重力式碼頭胸墻面層約束裂縫的防治技術

趙曉 徐繼國

摘 要：以濟寧港梁山港區壽張集作業區一期工程為例，分析了碼頭胸墻面層裂縫產生的原因，主要探討了重力式碼頭胸墻面層約束裂縫防治施工技術，包括降低面層和胸墻間約束應力、徐變應力處理、使用公路防裂貼等內容，提高了該工程的整體質量。

關鍵詞：：重力式碼頭 面層裂縫 公路防裂貼

重力式碼頭施工過程中一種比較常見的質量通病是胸墻面層裂縫，不僅減少了重力式碼頭的使用壽命，還影響了重力式碼頭的外形。本文以濟寧港梁山港區壽張集作業區一期工程為例，分析了胸墻面層裂縫的產生原因與防治措施。

1.工程概況

濟寧港梁山港區壽張集作業區一期工程位于濟寧市梁山縣以北3km的壽張集鎮，一期新建碼頭按6個1000t級泊位及相應配套設施進行施工，年吞吐量為650萬t。本工程采用現澆C25砼重力式結構，碼頭面高程38.5m，碼頭標準結構段長度15m，設30mm寬沉降縫，采用聚乙烯板填充。墻后設置一道Φ100mm橫向排水管，縱向間距3.0m。碼頭面共設2條QU80鋼軌，碼頭面設置250kN系船柱，間距15.03m。

主要建設內容包括：水工主體（港池開挖、碼頭工程、錨地工程、新建大堤、后方陸域、臨時圍堰）、環境保護及水土保持工程、臨時工程、跨臨河工程、給排水及消防、供電照明、通信設施、設備安裝調試等。

2.碼頭胸墻面層裂縫分類與原因

碼頭胸墻面層裂縫產生的原因包括混凝土的自身特性、混凝土面層結構特征以及混凝土應力集中。

2.1裂縫分類

混凝土裂縫可以劃分為變形裂縫、荷載裂縫與化學變化而導致的裂縫等三種類型。變形裂縫是由于混凝土中水分蒸發之后收縮而導致的路面裂縫現象，一般發生在澆筑后4h～15h內，在豎向尺寸比較大的混凝土表面與側面較容易出現。溫度裂縫是在比較大的溫差梯度下產生的，在混凝土澆筑2h～7h后的降溫階段比較容易出現。干燥收縮裂縫一般發生在公路路面停止養護之后，混凝土中的吸附水與毛細水出現蒸發現象而導致的裂縫，在濕度差的情況下比較容易出現。

2.2混凝土的自身特性

混凝土的自身特性是碼頭胸墻面層裂縫產生的重要原因，混凝土是一種非均質以及復合型的材料，在外部溫度環境逐漸變化過程中會逐漸硬化，使得原來的體積或變大或變小。在這種不均勻形變因素的作用之下，混凝土的內部出現了應力使得混凝土的內部結構出現了微裂縫，由于拉應力的作用，相近的微裂縫會相互連通，最終使混凝土出現了裂縫。

2.3混凝土面層結構特征

混凝土面層屬于一種大面積薄層結構，具有較小的厚度與長度比值，面層混凝土收縮變形過程中會受到下部已澆筑結構的約束作用。面層在大面積暴露的作用之下，其中的水分會大量蒸發，加大了面層的收縮變形程度。同時，由于胸墻混凝土相對剛度比較大，不利于面層混凝土干縮變形，使得在面層產生了較大的收縮應力，一旦超過了混凝土極限抗拉強度，就會導致裂縫的出現。

2.4混凝土應力集中

坑井在某一方向上抵抗應力較為薄弱，在混凝土逐漸硬化過程中產生徐變現象，由于環境中溫度環境的變化，預埋件在邊角位置處會導致應力的出現，在比混凝土極限抗拉強度高的情況下會導致裂縫現象的發生。

3.重力式碼頭胸墻面層約束裂縫防治施工技術

重力式碼頭胸墻面層約束裂縫防治施工技術包括降低面層和胸墻間約束應力、加強對徐變應力的處理、使用公路防裂貼、設置科學的混凝土配合比以及使用正確的混凝土澆筑程序。

3.1降低面層和胸墻間約束應力

此次工程施工過程中胸墻面層沒有承受重載，采用了將胸墻主體結構與碼頭胸墻面層分開布置的方式，降低了25cm的碼頭胸墻底段鋼筋標高高度。將鋼筋網片單獨鋪設到面層鋼筋之中，同時在板式配筋過程中預留出25cm的空間。施工過程中為了有效降低胸墻面層約束力，胸墻主體頂面抹平后不對其進行鑿毛處理，在這些因素的共同作用之下，能夠充分保證胸墻結構整體性，有效減少混凝土界面約束力。

