高樁碼頭混凝土面層裂縫原因及治理方法分析

王旭光

摘要：在高樁碼頭中，混凝土的應(yīng)用十分廣泛。但是高樁碼頭混凝土面層經(jīng)常會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，其是一個一直無法徹底解決的施工難題，它對混凝土的外觀質(zhì)量和耐久性都有一定的影響。根據(jù)多年從事高樁碼頭工程項目管理的經(jīng)驗，本人對混凝土面層裂縫的防治提出相應(yīng)具有可操作性和針對性的措施。

關(guān)鍵詞：高樁碼頭;面層裂縫;成因分析;防治措施

引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，碼頭施工的技術(shù)水平也得到了極大的發(fā)展，施工技術(shù)也日益完善，從目前施工的成功案例來看，高樁碼頭工程不論是外觀還是實體的混凝土施工質(zhì)量都已經(jīng)達到了比較高的水平，有力的支撐了我國經(jīng)濟的發(fā)展。但是，從實踐的情況來看，由于高樁碼頭的施工大多數(shù)都在地基狀況不優(yōu)越的地方，這樣造成了混凝土面層出現(xiàn)龜裂或是結(jié)構(gòu)裂縫等現(xiàn)象，若裂縫發(fā)生在梁頂或板縫等部位，若不及時采取相應(yīng)的補救措施，混凝土面層裂縫將會沿著拼縫的方向擴大，這樣不僅影響了整個工程的外觀還會造成嚴重的質(zhì)量問題，進而影響混凝土面層內(nèi)部的結(jié)構(gòu)性能，縮短工程的使用壽命。因此，我們有必要深入的研究高樁碼頭混凝土面層裂縫產(chǎn)生的原因，并找出裂縫的預(yù)防措施，以保障整個工程的質(zhì)量。

1高樁碼頭混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治的重要性

碼頭是船舶靠泊建筑物。在船舶停（靠）泊的過程中，碼頭承受船舶的橫向沖擊力較大。雖然有橡膠護舷作為緩沖，但主要靠樁基和上部結(jié)構(gòu)協(xié)同起到抗沖擊的作用。同時，碼頭多為工業(yè)用碼頭，按功能區(qū)分主要有集裝箱碼頭、件雜貨碼頭、通用碼頭及其他各類專用碼頭。這些碼頭均要承受較大的靜動荷載，因此對碼頭結(jié)構(gòu)的要求也較高。民用碼頭主要以客運為主，其可靠性要求也是非常高的。由于高樁碼頭均建于水域環(huán)境，受此環(huán)境影響，防止鋼筋銹蝕是保證結(jié)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵之一。特別是近些年大量海港碼頭的新建，如何解決海洋環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和可靠性問題，成為結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工的考慮重點。在工程實踐當(dāng)中，通過采取增加保護層厚度、運用高性能混凝土、混凝土防腐措施等方式，來增加混凝土的抗腐蝕性。結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫問題，一直困擾著工程實踐。但是，一旦結(jié)構(gòu)混凝土出現(xiàn)裂縫，海水或淡水順縫侵入鋼筋混凝土內(nèi)部進而腐蝕鋼筋，最終還是會給混凝土結(jié)構(gòu)帶來較大的隱患。由于結(jié)構(gòu)的特點，這些裂縫還經(jīng)常出現(xiàn)在樁基、梁段中部等結(jié)構(gòu)敏感部位，也給結(jié)構(gòu)的安全和可靠性帶來較大的問題。因此，交通部早在20世紀八九十年代就將碼頭結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫防治，作為水運工程通病防治的重點。

2高樁碼頭混凝土面層裂縫分類

一般而言，面層裂縫是碼頭施工中常見的問題，形成的原因多種多樣，按照裂縫的大小主要可以分為宏觀和微觀兩種。微觀方面的裂縫很難被發(fā)現(xiàn)，只有通過高科技探測儀才能確定裂縫的位置，寬度非常小，一般不會超過0.05mm，只要不超過碼頭的設(shè)計極限，很難對碼頭造成什么影響。而宏觀方面的裂縫都是通過直接觀察可以觀察到的，寬度都在0.3mm以上，根據(jù)裂縫產(chǎn)生的位置，可以分為三類，既龜裂、結(jié)構(gòu)裂縫和鋼筋頂部裂縫。龜裂：此類裂縫是最常見的裂縫之一，毫無規(guī)律可言，對碼頭的美觀會造成很大的影響。結(jié)構(gòu)裂縫：結(jié)構(gòu)性裂縫多在面板縫處出現(xiàn)，此類裂縫又長且直。鋼筋頂部裂縫：沿著鋼筋的方向出現(xiàn)的裂縫，一般會蔓延至鋼筋的頂部。

