東非某全直樁碼頭項目面層裂縫控制技術(shù)研究

袁 原，焦緒學(xué)，馮光華

（1.中國港灣工程責(zé)任有限公司，北京 100027；2.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京100011；3.中交四航局第一工程有限公司，廣東 廣州 510310）

引 言

隨著深水港口建設(shè)發(fā)展，高樁碼頭建設(shè)規(guī)模越來越大，設(shè)計、施工技術(shù)越來越完善，但碼頭面層裂縫卻一直是一個普遍存在而又難以解決的問題[1]。目前，高樁碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計理論比較成熟，受力引起的結(jié)構(gòu)性裂縫基本上可以避免，而混凝土收縮及施工質(zhì)量引起的不規(guī)則裂縫，特別是碼頭面層龜裂現(xiàn)象仍然是困擾工程界的通病[2]。

造成碼頭現(xiàn)澆混凝土面層裂縫的因素很多，形式也多樣[3]，國內(nèi)很多同行也作出相關(guān)的研究[4-8]。本文基于分析東非某水工全直樁碼頭項目面層搜索裂縫產(chǎn)生的機理，設(shè)立典型施工區(qū)域，從各個方面提出控制裂縫的優(yōu)化措施，從典型施工效果來看，裂縫得到了全面的控制，效果較佳。

1 工程概況

項目位于非洲東海岸，港池疏浚面高程為-17.5 m，項目為該國首個深水港碼頭項目，為高樁梁板式結(jié)構(gòu)，采用 PHC樁作為樁基礎(chǔ)，碼頭岸線長度為1 200 m，單個泊位長度為4 00 m，項目共1 440根基樁，均為直樁，樁徑為1.2 m，基樁平均樁長為40.6 m，自由段長度為6.5～21.3 m。

單個泊位共 16個結(jié)構(gòu)段，每個結(jié)構(gòu)段平行于碼頭岸線防線長度為25 m，共5排基樁，基樁中心距為5.25 m；垂直于碼頭岸線方向長度為為36 m，共6列基樁，基樁中心距為6.1 m，結(jié)構(gòu)段劃分見圖1所示，結(jié)構(gòu)段之間采用凹凸設(shè)計，面層混凝土坡率為1 %，為集裝箱碼頭，其碼頭面為軌道設(shè)計，上方安裝橋吊。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段平面

碼頭的縱向斷面見圖2所示，碼頭面前沿線為懸挑結(jié)構(gòu)，護舷塊底部至面層高度為4 m，懸挑長度為4 m，前沿和后沿的梁高為1.5 m，中間排的梁高為1.0 m。

圖2 碼頭標(biāo)準(zhǔn)段縱斷面示意

2 碼頭面施工及裂縫情況分析

2.1 前6個結(jié)構(gòu)段的碼頭面施工工藝

碼頭混凝土強度等級均為C45，面層混凝土保護層厚度為7.5 cm，碼頭面層采用預(yù)制疊合板和現(xiàn)澆的組合形式，厚度共 50 cm，預(yù)制面板厚度為30 cm，面層厚度為20 cm，前6個結(jié)構(gòu)段預(yù)制板的30 cm厚板間縫和20 cm厚面層一次澆筑到頂。面層結(jié)構(gòu)詳見圖3所示。總澆筑方量（含板縫間方量）377.8 m3。

碼頭面層按照施工順序分為8幅，見圖4所示，最大寬度為第一幅，為6.05 m，施工時先進行2/4/6幅澆筑，后進行 3/5/7幅澆筑，最后進行后帽梁面層第8幅及前帽梁面層第1幅澆筑。設(shè)計方要求澆筑后7天方可進行碼頭面層混凝土切縫工作，混凝土切縫深度3 cm，縫寬5 mm，碼頭面尚未刻紋。

圖3 碼頭面層結(jié)構(gòu)示意

圖4 面層施工分幅

由于碼頭面尚未通陸路，攪拌車開至臨時碼頭處，卸料后，用履帶吊將料斗吊至開體駁上，采用水路運輸裝載混凝土的料斗至碼頭后沿，后沿的水上吊機起吊料斗進行碼頭面層澆筑，混凝土在海上運輸時采用土工布進行覆蓋，從攪拌站出廠至完成一車混凝土的澆筑用時約40分鐘。