3.2加強對徐變應力的處理

面層混凝土溫度受到較大程度上的環境因素的影響，包括日照、溫度以及混凝土水化熱等因素作用，在不同的澆筑時間中波峰與波谷出現的時間節點也不一致。

25℃溫度環境水泥水化熱放熱速率曲線圖中能夠看出在下午時間點澆筑的混凝土于0～10h的升溫范圍之內，其氣溫在逐漸降低，產生這種現象的原因是其為一種薄板結構的面層，沒有內外溫差過大現象，因此在氣溫的降低過程中能夠對混凝土水化熱的升溫起到一定的中和作用，從而降低了水化熱峰值。混凝土的澆筑時間對此具有重要的影響作用，上午的氣溫屬于逐漸上升的狀態，由此其混凝土澆筑過程中的表現與以上下午分析完全相反，在氣溫逐漸升高的背景下會逐漸增加混凝土水化熱峰值。由此得出，在澆筑面層裂縫產生的時間點上，上午出現的裂縫要比下午出現的多。

3.3使用公路防裂貼

胸墻是一種大體積混凝土施工方式，在頂面位置處比較容易產生裂縫，從而延長了胸墻的徐變時間以及整體水化熱時間，為了充分保證施工進度，要求在胸墻徐變未完成之前開展面層施工作業，由此可以使用公路防裂貼，減少應力的產生。

防裂貼在使用過程中能夠有效降低裂縫擴散到面層的時間，使得胸墻垂直裂縫能夠處于水平方向發展，能夠有效降低裂縫寬度，具有良好的抗拉作用，減少裂縫尖端拉應力集中現象的發生。同時具有良好的隔離作用，能夠實現面層與開裂的胸墻之間的充分隔離，使得裂縫拉應力不能夠向上傳遞到面層之中。

3.4設置科學的混凝土配合比

合理的混凝土配合比是質量控制的重要保障措施，要求配置的混凝土具有較強的耐久性與施工強度，同時便于對混凝土面層裂縫進行有效地控制。選擇300kg/m3左右的低熱水泥，使用天然中粗砂作為細骨料，選用≤0.45的水灰比。結合現代施工要求，不再使用礦渣粉以及粉煤灰等一些輕質摻合料，為了降低混凝土的收縮現象，在混合過程中加入了聚丙烯纖維與膨脹劑，采用30mm～50mm的混凝土坍落度。

3.5使用正確的混凝土澆筑程序

混凝土澆筑對環境具有一定要求，應當盡量避免選擇在溫度較高的環境下，若必須施工，應當設置骨料堆場搭遮陽棚，或者是在夜間進行施工。使用空壓機吹干胸墻表面位置，之后用水沖洗面層，并進行6h的有效保濕。嚴格按照相關規定標準開展混凝土攪拌作業，控制混凝土攪拌時間，分為幾個批次將聚丙烯纖維加入到混凝土之中，攪拌4min～5min。使用翻斗車運輸混凝土，運輸過程中要求盡量平穩，避免混凝土在運輸過程中產生離析現象。

在施工現場由作業人員分灰，要求均勻，不能出現局部具有過多或者過少石子的現象。將木抹子與鐵抹子綜合運用，在壓漿抹面上使用鐵抹子，運用木抹子與滾杠提漿抹平。結合具體混凝土硬化時間來確定壓漿抹面次數，如果硬化時間較長，則應當相應增加壓漿抹面次數，一般進行5次以上的壓漿抹面，要求在混凝土中充分混入聚丙烯纖維，使得混凝土能夠達到初步凝固狀態。之后對完成施工的混凝土進行有效養護，在覆蓋麻袋片或者土工布的前提下灑水養護，確保面層具有充足的水分，避免由于干濕交替而出現的裂縫現象。

4.結束語

綜上所述，在對重力式碼頭胸墻面層約束裂縫防治過程中要求降低面層和胸墻間約束應力，加強對徐變應力的處理，使用公路防裂貼，設置科學的混凝土配合比以及使用正確的混凝土澆筑程序，有效控制碼頭胸墻混凝土面層約束裂縫，提升工程質量。

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