3高樁碼頭面層裂縫的形成原因

面層裂縫是混凝土常見的病害之一，其影響因素也有很多，一般發(fā)生在施工階段。按照外觀尺寸大小可以將面層裂縫分為微觀和宏觀兩類。微觀裂縫不易被發(fā)現(xiàn)，需要借助超聲波探測儀等儀器檢測才能發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的裂縫，是一種非連貫性的典型裂縫，寬度通常不超過0.005mm，這種裂縫普遍存在于混凝土面層中，在實際設(shè)計應(yīng)用時，只要碼頭實際載荷不超過設(shè)計的范圍，危害較小。而宏觀裂縫則是通過滲水法直接觀察到的，其裂縫寬度在0.005mm以上。不同種類的裂縫其產(chǎn)生的原因往往不同。

3.1龜裂

龜裂是高樁碼頭施工中最為常見的裂縫之一。造成龜裂的原因有：一是內(nèi)部質(zhì)量問題。例如混凝土配合比例設(shè)計不科學(xué)、原材料質(zhì)量不符合標準等等，這樣就與混凝土粗骨料不匹配，造成混凝土含泥量偏高，細顆粒含量偏多，引發(fā)面層龜裂。二是外部質(zhì)量問題。在高樁碼頭混凝土施工中，若底層預(yù)制面板沒有進行充分濕潤或者是存有積水，都會使面層混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，從而造成面層中不同高度的混凝土容易產(chǎn)生不均勻收縮，進而引起裂縫的發(fā)生。而在混凝土攤鋪中，對諸如振動器等機械設(shè)備的操作不當(dāng)，使混凝土粗骨料攤鋪不均，在其收縮過程中同樣可能會產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。此外還有施工地區(qū)的氣候條件等都會誘發(fā)面層龜裂的產(chǎn)生。

3.2收縮不均型裂縫

收縮不均型裂縫多產(chǎn)生在預(yù)制面板板縫以及縱梁、橫梁梁頂。裂縫一般較長，順著板縫縱向分布。其產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑間隔時間較短，導(dǎo)致面層混凝土下板縫、梁頂與預(yù)制面板處混凝土收縮變形不均勻，從而使面層產(chǎn)生裂縫。另外，在實際施工中，板縫、梁頂澆筑標高往往低于預(yù)制面板，這就造成板縫、梁頂部位現(xiàn)澆面層厚度大于預(yù)制面板部位，導(dǎo)致混凝土收縮不均勻，產(chǎn)生裂縫。

3.3網(wǎng)狀裂縫

對其成因進行分析，可總結(jié)出如下三點：其一，當(dāng)面層的混凝土結(jié)構(gòu)尚未出現(xiàn)凝固現(xiàn)象時便產(chǎn)生了一些輕微的塑性收縮裂縫，在此基礎(chǔ)上伴隨著溫度等因素的影響，將會進一步擴大裂縫。其二，當(dāng)混凝土表面的水分出現(xiàn)過度集中的現(xiàn)象時，在混凝土干縮特性的影響下將會在水分聚集區(qū)形成微小裂縫，伴隨著溫度以及干縮應(yīng)力的持續(xù)變化，將會導(dǎo)致裂縫擴大。其三，當(dāng)新舊混凝土連接區(qū)域的貼接程度不足時，便會產(chǎn)生空鼓現(xiàn)象，加之外荷載的影響，將會形成網(wǎng)狀大裂縫。

3.4剪切應(yīng)力型

一般形成于縱梁和橫梁梁頂兩側(cè)，若預(yù)制面板安裝時間較短或砂漿鋪墊不均勻密實，在外力作用下，預(yù)制面板下沉，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生剪切應(yīng)力，而板縫結(jié)合處又較為薄弱，無法承受住剪切應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

