[科普中国]-沿海码头

简介

沿海码头是一个宏观概念，一般包括货运码头、客运码头等多个码头，一般一个城市拥有一个港口管理部口，负责管理城市内的所有码头。现代汉语词典对码头一词的解释为：在海洋沿岸及港湾内，供停船时装卸货物和旅客上下的建筑，包括了同它配套的仓栈、堆场、等候庁、调运设施及铁路、公路等。1

随着经济发展对于物资的大量需求，水上运输业逐渐发达，作为水陆交界处货物交通的枢纽，码头做出了不小的贡献也为水路运输的壮大提供了悠长的岸线，在不断地丰富自身的功能，扩大其领域范围。在经济全球化的趋势之下，沿海码头作为联系全球经济的地位逐渐凸显，承担起越来越多的货物吞吐和人员交流。2

结构特点随着改革开放几十年国家经济的快速发展，我国水运工程在设计和方法等方面的不断完善，高桩码头的设计已日趋成熟，高桩码头在我国的港口工程中的应用日趋广泛。从结构上讲，高桩码头一般由桩基、上部结构和接岸结构三大部分组成，其中桩基一般有钢管桩、大管桩、灌注桩、非预应力或预应力混凝土方桩或者是嵌岩桩。在水工建筑物中比较常见的是直桩和叉桩混合的结构。

高桩码头结构较轻，适用于软弱地基，具有码头位移沉降比较小、使用效果比较好、造价比较经济等方面的优点，通常适宜做成透空结构。特别是对使用要求高的集装箱码头，外海开敞的某些地质适宜的码头，垂直荷载较小、作业面积较小的油气化工码头，桩基的应用的优点体现得更加突出。在很多条件下，采用高桩结构方案是受力合理、经济最优的，这也是高桩码头得以广泛应用的原因。高桩码头结构比较简单，对荷载作用比较敏感，结构耐久性相比于重力式码头较差，因此，对于高桩码头，加强耐久性和使用期的维护要求越来越高。由于码头结构的构件多，施工工序多，施工机械多、环境条件要求高，受地质、自然条件影响大，工期较长。边坡稳定性、码头后方回填沉降等问题，如果处理不当，很容易造成桩基码头产生位移甚至损坏。这些都是高桩码头比较明显的缺点。

建筑的腐蚀原因沿海码头建筑物长期处于复杂的海洋环境中，包括：波浪、水流和泥沙对建筑物的机械作用；海水中化学元素对建筑物的化学作用；水分蒸发后，空隙内盐结晶体及冰结晶体对建筑物孔壁的压力。上述三种作用都会对码头结构材料产生腐蚀，加速材料的破坏，降低建筑物耐久性。受天气等自然条件影响，沿海码头施工环境恶劣，结构材料破坏之后的修补工作往往比较复杂，要投入很多的人力、物力和财力。因此，对提高沿海码头建筑物耐久性方法的研究具有非常重要的意义。影响沿海码头建筑物耐久性的主要因素如下：3

沿海码头建筑物常用的结构形式有重力式、板桩式和高桩式，组成材料主要有混凝土（方块、胸墙）、钢筋混凝土（沉箱、横梁和纵梁）和钢材（钢筋、钢板桩和钢管桩）等，影响其耐久性的主要因素包括冻融循环、混凝土腐蚀、混凝土碳化、碱骨料反应和钢材锈蚀等。

冻融循环在我国北方寒冷地区的码头，冻融循环是水位变动区混凝土破坏的主要原因。由于混凝土内部孔隙中的水在负温时结冰，体积膨胀造成静水压力，而冰水蒸气压的差别推动未冻水向冻结区的迁移造成渗透压力。当这两种压力所产生的内应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土会产生裂缝，多次冻融使裂缝不断扩展。

混凝土腐蚀在沿海码头，混凝土建筑物由于长期与海水接触，常遭受硫酸盐腐蚀和镁盐腐蚀。

硫酸盐腐蚀海水中的硫酸盐与混凝土中的 Ca(OH)2反应生成 CaSO4，CaSO4与混凝土中的固态水化铝酸钙反应，生成高硫型水化硫铝酸钙（钙矾石），其含有大量结晶水，比原有体积增大 1.5 倍以上，会胀裂混凝土。

碱骨料反应若配制混凝土的粗骨料中含有活性矿物材料，混凝土所用的水泥中含有过量的碱，并且 长 期 处 于 潮 湿 环 境 时 就 会 发 生 碱 骨 料 反应，引起混凝土的明显膨胀，进而导致混凝土开裂。

钢材锈蚀在沿海码头，钢材锈蚀主要发生在钢结构构件和钢筋混凝土中的钢筋。钢材锈蚀不仅使截面减小，性能降低甚至报废，而且由于产生锈坑，会造成应力集中，加速结构的破坏。根据锈蚀作用机理，钢材锈蚀可分为化学锈蚀和电化学锈蚀。对于钢筋混凝土，钢筋锈蚀是其破坏的主要原因。

防腐措施提高沿海码头建筑物耐久性的方法，应以预防为主，修补为辅，从设计、选材、施工和维护等 4个方面着手。4

设计在设计阶段，合理的设计混凝土配合比和确定钢筋保护层厚度都是影响结构耐久性的关键环节。提高混凝土密实度，以减少渗入混凝土的水、空气以及各种腐蚀性物质，可有效抑制混凝土冻融循环破坏、钢筋锈蚀、混凝土腐蚀和碳化及碱骨料反应，提高结构的耐久性。

选材合理选择水泥品种。选用掺加活性混合材料的水泥，可提高混凝土抗侵蚀性，如矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥及复合硅酸盐水泥等。选用较好的粗细骨料。改善粗细骨料的颗粒级配，在允许的最大粒径范围内，尽量选用较大粒径的粗骨料，可减小骨料的空隙率和表面积，有助于提高混凝土的耐久性。选用非活性骨料或严格控制骨料中的含碱量，可抑制碱骨料反应。

施工严格控制施工质量对提高混凝土耐久性具有重要意义。在混凝土施工过程中，应保证搅拌均匀、浇筑和振捣密实，采用合理的养护方法，确保充足的养护时间，不仅要防止在施工过程中混凝土表面出现裂缝，更要保证混凝土成型之后的密实度，以提高其耐久性。同时，根据施工过程的质量动态分析，及时采取相应的措施和对策。

维护沿海码头建筑物在长期使用过程中，会受到诸多超出设计预期的荷载作用，有可能会造成结构的开裂。裂缝的产生为环境中的水及腐蚀性物质进入混凝土提供通道，大大降低混凝土耐久性。因此，在使用过程中，首先应尽量防止对建筑物的不当使用，然后进行定期质量检测，若发现问题，及时进行修护和加固，以提高码头建筑物的耐久性。