高壓注漿在高樁碼頭混凝土面層裂縫處置技術研究

呂義港、李鵬飛

（1.江蘇省交通運輸廳港航事業發展中心，江蘇南京 210000；2.華設檢測科技有限公司，江蘇南京 210014）

0 引言

高樁碼頭是海洋環境中一種常見的碼頭結構型式，在國內廣泛應用于港口建設，具有施工工藝成熟、施工時間短、經濟效益高等特點，隨著運輸需求的不斷擴大，高樁碼頭的建設規模越來越大，高樁碼頭施工技術也在不斷改進和提高，一些常見質量通病問題的發生概率也大大降低。但是由于長期受到海洋季風、海水腐蝕、強光照射等外部環境作用，船舶撞擊、波浪力等外部荷載作用，以及施工技術不到位等多方面因素的影響，碼頭面層混凝土表面裂縫問題普遍存在且難以徹底解決。高樁碼頭在結構受力分析、計算等理論研究方面已經非常成熟，加上近幾年國家大力推行預制構件，高樁碼頭的樁基、縱橫梁、靠船構件、面板都可以采用預制構件，能夠大大降低病害的發生概率。碼頭面層混凝土表面裂縫，雖然往往是非結構性裂縫，對碼頭結構安全影響不大，但對高樁碼頭的外觀質量和耐久性會產生嚴重影響[1]。

裂縫一方面會影響結構外觀質量，另一方面會影響結構承載力。由于裂縫的產生原因較為復雜，因此在施工工藝上進行預先控制的方法也比較多樣[2]。主要按照裂縫寬度、深度、長度及走向的差異，采取不同的處理方式對裂縫進行處理。其中對于裂縫的深度和寬度，可以采用裂縫觀測儀進行檢測，對于裂縫長度，可采用卷尺等工具進行測量，對裂縫寬度、深度與鋼筋保護層厚度進行對比分析，科學選取裂縫處理[3]。對于寬度較小，深度僅局限于表面2cm 以內的裂縫，采取涂刷摻入環氧樹脂的水泥漿的方式，便可達到封閉裂縫的效果。但是裂縫寬度大，深度較深且已經超過混凝土鋼筋保護層厚度的裂縫，處理起來往往比較困難，表面涂刷摻入環氧樹脂的水泥漿治標不治本，經過一段時間，裂縫會再次出現，效果較差[4]。

1 工程概況

某高樁碼頭平臺長約360.570m，寬40m，排架間距8m，采用高樁梁板式結構。碼頭上部結構采用現澆樁帽、現澆上下橫梁、預制縱向梁系及預制面板、現澆面層的疊合面板結構型式。碼頭平臺現澆面層為厚度為15～20cm 厚的鋼筋混凝土，混凝土設計強度為C40，頂層主筋為雙向通長布置的HRB400φ14 鋼筋，橫向鋼筋間距150mm，縱向鋼筋間距125mm；梁頂處加強鋼筋為HRB400φ14 鋼筋，長度為300mm，鋼筋間距為150mm。

面層鋼筋布置如圖1所示。

圖1 碼頭面層配筋布置圖

碼頭面層按照碼頭分段分為6 段，采用分幅澆筑方式，分段中采用連續整幅和半幅施工方式。采用水上和陸上混凝土共同澆筑方式，澆筑完成后，割縫時間根據氣溫情況，一般控制在1～5 天完成，混凝土養護采用淡水人工灑水養護方式，部分分段面層與梁頂板縫澆筑間隔時間在5 天左右。

2 碼頭面層裂縫情況及原因分析

2.1 裂縫情況

碼頭面層分段施工，施工完2 個段落后已澆筑段落接連出現多條裂縫，裂縫分布不規則，集中表現為孔洞、伸縮縫等截面突變處裂縫，網格狀裂縫，通長裂縫，弧形裂縫，以及局部較短無明顯特征的細小裂縫。其中≤0.20mm 的裂縫數量為54 條，0.2～0.3mm（含）的裂縫數量11 條，＞0.3mm 的裂縫數量3 條。

碼頭面層裂縫出現后，選取裂縫寬度大于0.2mm的典型裂縫進行定期觀測，觀測周期為15 天，共進行4 次觀測，觀察裂縫寬度的變化。觀測時氣溫處于持續升高階段，主要觀測結果如下表：

表1 典型裂縫寬度觀測表

對分段落部分典型裂縫采用鉆芯法取芯（見圖2），觀測裂縫深度，共計鉆取芯樣19 個。裂縫深度最大值為140mm，最小值為2mm，均未超過碼頭面層現澆厚度，但部分較深裂縫已貫穿鋼筋保護層厚度。通過鉆取芯樣觀察，裂縫縫寬由頂至底，逐漸變小。

圖2 2 號典型裂縫取芯圖

2.2 裂縫成因分析

現澆混凝土裂縫的成因較復雜[5]。經分析，該工程裂縫的產生原因主要包括以下幾個方面。

第一，熱脹冷縮是導致混凝土出現裂縫的主要因素之一，在混凝土表面的溫度、內部之間的溫度差異比較大的情況下，就會形成較大的溫差，這種情況下，混凝土出現裂縫的可能性就相對較大。在澆筑混凝土的過程中，受海面較大風力影響，混凝土表面水分蒸發過快，混凝土水化熱高，澆筑后數小時混凝土仍處于塑性狀態，會產生塑性收縮裂縫和表面龜裂。第1 分段面層連續分兩天進行澆筑，兩日最高溫度分別為34℃和30℃，海面風力達4～5 級，在混凝土澆筑完成當日晚間，面層第一次灑水后即出現細微網狀裂紋。

