集裝箱碼頭混凝土面層裂縫施工質(zhì)量控制的研究

虞善國(guó) 舟山市港航事業(yè)發(fā)展中心

1.工程背景

1.1 工程概況

某集裝箱碼頭工程為5個(gè)7-10萬(wàn)噸級(jí)集裝箱泊位，兼顧15萬(wàn)噸集裝箱專用船舶，碼頭總長(zhǎng)1774m，寬59m，引橋7座。本工程一階段745m長(zhǎng)碼頭（1個(gè)7萬(wàn)噸級(jí)和1個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)共兩個(gè)泊位）及配套工程已于2018年12月通過(guò)竣工驗(yàn)收。施工內(nèi)容為第十～二十二分段，4#-7#引橋，包括長(zhǎng)1009m、寬59m碼頭平臺(tái)一座，長(zhǎng)178m、橋面寬25m引橋兩座（4#、5#引橋），長(zhǎng)196m、橋面寬18m引橋一座（6#引橋），長(zhǎng)44m、橋面寬18m引橋一座（7#引橋），以及相應(yīng)的配套附屬設(shè)施。

1.2 技術(shù)背景

混凝土面層施工中經(jīng)常產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題多發(fā)生于平整度、相鄰板高差、強(qiáng)度、裂縫、板厚等上。尤其是在使用期間因外部荷載的影響，此類質(zhì)量問(wèn)題往往會(huì)變得更加突出，輕則會(huì)對(duì)碼頭的觀感度產(chǎn)生影響，重則會(huì)對(duì)面層結(jié)構(gòu)的使用時(shí)長(zhǎng)與使用安全形成威脅。

依照某集裝箱泊位碼頭工程的混凝土面層施工質(zhì)量問(wèn)題可知，在調(diào)查發(fā)現(xiàn)的多達(dá)3萬(wàn)m2的混凝土面層施工質(zhì)量問(wèn)題，其中以裂縫問(wèn)題最為突出，在總面積中裂縫缺陷率的占比高達(dá)4.28%；板厚不足位列其次，其處理面積達(dá)到了0.58%；相鄰板高差緊隨其后，其處理面積是0.31%；而其他問(wèn)題的處理面積是0.07%。該集裝箱泊位碼頭混凝土面層施工質(zhì)量問(wèn)題主要是裂縫缺陷率過(guò)高，在所有質(zhì)量問(wèn)題中的占比達(dá)到了42%。所以，在某集裝箱泊位碼頭工程混凝土面層施工工作的過(guò)程中，必須在施工期間強(qiáng)化力度嚴(yán)控碼頭混凝土面層裂縫，確保碼頭使用的持久性，提高碼頭的觀感質(zhì)量及其混凝土面層驗(yàn)收的合格率。

圖1 集裝箱泊位碼頭效果圖

2.裂縫施工質(zhì)量控制的要點(diǎn)

2.1 混凝土養(yǎng)護(hù)的控制要點(diǎn)

因本工程是在夏季進(jìn)行施工的，夏季氣溫偏高，再加上海邊多大風(fēng)天氣，澆筑混凝土面層之后水分易迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生面層脫水問(wèn)題，這對(duì)混凝土面層表層發(fā)生水化反應(yīng)極為不利，且會(huì)影響到表層強(qiáng)度。此外，水分的飛快流失會(huì)導(dǎo)致混凝土面層出現(xiàn)明顯收縮，形成許多裂縫。所以在澆筑混凝土面層時(shí)，一定要在澆筑結(jié)束后立馬實(shí)施混凝土養(yǎng)護(hù)，避免產(chǎn)生干縮裂縫。

在夏季施工時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)的平均氣溫為30℃，白天溫度最高有38℃。對(duì)于混凝土面層，選取淡水浸泡養(yǎng)護(hù)方式，每隔四小時(shí)補(bǔ)充一次淡水，將養(yǎng)護(hù)時(shí)間設(shè)置成半個(gè)月，安排專人進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，將養(yǎng)護(hù)記錄表的內(nèi)容補(bǔ)充完整，把養(yǎng)護(hù)期的成品養(yǎng)護(hù)工作做到位，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量符合有關(guān)要求。但是具體要養(yǎng)護(hù)多久，則應(yīng)結(jié)合工程的實(shí)際情況及施工期間的氣溫確定。

2.2 水泥用量的控制要點(diǎn)

由于水泥市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，盡管更易確保混凝土面層強(qiáng)度達(dá)標(biāo)，然而混凝土面層放熱速率太快，太早劣化的問(wèn)題比較突出，且會(huì)產(chǎn)生許多后期裂縫。盡管人類無(wú)法使水泥市場(chǎng)的發(fā)展規(guī)律發(fā)生變化，但可對(duì)水泥用量進(jìn)行合理調(diào)配，減小混凝土面層放熱速率與混凝土面層裂縫。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果與以往工程積累的經(jīng)驗(yàn)，要基于確保設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)之上合理地調(diào)整水泥用量與混凝土配合比，同時(shí)可考慮將粉煤灰、減水劑與礦粉等摻入其中，能有效緩解水化熱問(wèn)題，提高混凝土的抗裂性能，降低裂縫的形成幾率，具體看表1所示。

