高樁碼頭面層混凝土裂縫控制技術研究

董洪靜

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州 510300）

引 言

在我國沿海、河口和河流的下游地區有分布很廣的軟土地基，高樁碼頭幾乎是目前唯一可行的結構型式，應用越來越廣泛。但碼頭面層混凝土裂縫一直是高樁碼頭施工的質量通病[1-4]。本文結合廣州南沙國際郵輪碼頭工程實例，分析纖維輔助材料、混凝土塌落度、養護方式三個方面對碼頭面層混凝土裂縫控制的影響，對該工程后續碼頭面層裂縫控制施工具有重要指導意義。

1 工程簡介

廣州南沙國際郵輪碼頭位于廣州市南沙開發區東部，處于虎門大橋下游640～1 410 m范圍內。工程分為舊碼頭拆除及新建碼頭兩大部分。其中舊碼頭由約360 m長的圓筒重力式碼頭及380 m長的小沉箱重力式碼頭組成，新建碼頭在拆除舊碼頭結構后，擬建一個10萬t級泊位和一個22.5萬t級泊位碼頭，結構為高樁梁板式，建設岸線長770 m。本工程以建成國際一流郵輪碼頭為目標，打造品質工程，社會關注度高，這對碼頭結構施工質量提出了更高的要求。

2 碼頭現澆面層裂縫控制實驗研究

針對本工程碼頭現澆面層混凝土易開裂的問題，以必要的開裂敏感性分析為基礎，從設置纖維輔助材料、混凝土參數、養護方式、切縫工藝等多種方式，對現澆面層的裂縫控制技術進行實驗研究分析，為工程提出合理、有效的控裂措施及方法，對保證工程質量、延長安全使用壽命等方面均具有重要意義。

2.1 埋設纖維網格

研究表明，纖維能起到阻裂、增強、增韌的作用，可有效抑制早期裂縫的開展，但是不同規格的纖維網對混凝土裂縫的控制作用不同[5,6,7]。本工程擬在碼頭面層混凝土中埋設纖維網格，提升碼頭面層抗裂能力。不同規格的纖維網對碼頭面層抗裂性能的影響程度不同，現通過現場模型實驗，研究玄武巖纖維網格和塑鋼纖維網格對面層抗裂性能的影響，為工程選擇纖維材料提供依據。

1）現場模型實驗

現場準備3塊尺寸為15 000 mm×2 000 mm的底板，共計9塊尺寸為5 000 mm×2 000 mm的試驗段。9塊試驗段上部混凝土參數及排布方式如表 1所示。

在 1#底板混凝土澆筑28 d后進行上部混凝土澆筑，上部混凝土分別預埋塑鋼網格（編號 1）、玄武巖纖維網格（編號 2）及不埋設纖維網格（編號 3），在預埋過程中，通過墊塊調整纖維網格與面層的距離，保證網格處于磨耗層內。采用吊裝料斗的方式澆筑混凝土，澆筑、振搗后進行多次抹面收平。

表1 上部混凝土參數及排布方式

2）實驗結果及分析

在澆筑后1～2 d時，編號1～3段混凝土表面均未出現裂縫，且面層表觀質量較好。在第7 d時，編號3段混凝土表面出現一條縱向微裂縫。在30 d時，編號1～2段混凝土表面依舊未出現裂縫，編號3段混凝土表面裂縫長度、寬度無明顯變化。試驗段下部基礎混凝土對上部面層混凝土會產生較大的外約束應力，但纖維網格可以分散部分底板的約束應力，使得混凝土自身抗拉強度大于來自底部的約束應力。因此，編號1～2段混凝土表面均未出現裂縫，編號3段抵抗混凝土約束力較為薄弱，產生了微裂縫。

圖1 澆筑3 d后混凝土裂縫情況

2.2 不同塌落度混凝土作用效果

混凝土塌落度是影響混凝土澆筑質量的重要因素之一，低塌落度混凝土穩定性較好，具有較高的力學性能和耐久性，但工作性差；大塌落度混凝土水泥漿體較多，骨料之間水泥漿體積變化會導致混凝土的收縮裂縫，但流動性較好，易于澆筑施工。為進一步研究不同塌落度混凝土控裂技術，通過室內平板抗裂試驗及工程現場驗證試驗，重點分析了不同坍落度混凝土對碼頭面層裂縫作用效果，可為碼頭后續面層控裂施工提供指導。