第二，澆筑過快，混凝土流動性較低，在硬化前因混凝土沉降不足，硬化后沉降過大，容易在澆筑數小時后在鋼筋上面，墻與板、梁與柱交接處出現裂縫，即沉降收縮裂縫。在面層混凝土澆筑時下層現澆梁頂板縫、梁頂混凝土還未完全收縮穩定，上下層混凝土收縮不均導致應力集中，下層收縮慢于上層，致使上面層混凝土開裂，隨著氣溫升高裂縫進一步發展成型。

第三，混凝土坍落度大，養護不全面。使用泵送混凝土澆筑，存在混凝土現場坍落度過大問題；混凝土面層澆筑后采用人工灑水養護，面層養護未達到全面覆蓋。

第四，混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質量不合格，可能導致結構出現裂縫。該工程面層混凝土使用的粗骨料級配為5～25 連續級配，粗骨料偏小，導致面層出現裂縫。

2.3 裂縫性質分析

對碼頭面層裂縫的成因進行認真分析，結合現場鉆芯取樣情況，全部芯樣裂縫深度未貫穿面層，且裂縫由上向下寬度顯著縮小，下部預制面板完好，裂縫不會發展影響至下層預制面板，裂縫均分布于上層受壓區。初步確定該工程碼頭面層裂縫屬于混凝土局部收縮引起的裂縫和部分構造裂縫，非結構性破壞裂縫。

3 裂縫處置

第一，表面修復。常用的方法有壓實抹平，涂抹環氧黏結劑，噴涂水泥砂漿或細石混凝土，壓抹環氧膠泥，環氧樹脂粘貼班絲布，增加整體面層，鋼錨栓縫合等。第二，局部修復法。常用的方法有充填法、預應力法，部分鑿除重新澆筑混凝土等。第三，水泥壓力灌漿及化學灌漿法。該方法適用于縫補寬度≥0.5mm 的穩定裂縫。第四，減少結構內力，常用的方法有卸荷或控制荷載，設置卸荷結構，增設支點或支撐。

該工程碼頭面層大于0.2mm 的裂縫，個別寬度較大、深度較深，會一定程度上影響碼頭面層的耐久性，需要及時采取封閉處理措施，減少水體侵入對鋼筋的腐蝕，采用高壓注漿方式對此種裂縫進行特殊處理，能夠達到耐久性使用要求。

3.1 裂縫處理

用鋼絲刷人工清除裂縫兩側約30～50mm 范圍表面污泥、油污、雜質及表面碎屑，再將裂縫周圍用干凈布擦干凈，處理后形成沿裂縫寬度不小于50mm 的干凈的混凝土表面。

3.2 高壓注漿

沿裂縫走向垂直面層，間距15～20cm，鉆注漿孔，鉆孔深度為10cm。埋設注漿管，注漿管長度約為9cm，包括注漿管道、膨脹膠圈、注漿頭三部分，注漿管埋入深度為4.5～5.5cm。注漿材料選用環氧樹脂膠液，采用固定雙組分，將A 組分和B 組分按照混合比混合在一起后，采用人工方式均勻攪拌至少3min，直到成為均勻的黃色混合物。然后將混合物全部倒入一個干凈的容器內，再低速攪拌不少于1min。

使用壓力機將配置好的漿液壓入注漿管，從裂縫一端向另一端順序灌注，每管維持一定壓力2min，或以裂縫表面有漿液滲出為停止灌注標準（見圖3）。全部灌注完成后，拆除注漿管頭，用環氧樹脂膠液封閉注漿孔。高壓注漿完成24h 后，對表面環氧樹脂膠液進行鏟除和清理，然后使用環氧樹脂膠液對裂縫表面進行封閉。施工過程中要謹防膠液凝結，周圍環境溫度需高于3℃，同時不宜高于30℃，宜選擇在早晚間溫度較低的時段進行修補施工。

圖3 典型裂縫高壓注漿圖

3.3 檢驗與驗收

該工程主要使用的裂縫處理原材料為環氧樹脂膠液，分為A、B 膠液2 種組分。

檢驗與驗收要點如下：第一，材料必須有產品出廠檢驗合格證書。進場施工前，應按照產品說明書要求進行試配并進行強度檢測，要求3 天抗壓強度不小于C50，材料檢測合格后方可進場使用。第二，修補完成后采用目測等方法進行外觀檢查，裂縫表面應全部封閉，不存在縫隙和空缺。打磨完成后，檢查裂縫表面是否已全部封閉，以表面無可見裂縫為合格標準[6]。第三，通過高壓注漿方式處理好部分裂縫后，可以采取混凝土芯樣對高壓注漿質量進行檢查，可按照每個分段取2～3 條裂縫的比例來取芯，以芯樣裂縫中已均勻填充環氧樹脂膠液為合格標準。

3.4 處治效果

從試驗裂縫的實施效果來看，采用高壓注漿技術處理寬度較大的裂縫，能夠有效填充裂縫空隙，達到封閉裂縫的效果，裂縫修復后未出現再次開裂的情況。對典型裂縫進行取芯檢測，裂縫內部基本能夠實現漿液填充，僅最上部和較深處局部未能充填漿液，但基本能夠達到裂縫封閉的目的，能夠有效阻止水分侵入鋼筋保護層范圍，總體效果基本能夠滿足處治要求。

4 結語

針對高樁碼頭面層混凝土表面常出現裂縫的質量通病，以某高樁碼頭為例，對碼頭面層表面裂縫寬度大于0.2mm 的裂縫采用高壓注漿技術進行處理，從試驗裂縫的實施效果來看，采用高壓注漿技術處理寬度較大的裂縫，能夠有效填充裂縫空隙，達到封閉裂縫的效果，裂縫修復后未出現再次開裂的情況，裂縫修復效果滿足碼頭生產運營和工程耐久性要求，可以在裂縫處治中加以推廣。