产生向海侧水平位移，并且钢拉杆会产生过大的应力应变。在环境因素作用下，构件会发生腐蚀、材料劣化，从而导致破损和抗力降低，影响结构安全，如钢板桩的腐蚀和钢筋混凝土板桩的钢筋锈蚀。船舶撞击力超载则常导致导梁、帽梁(或胸墙的破损。拉杆的锚碇结构失稳会导致板桩墙向海侧倾覆，在此之前帽梁或胸墙顶部会产生向海侧的较大的水平位移。

通过以上分析可知，若从安全性角度出发，板桩码头的监测指标应为码头各关键点的位移值，尤其是导梁和帽梁(若为胸墙则取相应位置)的水平位移；拉杆的应力应变值。

     高桩码头的工作原理是利用桩基将码头上部结构所受荷载传到地基深处较好的持力层上，其通常由桩基和上部结构组成，上部结构通常采用梁板结构，高桩码头一般为透空式结构。高桩码头结构损伤破坏的表现形式主要包括：混凝土局部开裂、剥落；钢筋外露、锈蚀甚至断裂；码头存在整体不均匀沉降、水平位移、平面扭转等。造成高桩码头损坏的主要原因有：钢筋锈蚀；使用荷载超载；桩坡体系不均匀沉降。

钢筋锈蚀对安全性的影响主要有两个方面：是锈蚀引起的钢筋截面减小，二是因为锈蚀引起的体积增大、顺筋裂缝、保护层剥落而导致钢筋与混凝土之间的粘结力下降。而且结构一旦出现锈胀裂缝就会迅速恶化，承载力降低，安全性下降。国内海港调查资料显示，钢筋锈蚀是导致高桩码头混凝土结构耐久性破坏的主要形式。相比于重力式和板桩码头，高桩码头对超载的反应敏感：一方面，超载会直接影响结构的安全；另一方面，超载往往会造成结构出现过大裂缝，钢筋出现塑性变形，并且裂缝会加剧钢筋锈蚀，降低构件承载力，从而影响结构的安全性。一般堆货荷载和汽车荷载的超载会导致高桩码头梁板构件的破损，撞击力超载往往导致高桩码头桩基断裂。高桩码头运营期间桩坡体系不均匀沉降可能导致高桩码头整体滑动失稳，或对码头近岸部分桩基产生负摩擦力，导致桩基拉断。对桩台较短，岸坡较陡的高桩码头，其不均匀沉降也是重点监测内容之一。通过以上分析可知，构件钢筋锈蚀程度应为高桩码头的主要监测指标。使用荷载超载可能造成的结构损伤也必须实施监测，由于高桩码头为透空式，与一般的桥梁结构有很多的相似之处，因而此项健康监测内容的指标选取与一般桥梁结构大致相同。对桩坡体系的不均匀沉降可通过桩台的位移变化实施监测。