1）室內平板抗裂實驗

在室內優化混凝土配合比的基礎上，選擇不同塌落度混凝土（C40）分別進行平板抗裂試驗，分析不同坍落度混凝土的抗裂性能。其中，試驗混凝土配合比見表2。在混凝土板成型1 d后，通過統計裂縫的數量、寬度、長度來評價混凝土坍落度對混凝土裂縫控制作用效果。

表2 試驗混凝土配合比

2）實驗結果及分析

兩種坍落度混凝土的平板抗裂試驗對比結果如圖2所示。混凝土板放置1 d時，坍落度為200 mm的混凝土試件（編號1）出現明顯縱向微裂縫2條，縱向細微裂紋，長度約為 800 mm，寬度約為0.1 mm；坍落度為80 mm的混凝土試件（編號2）出現1條縱向裂縫，長度約為400 mm，寬度約為0.08 mm。相比低坍落度混凝土而言，高坍落度混凝土內部水泥顆粒和拌和水的接觸面積大，使混凝土的凝結硬化速度較快，其體積變化量較大，一旦受到約束應力超過混凝土的極限抗拉強度，導致混凝土出現開裂的情況。因此，混凝土坍落度越高，產生收縮裂縫的可能性越大。

圖2 混凝土表面裂縫情況

3）現場驗證實驗

選取表1中編號4～5、編號7～8四個試驗段，研究坍落度為60～90 mm的C40混凝土、坍落度為100～140 mm的C40混凝土、坍落度為60～90 mm的C35混凝土、坍落度為100～140 mm的C35混凝土的抗裂性能。

4）實驗結果及分析

強度等級為C40、C35且塌落度不同的混凝土表明均未出現明顯的約束裂縫，但在每條試驗段表面有不規則細裂紋，同強度等級混凝土，高坍落度混凝土表面的細裂紋較多，見圖3。由于采用土工布養護，環境溫度高，空氣流動快，混凝土表面水分蒸發損失較大，土工布灑水養護及時性和保濕性欠佳，在其表面易產生細“裂紋”。相較于低坍落度混凝土，高坍落度混凝土的水及砂漿含量相對較大，在混凝土凝結硬化過程中易在表面產生裂縫。

圖3 不同坍落度、強度等級混凝土表面裂縫情況

2.3 不同養護方式效果對比

養護方式是有效抑制混凝土產生塑性裂縫的常見措施，但不同的養護方式對混凝土材料早期各項性能的影響不同[8,9]。本工程擬采用土工布或節水保濕養護膜養護方式，現通過這兩種養護方式下的混凝土塊體收縮、開裂情況的研究，提出適合于碼頭現澆面層混凝土的養護方式。

1）現場驗證實驗

選取表1中1#～3#底板為研究對象，針對C40、C35兩種不同強度等級的混凝土，分別采用土工布養護和采用節水保濕養護膜養護方式，對比其收縮、開裂情況，從而優選出碼頭面層混凝土的養護方式，見圖4。

圖4 現場養護方式

2）實驗結果及分析

采用土工布和節水保濕膜養護方式的同等級混凝土均未出現明顯裂縫，但是土工布養護的混凝土表面存在較為細小的“裂紋”，節水保濕膜養護的混凝土表面幾乎無“裂紋”存在，表觀質量相對較好，見圖5。

圖5 不同養護方式的混凝土裂縫情況

3 結 語

針對廣州南沙國際郵輪碼頭現澆面層裂縫控制問題，分別從設置纖維輔助材料、混凝土塌落度、養護方式三個方面進行試驗分析，通過分析這三個方面對碼頭現澆面層裂縫控制的作用效果，得到了如下結論：

1）塑鋼網格、玄武巖纖維網格可以分散部分底板的約束應力，使得混凝土自身抗拉強度大于來自底部的約束應力，對混凝土的抗裂性能有較明顯的影響。但在施工作業中，應注意選擇合適攤鋪方式和固定方法，保證攤鋪后的平整度。

2）低塌落度混凝土穩定性較好，具有較高的力學性能和耐久性，抗裂性相對高坍落度混凝土較好。但低塌落度混凝土流動性較差，在后續施工作業中，應選擇合適的澆筑工藝，確保混凝土澆筑質量。

3）根據碼頭面層試驗段的控裂效果來看，土工布養護的混凝土表面存在較為細小的“裂紋”，節水保濕膜養護的混凝土表面幾乎無“裂紋”存在，表觀質量相對較好。節水保濕膜養護液養護相對于土工布灑水養護效果較好。