3.5結(jié)構(gòu)性裂縫

在施工過程中，混凝土預(yù)制面板安裝不牢靠或者面板發(fā)生了活動都可能引發(fā)面層裂縫的產(chǎn)生。如果預(yù)制面板的座漿在鋪設(shè)時無法充裕的進行鋪設(shè)，那么就會使得荷載不能很好的在混凝土面層上均勻地、平衡的傳遞，進而產(chǎn)生裂縫。另外，施工的順序混亂，沒有先進行碼頭梁槽、板縫的澆筑，將致使梁頂部位和板縫位置的混凝土要比混凝土面層厚，從而產(chǎn)生面層厚度各不相同，在混凝土收縮時，會造成收縮不勻稱，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生;在梁槽和板縫澆筑結(jié)束之后，沒等其成型，就開始混凝土面層澆筑，這樣會致使梁頂和板縫的收縮量比其他的地方大，從而引發(fā)面層裂縫的產(chǎn)生;面層混凝土需要多次的進行澆筑，澆筑的面積和時間也不能過多，不然會致使混凝土產(chǎn)生收縮裂縫。對面層混凝土鋸縫的處理不及時，也會產(chǎn)生裂縫，這些都屬于結(jié)構(gòu)性裂縫。

4對于高樁碼頭現(xiàn)澆面層出現(xiàn)裂縫的處理方法

4.1設(shè)計方面

（1）對預(yù)制縱梁、現(xiàn)澆橫梁梁頂?shù)耐馍旃拷钸m當(dāng)降低，使其低于安裝后的預(yù)制面板，使梁頂混凝土的標高與預(yù)制面板相平;現(xiàn)澆縱梁、橫梁頂層鋼筋高度也要低于預(yù)制面板。若梁頂與周圍的預(yù)制構(gòu)件存在高差，會使面層混凝土收縮受到約束時產(chǎn)生突變，導(dǎo)致應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而形成裂縫。（2）在項目建設(shè)投入資金不明顯增加的前提下，適當(dāng)增大碼頭的整體剛度，可達到減少碼頭混凝土面層裂縫的效果。相對經(jīng)濟、有效的設(shè)計調(diào)整方案有：①在增強單樁承載力的同時，合理減少樁的數(shù)量，使整體樁基的剛度有所增加;②合理設(shè)置水平剪刀撐，從而增加上部結(jié)構(gòu)的剛度。（3）在梁頂處增加一層鋼筋網(wǎng)片，增強梁頂部位的抗裂能力;適當(dāng)增加頂面配筋，選擇合理的配筋率，從而減少面層產(chǎn)生裂縫的數(shù)量和寬度。

4.2對混凝土原料合理配比

為了防止高樁碼頭現(xiàn)澆面層出現(xiàn)裂縫，在混凝土的原料和配比方面要實現(xiàn)其合理化，在原料的選擇上，選用水熱反應(yīng)放熱低并且穩(wěn)定性高的水泥，在骨料的選擇上，根據(jù)具體施工需要，選擇合適的用料，保證合理的配比和含砂率，在保證混凝土的強度的基礎(chǔ)上降低水泥的使用量，降低水灰比。在進行實際的高樁碼頭現(xiàn)澆面層作業(yè)過程中，要保證混凝土的攪拌地點和施工現(xiàn)場都有負責(zé)試驗的專業(yè)人員，保證施工全程進行跟蹤，試驗人員要充分保證混凝土的原料選用合理，配比符合設(shè)計的施工要求，還要根據(jù)原料中的含水量和施工現(xiàn)場的天氣情況進行綜合考慮，必要時對原料進行優(yōu)化。例如：寧波-舟山港金塘港區(qū)大浦口集裝箱碼頭二階段水工（第八、九分段及3#引橋）面層的混凝土強度為C35，配比如下：選用P.042.5水泥，具體用量374kg/m3，粉煤灰的用量51kg/m3，是膠凝材料的12%。在粘層混凝土中加入聚丙烯纖維，具體摻量為0.9kg/m3，可增強混凝土抗拉強度，能抑制對其收縮、溫度變化產(chǎn)生的裂縫。

