老码头改造中新老结构结合处理的实践

谭军华

【摘 要】以镇江港某老码头改造的成功案例为背景,通过桩帽、轨道梁节点、新增污水池及端梁支座等4个典型结合部位的设计和施工实践,总结了在处理新老结构结合问题时常见的技术难点,并详细介绍了相应的处理措施以及一些新技术、新工艺的应用.

【期刊名称】《水运工程》 【年(卷),期】2010(000)001 【总页数】4页(P71-74)

【关键词】码头改造;混凝土切割;凿毛;膨胀混凝土;化学锚固;槽型支座 【作 者】谭军华

【作者单位】镇江港务集团有限公司,江苏镇江212001 【正文语种】中 文 【中图分类】U656.1

在老结构改造中新老结构的结合处理一直是个难点，尤其是码头结构所处的特殊环境，对于新老结构结合的要求更高，可以说是决定改造成功与否的关键。随着近几年一些新技术、新工艺的涌现，处理新老结构结合的手段更趋多样化，各行业都积累很多成功经验，但还有一些技术难点仍然没有形成共识，因此目前国内对于这方面也没有统一的技术规范或标准，很多内容需要积累经验后进一步探讨。

1 案例概况

镇江港#2～#5泊位码头于20世纪80年代中期建成，共4个3万吨级泊位，长720 m，码头结构均为高桩梁板式，排架间距12 m，采用准1200钢管桩。改造目标为靠泊7万吨散货船型，并且不改变原码头岸线位置。改造的主要思路是利用原结构改建系靠泊点，具体根据总平面布置的系缆、靠泊点，在每个布点位置处对原排架结构进行改造，改造方案为在原有排架江端增设桩基，每榀需改造的原排架增设4根准900钢管桩（原有2根准900钢管桩），上部再浇筑节点与原排架结合成新的排架结构，同时更新全部轨道梁，以满足新配置的门机的荷载要求。该改造方案必须进行先拆后建，而且拆除量较大，为满足环保及安全要求，拆除方案采用了混凝土切割工艺，使得拆后留下的光滑界面加大了新老结构结合的难度，而且结合部位较多，但最关键也是难度较大的部位主要有4处：桩帽节点、污水池底板、轨道梁现浇节点及支座节点等。 2 新老桩帽的结合处理

由于增设桩基的需要，老桩帽需局部切除，然后在原位重新浇筑新桩帽，如图1所示。新桩帽在外形上比老桩帽大，底面高程下沉了1 m，从底、正、两侧四个面将老桩帽包裹在内，形成以新护老的位置关系。在处理这4处结合面时最主要的难点是结合面的防裂。

由于桩帽是季节性的水下结构，防止新老混凝土的结合面出现裂缝很重要，按照《水运工程混凝土施工规范》的要求，对处在淡水水位变动区的构件的最大允许裂缝宽度是0.25 mm，但规范对于新老混凝土的结合施工没有涉及。众所周知，新老混凝土结合面易出现裂缝一直是工程上的难点，目前普遍认为其机理是相对薄弱的界面过渡区的形成，使黏结强度达不到相应整浇混凝土的强度，从而产生更多的附加应力[1]。增大结合面面积是提高新老混凝土结合力的主要手段，因此对老桩帽切割后的光滑界面必须进行凿毛处理。由于经过长期的碳化衰老，混凝土在开凿

过程中容易脆裂，因此不可一味追求凿毛效果而忽略对老结构的破坏。根据经验，当凿毛的槽深在1～1.5 cm、槽口宽2.5～3 cm时结合效果最佳，同时为消除老混凝土表面吸水特性对新老混凝土黏结力的影响，采用加固型界面剂进行表面处理可作为辅助措施[2]。防裂的另一个重要措施就是对结合边线的处理，处理方法是将老桩帽边缘混凝土凿成45°倒角，露出外层纵向钢筋并与新桩帽对应钢筋进行焊接（图2）。倒角处理不仅解决了钢筋连接问题，同时延长了外层钢筋与外界之间的结合缝的路径，减小了空气和水份通过结合缝腐蚀钢筋的几率。 3 轨道梁现浇节点的处理 图1 新老桩帽结构 图2 新老桩帽结合面处理

