天津港码头钢板桩检测及加固方法研究

论文摘要

天津港部分码头的接岸结构为“钢板桩+斜顶桩+帽梁”型式,现部分部位的钢板桩已发生严重锈蚀破损情况,导致接岸结构的安全状态的不确定性,也无法采取有针对性的工程措施,为掌握这一安全隐患的现状和影响程度,以便采取有针对性的工程措施,确保码头结构的安全,因此对天津港部分码头钢板桩检测及加固方法进行研究本文分别进行了接岸结构钢板桩的全面检测和重点检测,包括开挖检测、自腐蚀电位测试和取样及其化学成分分析。检测结果表明,钢板桩锈蚀大多为局部锈蚀,多位于泥面附近。现场没有发现钢板桩锁口相对错动破损、明显倾斜或局部鼓肚等现象。对钢板桩进行了耐久性评估,计算得到钢板桩腐蚀速度0.52mm/a,可见钢板桩的腐蚀速度是很大的,钢板桩使用年限小于30年,有锈洞的钢板桩已经存在很大安全隐患,不应继续使用,应视条件立即修复。建立了钢板桩接岸结构与岸坡相互作用的有限元模型,并分别进行了钢板桩完好情况、钢板桩锈蚀情况和钢板桩局部破损情况的计算,并分别对接岸结构及土体变形特征、钢板桩受力特征和斜顶桩及帽梁应力进行了分析。分析表明：钢板桩在锈蚀80%残余厚度和现状锈洞情况下钢板桩的强度均不能满足要求,并且接岸结构及土体的变形增大,接岸结构的内力也有所增大。对钢板桩修复加固提出了3种加固方案：斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法、钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法、地下连续墙代替钢板桩法,并分别对这3种方案的加固效果进行了数值计算分析。斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法能够限制接岸结构及土体的变形,但是由于将斜顶桩桩帽于钢板桩固结连接,该位置加固体的应力将较大。地下连续墙代替钢板桩法加固方案的效果非常好,但是其施工难度和工程量都相对要大许多。钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法则即可以满足接岸结构的加固要求,不会出现加固体受力过大的特征,并且工程量也相对较少。因此,建议采用钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法对钢板桩锈洞位置进行加固。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究内容及思路
• 1.3 检测工作执行标准
• 1.4 9～11段码头概况
• 第2章 钢板桩锈蚀破损情况检测
• 2.1 钢板桩工作环境
• 2.1.1 潮汐
• 2.1.2 气温
• 2.1.3 湿度
• 2.1.4 降水
• 2.1.5 波浪
• 2.1.6 海流
• 2.1.7 工程地质
• 2.2 钢板桩腐蚀介质调查
• 2.2.1 海水中的氯离子含量及含盐量
• 2.2.2 电阻率
• 2.2.3 海水浊度
• 2.2.4 水污染情况和周边环境侵蚀介质
• 2.2.5 海洋环境部位划分
• 2.3 钢板桩破损情况全面检测
• 2.4 钢板桩破损情况重点检测
• 2.4.1 检测项目
• 2.4.2 钢板桩锈蚀外观检测
• 2.4.3 钢板桩自腐蚀电位检测
• 2.4.4 锈蚀钢板桩切割取样
• 2.4.5 泥面以下钢板桩的开挖检测
• 2.4.6 重点检测照片
• 2.4.7 钢板桩化学成分分析
• 2.5 钢板桩锈蚀破损特点总结
• 2.6 钢板桩锈蚀破损机理分析
• 2.6.1 电化学腐蚀
• 2.6.2 其它腐蚀因素及其影响
• 2.7 钢板桩锈蚀程度评估
• 2.7.1 钢板桩锈蚀破损对码头安全的影响
• 2.7.2 钢板桩耐久性评估
• 第3章 钢板桩锈蚀及破损情况的有限元分析
• 3.1 有限元模型的建立
• 3.1.1 模型计算范围
• 3.1.2 材料特性
• 3.1.3 计算荷载
• 3.2 钢板桩未锈蚀情况计算分析
• 3.2.1 接岸结构及土体变形特征
• 3.2.2 钢板桩的受力计算分析
• 3.2.3 帽梁应力分析
• 3.3 钢板桩锈蚀情况计算分析
• 3.3.1 接岸结构及土体变形特征
• 3.3.2 钢板桩受力特征
• 3.3.3 帽梁应力分析
• 3.4 钢板桩局部破损情况计算分析
• 3.4.1 接岸结构及土体变形特征
• 3.4.2 钢板桩受力特征
• 3.4.3 帽梁应力分析
• 3.5 钢板桩计算分析小结
• 第4章 钢板桩锈蚀修复加固方案
• 4.1 常见修复加固方法概述
• 4.1.1 补焊钢板法
• 4.1.2 局部外包防护材料法
• 4.1.3 降低帽梁覆盖高程法
• 4.1.4 墙前限位法
• 4.1.5 改善墙后土体性能法
• 4.1.6 地下连续墙法
• 4.1.7 增设替代钢板桩法
• 4.2 修复加固方案
• 4.2.1 斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法
• 4.2.2 钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法
• 4.2.3 地下连续墙代替钢板桩法
• 第5章 钢板桩加固方案的有限元分析
• 5.1 斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法分析
• 5.1.1 有限元模型
• 5.1.2 斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法加固后接岸结构及土体变形特征
• 5.1.3 斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法加固后钢板桩内力分析
• 5.1.4 斜顶桩桩顶钢筋混凝土顶板法加固后结构应力分析
• 5.2 钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法计算
• 5.2.1 钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法计算模型的建立
• 5.2.2 钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法加固后接岸结构及土体变形分析
• 5.2.3 钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法加固后钢板桩内力分析
• 5.2.4 钢板桩桩顶钢筋混凝土加固法加固后构件应力特征
• 5.3 地下连续墙代替钢板桩法有限元分析
• 5.3.1 地下连续墙代替钢板桩法有限元模型建立
• 5.3.2 地下连续墙代替钢板桩法接岸结构及土体变形特征
• 5.3.3 地下连续墙代替钢板桩法钢板桩内力分析
• 5.3.4 地下连续墙代替钢板桩法结构应力分析
• 5.4 钢板桩加固计算分析小结
• 第6章 结论
• 6.1 检测评估及分析结论
• 6.2 修复加固方案选择
• 参考文献
• 致谢