4.3合理布置收縮縫

控制好各個分塊的尺寸，確保收縮縫位置的合理性。對于縱向分條縫而言，其需要設(shè)置在安裝縫的中間區(qū)域;對于后方平臺而言，應(yīng)設(shè)置在面板安裝縫的中部區(qū)域;此外，前方平臺宜設(shè)置在橫梁迭合混凝土的兩側(cè)。

4.4結(jié)構(gòu)收縮穩(wěn)定后澆筑面層

現(xiàn)澆板縫混凝土的收縮變形會導(dǎo)致面層混凝土產(chǎn)生裂縫。因此，必須待面層下結(jié)構(gòu)達到基本穩(wěn)定后才能進行面層澆筑。（1）澆筑混凝土的前期工作。施工人員必須遵照施工圖紙進行設(shè)計，結(jié)合實際情況來進行面層分條和鋸縫繪制;在澆筑混凝土工作開始之前，利用空壓機等機械設(shè)備將施工面上的灰塵吹干凈，提前一天的時間進行灑水濕潤并且鋪設(shè)防塵防潮的無紡布，這樣能夠有效地控制混凝土與空氣之間的溫度差異，降低面板對混凝土之中水分吸收的可能性，保證混凝土能夠正常的、均勻地收縮。在對混凝土進行澆筑時，應(yīng)運用分塊施工法，能夠有效避免混凝土由于溫度原因、收縮不均勻所產(chǎn)生的裂縫，通過構(gòu)建內(nèi)部的收縮過程，在一定時間之后在澆筑施工所產(chǎn)生的縫隙，就會使其連成一個整體結(jié)構(gòu)。面對即將凝固的混凝土，可以采用二次抹面法，在混凝土即將凝固的一到兩個小時之前，使用二次抹壓進行處理，處理的同時可以使用塑料薄膜籠罩在其上面，這樣能夠有效的控制混凝土表層的非結(jié)構(gòu)性的小裂縫，防止其出現(xiàn)，并且防止混凝土表層的水分流失的過于快速，造成混凝土的干縮，從而產(chǎn)生裂縫，有必要的情況下，可以多次使用二次抹面法進行處理。（2）對特殊部位的裂縫的控制手段。有些碼頭混凝土面層對于裂縫的控制標準要較一般的高出不少，通常遇見這種情況，可以采取多種方法來對裂縫進行控制：第一，可以鋪設(shè)一層細鋼筋網(wǎng)作為保護手段，一般鋪設(shè)在距離頂層35mm處;第二，可以在混凝土內(nèi)部摻雜鋼纖維，這樣能夠有效地提升混凝土的抗拉強度;第三，使用防裂的鋼絲網(wǎng)，可以分散混凝土干縮產(chǎn)生的收縮力度，防止裂縫的產(chǎn)生;第四，對保護層的厚度進行有效的控制，避免厚度的偏差太大，導(dǎo)致受力不均勻;第五，時刻注意混凝土面層的養(yǎng)護工作，可以采取表面灑水、塑料薄膜養(yǎng)護等養(yǎng)護方法，盡可能的減少混凝土的早期收縮;第六，在混凝土面層里摻入聚丙烯纖維，這樣能夠提高混凝土的面層質(zhì)量，減少裂縫的產(chǎn)生。而在養(yǎng)護期間，應(yīng)禁止行人與車輛通過，避免其對混凝土面層造成不必要的毀壞。當(dāng)混凝土硬度達到一定程度之后，應(yīng)該采取合理有用的防護措施，避免對其造成破壞。

4.5合理安排和設(shè)置面層切縫

混凝土強度達到10Mpa-15Mpa時，對碼頭面層進行切縫。在縱梁梁頂?shù)膬蓚?cè)布置縱縫，在板縫和橫梁梁頂?shù)膬蓚?cè)布置橫縫，間距與梁寬、縫寬相同，把面層分成近似方形的多個板塊。梁頂割縫深度約為5cm，板縫頂深度約為3cm。待面層混凝土板塊收縮變形穩(wěn)定后，進行灌縫處理，灌縫材料采用黑色聚氨酯，灌縫前需對縫內(nèi)的砂石、水泥漿等雜質(zhì)進行清理，保持縫內(nèi)清潔。