根据轨道梁更新方案，老轨道梁与横梁的结合部经过切割拆除后形成一凹槽，用于架设新轨道梁，并重新浇筑混凝土形成固定节点。节点受力状态在改造前后会发生变化。节点处的应力主要来自相邻排架的位移差造成的扭矩以及门机作用下产生的纵向负弯矩和排架方向的横向负弯矩。由于码头改造是对部分靠泊点进行加强改造，即部分排架节点抗力加强了，使原来均等排架结构变成不均等排架结构，同时靠泊线外移，使大船靠泊基本作用在改造过的排架，在等量单点靠泊力的作用下，排架的相对位移变小了，因此扭矩实际上变小了。门机由原来的10 t调整为25 t，因此节点纵向负弯矩是变大了。横向负弯矩由码头面荷载造成，没有变化。轨道梁与排架布置见图3。

图3 轨道染与排架平面布置

因此新浇节点的处理应注意2个问题：1）是防止新老混凝土之间出现裂缝从而加速裂缝处的钢筋锈蚀；2）2个负弯矩方向的顶层钢筋的连接。防裂问题重点是横梁2个断口处，对于这种部位的混凝土防裂，除了做好断面拉毛处理外，采用膨胀混凝土技术能起到较好的防裂效果。不同龄期对比试验表明，膨胀混凝土的干缩

变形小于普通混凝土，但随着膨胀剂掺量的增加，膨胀混凝土的干缩变大；而膨胀混凝土自生体积变形为膨胀型，随着膨胀剂掺量的增加，膨胀混凝土的自生体积变形变大，膨胀稳定期变长，一般到90 d龄期时自生体积变形已稳定[3]。由于节点四周有横梁断面和轨道梁安装面构成的限制面，类似后浇带结构，利用膨胀混凝土的上述特性，在节点处采用膨胀混凝土可以抵消混凝土干缩和应力集中带来的不利影响，有效防止新老混凝土结合面出现裂缝。膨胀剂的掺量须结合工程的特点进行设计，首先确定膨胀量，一般在3.5/10000～4.5/10000之间能起到较好的防裂效果，再结合所采用膨胀剂的技术指标通过试配确定，膨胀剂采用南特UEAIV，以内掺法等量替代胶凝材料，水胶比0.5，膨胀剂掺量13.5%。

在顶层钢筋的处理上，由于轨道梁重新预制，只要做好对接钢筋的焊接即可，同时在轨道梁预制时在顶层预留现浇层，安装结束后再在顶层设置通长钢筋进行加强，这种处理方式能较好解决纵向负弯距增加的问题，而且施工没有难度。而对于横梁顶层钢筋，采取了保留原状的方案，这在施工上有点难度。为了避免切断横梁顶层钢筋，在拆除横梁的节点部位时采用了镂空切割，而顶层混凝土的拆除又采用了静力爆破技术，这样可以最大限度地满足横梁顶层钢筋保留原状的目的。 4 新增污水池的结合处理

污水池的增设方案是利用原有纵向板梁与横梁之间形成的矩形封闭结构，在板梁底部现浇混凝土底板，从而形成一池状结构。现浇底板四周完全附着在老结构上，底板承受的所有外力必须通过与老结构的有效结合才能传到老结构上，而原有板梁因此也增加了额外的荷载，这点也必须考虑。在实际实施过程中，除了做好新老混凝土结合面的处理外，对底板钢筋采用了化学锚固技术使之植入板梁体内（图4）。根据设计的植筋量计算，单根植筋锚固力需达到127.3 kN以上。目前市场上锚固剂品种繁多，锚固效果参差不齐，为选择最理想的锚固剂，挑选了一般（非改性）环氧树脂胶和HILTI-RE500锚固胶2种锚固剂与预埋筋做搭接对比试验，通过3