依照配合比試驗(yàn)，對(duì)不同水泥用量條件下的混凝土工作性能進(jìn)行對(duì)比，得出以下幾方面結(jié)論：

①配合比B水泥用量是最合適的，選用的原材料、坍落度、摻量與和易性都符合施工的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求，內(nèi)表溫差不大，通過(guò)試驗(yàn)之后混凝土表面產(chǎn)生的裂縫偏少，同時(shí)實(shí)測(cè)彎拉強(qiáng)度符合有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范。

② 配合比A水泥摻量比相對(duì)更大，水化熱高，通過(guò)澆筑之后，混凝土內(nèi)外有較為顯著的溫度差異，混凝土面層會(huì)產(chǎn)生許多裂縫，彎拉強(qiáng)度不符合設(shè)計(jì)規(guī)范，缺乏經(jīng)濟(jì)性。

③配合比C水泥使用量不多，粗骨料較高，盡管裂縫較少，然而實(shí)測(cè)混凝土彎拉強(qiáng)度恰巧符合設(shè)計(jì)規(guī)范，富裕系數(shù)偏小，無(wú)法有效確保混凝土面層彎拉強(qiáng)度質(zhì)量。

盡管將水泥用量下調(diào)能在一定程度上使混凝土面層的水化熱問(wèn)題得到改善，抑制裂縫的形成。然而若大幅度減少水泥用量也會(huì)產(chǎn)生反作用，無(wú)法有效確保混凝土彎折的強(qiáng)度。相較于過(guò)去的工程，本工程水泥用量不多，混凝土坍落度偏大，現(xiàn)場(chǎng)施工難度系數(shù)相對(duì)更低。為提高施工便捷性，將坍落度設(shè)置得更高的話，會(huì)導(dǎo)致混凝土的水分在凝固期間迅速變少，使混凝土面層裂縫問(wèn)題變得更加突出。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)各方面因素以及若干次試驗(yàn)之后，筆者最終把混凝土坍落度設(shè)置為7cm-9cm，可大幅度緩解混凝土面層的開(kāi)裂問(wèn)題。綜上，選擇B為最佳施工配合比。

2.3 割縫的控制要點(diǎn)

在控制集裝箱碼頭混凝土面層裂縫時(shí)，應(yīng)靈活采取以抗為主、放為輔、抗放結(jié)合的策略。其中抗指的是限制裂縫的形成，放指的是主動(dòng)促使其形成割縫。在施工期間，應(yīng)從割縫深度與割縫時(shí)間入手對(duì)混凝土面層裂縫缺陷率進(jìn)行管控，表2具體地列出了割縫控制統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

由上可知：首先，割縫時(shí)間太早，混凝土無(wú)法充分凝固，在割縫期間切割機(jī)的振動(dòng)會(huì)對(duì)振動(dòng)區(qū)域中的混凝土面層形成破壞，導(dǎo)致裂縫問(wèn)題變得更加突出，甚至?xí)?duì)混凝土面層強(qiáng)度形成影響。割縫時(shí)間太晚，則不會(huì)起到顯著的切縫效果。

表1 R5.0現(xiàn)澆混凝土配合比試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表2 割縫控制統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表3 控制效果的調(diào)查結(jié)果

其次，割縫深度太淺，在水化反應(yīng)期間混凝土形成的應(yīng)力無(wú)法全面釋放出來(lái)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)割縫；割縫深度太深，會(huì)導(dǎo)致切割時(shí)間增加，振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致附近形成裂縫，面層結(jié)構(gòu)的受力受到影響。

經(jīng)過(guò)對(duì)混凝土面層的割縫深度與時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)控后，將割縫深度設(shè)置成0.1m，割縫時(shí)間約為50h，如此可盡可能地防止出現(xiàn)割縫深度不到位、混凝土錯(cuò)失最佳割縫時(shí)機(jī)等問(wèn)題。

3.裂縫施工質(zhì)量控制效果

某集裝箱泊位碼頭工程的混凝土面層施工工作結(jié)束后，對(duì)施工區(qū)域2.25萬(wàn)m2的混凝土面層施工質(zhì)量問(wèn)題展開(kāi)調(diào)研，結(jié)果見(jiàn)表3所示。

站在經(jīng)濟(jì)的角度上考慮，該工程混凝土面層修復(fù)面積有且只有855m2，較以往工程下降了2.61個(gè)百分點(diǎn)，共減少了12萬(wàn)元的損失。

4.結(jié)論

①在碼頭混凝土面層施工間，要合理調(diào)整水泥用量，待完成混凝土面層澆筑工作后，一定要結(jié)合養(yǎng)護(hù)方法與季節(jié)等及時(shí)實(shí)施養(yǎng)護(hù)，同時(shí)要合理管控割縫深度與割縫時(shí)間。

② 要想確保碼頭混凝土面層施工質(zhì)量，關(guān)鍵在于能否控制并減少裂縫。經(jīng)過(guò)對(duì)碼頭混凝土面層裂縫進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，某集裝箱泊位碼頭工程混凝土面層的裂縫缺陷率較過(guò)去有所下降，碼頭混凝土面層的耐久性、觀感質(zhì)量得到了大幅提升，相關(guān)維修費(fèi)用較過(guò)去有所減少。