4.6支拆模板

基于分條澆筑的方式完成面層混凝土施工作業(yè)，以分條線的位置為基準，在此基礎(chǔ)上對面板進行彈線處理，并以所得線為基準，沿線設(shè)置砂漿墊塊，由于固定側(cè)模板會出現(xiàn)裂縫，此時宜選用低標號的砂漿材料對其進行處理。此外，當(dāng)完成模板拆除作業(yè)后便需要隨即將封堵材料去除，而后對板外邊線的位置進行檢測。將所得檢測結(jié)果與標準值進行對比，但實際值偏高時，則需要進行彈線鋸直處理，當(dāng)達到工程要求后方可進行其余板塊施工。

4.7他注意事項

（1）針對夏季高溫和冬季低溫施工制定相應(yīng)的質(zhì)量保障措施。注意面層混凝土養(yǎng)護，根據(jù)溫度不斷調(diào)整方法，氣溫高時多澆水，溫度低時少澆水，防止混凝土被凍裂。（2）嚴格控制混凝土振搗質(zhì)量。振搗時嚴禁振搗器頭部碰撞鋼筋骨架、模板;振搗器移動間距不宜大于作用半徑的1.5倍，與模板距離不應(yīng)大于作用半徑的0.5倍;插入混凝土的深度一般不小于5cm;注意避免過振。（3）掌握好混凝土壓光時間。壓光一般不應(yīng)少于3遍。第1遍應(yīng)在面層混凝土澆注之后進行，使面層材料均勻緊密，抹壓平整，以表面不出現(xiàn)水層為宜。第2遍壓光應(yīng)在初凝后終凝前完成，將面層表面壓實、壓平整，一般以上人時有輕微腳印但又不明顯下陷為宜。第3遍壓光主要是消除抹痕和閉塞細毛孔，進一步將表面壓實、壓光滑，時間應(yīng)掌握在上人不出現(xiàn)腳印為宜，切記注意不要在混凝土終凝后壓光。

4.8做好養(yǎng)護及維護工作

對于高樁碼頭現(xiàn)澆面層混凝土進行養(yǎng)護可以保證混凝土表面濕潤，從而正常硬化，這道工序能夠防止?jié)仓鎸映霈F(xiàn)裂縫。具體在人工收面工作完成后，將澆筑面層用土工布覆蓋，此時應(yīng)注意確保土工布保持濕潤的狀態(tài)，至少覆蓋半個月以上。對于處在養(yǎng)護期的澆筑面層旁邊要設(shè)有警示牌，并利用警示帶進行隔離，養(yǎng)護階段禁止任何車輛行駛，禁止在路面上放置其它重型物，防止?jié)仓用鏇]有完全硬化就受到外力的影響而產(chǎn)生裂縫，在此期間還要注意對澆筑面層的保護，防止油污或者其他腐蝕性物質(zhì)掉落在路面上對混凝土結(jié)構(gòu)進行破壞，從而防止裂縫的產(chǎn)生。

結(jié)語

綜上所述，高樁碼頭結(jié)構(gòu)由于所處的特殊水環(huán)境，同時結(jié)構(gòu)還要承受頻繁的船舶靠泊力、裝卸力和運載力等動靜荷載的作用，因此結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性非常重要。高樁碼頭結(jié)構(gòu)從型式上來講較為簡單，各結(jié)構(gòu)之間以“搭積木”的方式環(huán)環(huán)相扣，其單一結(jié)構(gòu)的可靠性也應(yīng)是萬無一失的。水工混凝土的耐久性是影響高樁碼頭結(jié)構(gòu)可靠性和安全性的最重要因素，因此對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究就顯得非常重要。高樁碼頭結(jié)構(gòu)混凝土裂縫是影響結(jié)構(gòu)耐久性的最大隱患，關(guān)于此方面的研究也比較多。由于理論和實踐水平有限，筆者僅從一位監(jiān)理工程師的視角，對該問題進行了以上一些較為淺顯的討論，以期起到拋磚引玉的作用，增強對高樁碼頭結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量的控制手段。

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