者荷载-埋深曲线发现，HILTI-RE500植筋传递给混凝土的荷载与预埋筋接近，而环氧树脂胶的荷载传递非常不对称，容易导致过早的混凝土劈裂破坏，因此选择了HILTI-RE500锚固胶，该胶主要材质为双酚A改性环氧树脂，基本设计参数为钻孔孔径=1.2～1.4 d，埋深≥10 d。实际植筋采用准22Ⅱ级带肋钢筋，钻孔孔径30 mm，埋深300 mm，抗拔试验最小达到149.5 kN，满足设计要求。 图4 污水池结构处理

因池体空间有限，底板应尽量靠梁底，但在纵梁底部植筋容易造成梁底边角破坏，所以钻孔位置至少需在最底一层主筋的上面，为此，钻孔前须先进行板梁底层钢筋位置的探测，并清晰标示，确保植筋位置正确，以免钻孔时破坏原有钢筋。 由于植筋施工对纵梁底部造成的损伤，以及新增结构对梁体施加的额外荷载，纵梁必须进行受弯加固处理。设计采用碳纤维片材黏结加固技术，实际使用的碳纤维布抗拉强度标准值≥3000 MPa，底层树脂及找平胶正拉黏结强度≥2.5 MPa，在纵梁底面全断面并通长黏覆3层碳纤维布，从而达到加固效果。 5 端梁支座的处理

原轨道梁两个端部与横梁采用铰接连接，只有底部2层钢筋深入横梁，依靠部分梁体嵌入横梁而起到稳定作用，改造后，由于轨道梁需更换，而且端横梁节点处是不得进行切割拆除的，因此新梁安装时虽然底层钢筋仍可以与老轨道梁拆留下来的钢筋连接，但是无法再嵌入横梁，这样必然会影响轨道梁的侧向稳定性，为解决这一问题，在横梁支点一侧设置了一个槽形支座。

支座由底部搁置加宽带和两侧的侧限翼墙组成，搁置加宽带是针对新梁，为便于安装，要短于老梁，使搁置长度满足不了要求，同时轨道梁更新后荷载加大，原来的支撑面积不足而加以改进的一项补强措施，翼墙是用于限制轨道梁的侧向位移，确保轨道梁的稳定性，两侧组合形成一凹字形。槽形支座的关键是与横梁的连接，采用化学锚固植筋是最经济有效的办法（图5），锚固剂仍然采用HITLI-RE500胶，

该胶经过200万次疲劳测试，可以满足支座处设备震动荷载要求。施工时先将拆留下的铰接钢筋清理出来，然后做搁置加宽带，再安装轨道梁，将底层钢筋连接好后填塞伸缩缝填充物，最后浇筑翼墙。 图5 端染槽型支座结构示意 6 结语

码头运行1年后，对码头进行了全面的探摸检测，对上述几处结合部位作了重点检测，没有发现任何裂缝及异状，整体结构状态良好；此外，在码头各关键部位共设置了108个沉降位移观测点并进行了为期一年的沉降位移观测，最大位移均在规范允许范围内，说明本工程在新老结构的结合处理取得了良好成效。

在老码头结构改造中，尤其是采用了混凝土切割拆除工艺后，新老结构的结合非常重要。通过该码头改造的成功实践证明，只要处理好新老混凝土的结合、钢筋的连接以及预制构件支座安装等三个关键技术问题，就能达到良好的结合效果。在处理这些问题的过程中有3个原则必须遵守：1）要尽量使新结构能承担更多的责任；2）尽量不改变老结构的原有结构状态，或尽量能恢复原状；3）采用加固技术是提高新老结构结合的重要辅助措施。因此，通过巧妙的设计以及利用现有的一些新技术、新工艺可以较好地解决新老结构的结合问题。 参考文献：

[1]熊光晶,谢慧才.新旧混凝土的粘结机理和测试方法研究,现代土木工程的新发展[M].南京:东南大学出版社,1998.

[2]肖汉江,崔建华,徐跃之.丹江口大坝加高工程新老混凝土结合问题研究[J].南水北调与水利科技,2007(5):8-11.

[3]王少江,程飞,夏新平.南水北调中线惠南庄泵站工程膨胀混凝土性能研究[J].设计与施工,2008(5):32-34.