混凝土配合比見表1所示，表中單位為kg/m3混凝土，河砂細(xì)度模數(shù)為 1.8，屬于細(xì)砂，水灰比為0.31，砂率為32 %。采用項目部自產(chǎn)石子澆筑混凝土。

表1 前6個結(jié)構(gòu)段混凝土配合比 /(kg·m-3)

2.2 前6個結(jié)構(gòu)段碼頭面層裂縫情況

面層共澆筑6個結(jié)構(gòu)段，出現(xiàn)較多裂縫，均為橫縱向均有分布不規(guī)則，但以垂直碼頭岸線方向裂縫居多，裂縫間距多為0.8～1.5 m之間，經(jīng)檢查裂縫寬度主要分布在 0.1～0.3 mm之間，從澆筑完成20天后逐漸出現(xiàn)，3個月內(nèi)基本停止發(fā)育。

在5個不同的裂縫位置進行面層混凝土鉆芯，芯樣直徑為5 cm。結(jié)果顯示，完成澆筑2個月以上的面層裂縫均貫通整個混凝土保護層，而第6個結(jié)構(gòu)段因為面層澆筑齡期僅為 35天，裂縫深度約為5 cm，尚未貫穿至面層鋼筋。

2.3 面層裂縫產(chǎn)生原因分析

經(jīng)分析，面層產(chǎn)生的橫向裂縫，主要為收縮裂縫，產(chǎn)生的主要原因主要是包括幾個方面：

1）高樁碼頭設(shè)計與施工規(guī)范（JTS 167-1-2010）規(guī)定，碼頭現(xiàn)澆混凝土面層切縫位置應(yīng)設(shè)在構(gòu)件應(yīng)力較小的部位，切縫時間宜在面層混凝土強度達(dá)到10 MPa時進行，切縫深度宜為20 mm。項目的面層在澆筑7天后方進行切縫，此時混凝土強度已達(dá)到40 MPa左右，未適時切縫，混凝土產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力，超過其允許值，出現(xiàn)面層橫向裂縫。

2）面層澆筑的時候，板縫混凝土和頂部20 cm面層一起澆筑，而不是單獨澆筑，容易使混凝土澆筑截面突變，混凝土產(chǎn)生不均勻收縮，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

3）預(yù)制板座漿不飽滿、不均勻，當(dāng)面層混凝土?xí)r候，預(yù)制板容易產(chǎn)生沉降，引起面層裂縫的產(chǎn)生。

4）切縫的位置多位于預(yù)制板的內(nèi)部，對于面層澆筑完畢后混凝土收縮應(yīng)力的釋放比較有限。

3 面層施工典型區(qū)域設(shè)置

為控制面層裂縫的發(fā)生、找出裂縫產(chǎn)生的原因，將第7個結(jié)構(gòu)段的面層作為典型施工區(qū)域。

3.1 典型施工區(qū)域采取的優(yōu)化措施

第 7結(jié)構(gòu)段的典型施工區(qū)域從混凝土用原材料、設(shè)計及工藝方面進行了優(yōu)化，主要的措施如下：

1）先澆注板間縫的30 cm，面層的20 cm后澆。

2）和設(shè)計溝通，在單個結(jié)構(gòu)段鋼筋用來不變、受力計算能通過的情況下，縮小鋼筋間距，將面層22@200 mm鋼筋換成16@100 mm。

3）切縫位置重新分布，將單個結(jié)構(gòu)段的面層分為7幅，結(jié)合預(yù)制板安裝的位置，橫梁兩側(cè)板縫以及變截面位置要安排切縫。且混凝土澆筑完1天內(nèi)進行切縫，達(dá)到14天強度后進行刻紋。

4）面層混凝土保護層厚度7.5 cm內(nèi)添加控裂鋼筋網(wǎng)，鋼筋直接為6 mm，間距為10 cm，鋼筋網(wǎng)距離面層頂部為4 cm。

5）保證預(yù)制板的座漿均勻，防止面層澆筑過程中預(yù)制板的位移。

6）取消用細(xì)砂作為用料，采用屬于中砂的機制砂作為原材料澆筑混凝土，機制砂外購，且要保證含泥量不超標(biāo)。

3.2 面層典型施工

第7結(jié)構(gòu)段面層典型施工采用機制砂，混凝土配合比見表2所示，表中單位為kg/m3混凝土，機制砂粒徑為0～4 mm，其篩分結(jié)果見表3、圖5所示，其細(xì)度模數(shù)為 2.5，為中砂，機制砂采用水洗法測得石粉含量為6 %，亞甲藍(lán)測試值MB＜1.4，水膠比為0.34，砂率為32 %，出機塌落度為170 mm。水泥為當(dāng)?shù)厮鄰S生產(chǎn)CEMⅠ42.5N型號。粉煤灰采用印度Jaycee Buildcorp LLP公司的二級粉煤灰，45 μm篩孔的篩余量為12.7 %。

表2 典型結(jié)構(gòu)段混凝土配合比 /(kg·m-3)

表3 機制砂篩分通過率

圖5 機制砂篩選結(jié)果

面層分兩次澆筑，首次從梁頂澆筑到預(yù)制板頂部，共30 cm厚，澆筑完成后，進行表面拉毛處理，而二次澆筑為預(yù)制板頂部澆注至碼頭面頂部，共20 cm厚。兩次澆筑示意見圖6所示。面層混凝土澆筑前將預(yù)制板頂和梁頂澆水充分濕潤，但不積水，并均勻涂撒配合比4:1水泥漿，加強新舊混凝土的粘結(jié)。

圖6 現(xiàn)澆面層兩次澆筑示意

碼頭面典型施工結(jié)構(gòu)段分為7幅，先澆筑第2、4、6幅，凝土澆筑后的12小時后拆除面層槽鋼模板，使用電錘進行面層側(cè)壁的鑿毛，安裝完鋼筋網(wǎng)后再澆筑3、5、7幅，第1幅安裝完護舷塊等構(gòu)件后后續(xù)澆筑，鋼筋網(wǎng)的直徑較小，為防止施工人員踩踏，設(shè)置跨凳。考慮到當(dāng)?shù)販夭畋容^大，每次面層3幅混凝土的澆筑均從下午4點鐘開始，至第二天早上完成，當(dāng)天晚上進行縱向和橫向切縫，切縫深度為4 cm，切至控裂鋼筋網(wǎng)的頂部，完成3、5、7幅后，在不同分幅的施工縫處再進行縱向切縫。

澆筑時用振搗棒配合平板振動器使混凝土振搗均勻密實，后用鋁方通刮尺刮平。由于現(xiàn)場分幅寬度為 6.1 m，跨度較大，為避免撓度過大而造成局部位置的凹陷等問題，在刮尺內(nèi)加裝鋼板改良使其剛度進行加強，保證混凝土的平整度。第二步收漿，收漿采用直徑Φ120 mm鋼滾筒，多次以模板為依托滾壓，其間注意混凝土面的去高填低，保證混凝土面的平整。第三步抹面收光，收漿完畢后，第一次用木抹機具配合鐵灰刀粗抹壓實提漿，邊角處人工木抹壓實；之后用塑料薄膜覆蓋保水，兩個小時達(dá)到初凝后，第二次用鐵灰刀細(xì)抹收光平整，等到混凝土終凝，上混凝土抹光機械細(xì)抹平整；細(xì)抹3遍收光。

采用塑料薄膜包裹養(yǎng)護，先薄膜保水再覆蓋土工布灑水養(yǎng)護，設(shè)專人輪班進行14天不間斷養(yǎng)護。澆筑完14天后刻紋。

3.3 面層典型施工效果

對典型施工的第7結(jié)構(gòu)段碼頭面層進行3個月的持續(xù)觀察，出現(xiàn)了約有 8條裂縫，寬度均在0.01 mm左右，橫跨了刻紋。

圖7 面層局部效果

4 結(jié) 語

通過對東非某項目的碼頭面層裂縫的技術(shù)總結(jié)，從混凝土用砂、板間縫的分層澆筑、切縫時間控制、抗裂鋼筋網(wǎng)、面層主力筋參數(shù)等方便進行了優(yōu)化，面層裂縫得到很好的控制，為類似的工程提供借鑒。