混凝土码头施工裂缝的分析与控制

陈郁华

摘要：系统研究了码头裂缝的种类，详细分析了产生码头混凝土裂缝的主要原因，并对此提出了相应的控制措施，将码头混凝土裂缝的危害降到最低。

关键词：码头；混凝土；裂缝控制；裂缝原因

1 前言

随着我国经济的快速发展，对外贸易以及内河运输的增加，码头对我国国民经济的发展起到了至关重要的作用。码头的建设主体材料以混凝土为主，而大体积混凝土在施工及后期运营过程中均会出现不同程度的裂缝，随着裂缝的不断扩展会对码头的安全性造成一定的影响，因此，对码头裂缝的种类以及产生原因进行详细分析，提出避免裂缝产生及扩展的保护措施，对于维护码头建设及运行中的安全性具有重要意义。

2 码头裂缝的种类

裂缝的产生主要是由于混凝土在各种外界条件影响下内部逐渐发生的不均一的变形所导致的，根据其外观尺寸或大小可以分为微观裂缝和宏观裂缝两大类，微观裂缝是指肉眼难以观察到只有通过相关仪器才能检测到的裂缝，其一般是混凝土固有的裂缝，难以避免，宽度一般在0.05mm以下，不会对码头混凝土的整体稳定性产生大的影响，可认为是无害裂缝；宏观裂缝是指通过肉眼就能够观察到，通过渗水法能够很快发现水从混凝土中渗入，一般裂缝宽度在0.05～0.3mm之间可认为是无害裂缝，如果受到外界影响等使得裂缝宽度扩大，则可能会对码头的结构性能、正常运行以及长期耐久性产生影响，这种裂缝也称为有害裂缝，如果不加以处理将会对码头产生很大的影响，严重对造成码头出现大范围破坏，从而引发事故，本文重点分析有害裂缝的产生原因及防治措施。

3码头裂缝产生的原因

裂缝产生的原因可归纳为两点，一种是外界荷载的影响，另一种是材料自身性能的影响。

3.1 外界荷载影响

码头混凝土在施工过程及运行过程中主要受三方面的影响，一个是外力荷载，一个是变形荷载以及其他施工因素导致的裂缝。

（1）外力荷载引起的裂缝。码头混凝土在静、动荷载影响下产生的裂缝称为荷载裂缝，其分布及形状与结构体内部的应力分布有着直接的关系，产生的裂缝主要有直接应力裂缝和次生应力裂缝两种，直接应力裂缝产生的原因有：1）施工过程中由于码头堆载不当、施工程序不合理等引起的；2）运行阶段主要是由于受到船舶等外荷载的突然撞击、使用荷载超出设计荷载条件、地震、台风以及涌浪荷载等，其裂缝性态主要由于轴心受拉而产生的法向裂缝和无筋少筋条件下的斜向裂缝两种。次生应力裂缝主要是由于外荷载引起的次生应力而产生的裂缝，主要由于在高桩码头中牛腿、桩帽等引起的。

（2）变形荷载引起的裂缝。变形裂缝主要由于基础竖向发生不均匀沉降或水平方向位移，使得结构中产生超出混凝土抗拉强度的附加应力，导致混凝土开裂，导致不均匀沉降的原因有以下几点：1）地质勘查过程中资料掌握不准确，使得设计、施工过程中没能基础处理措施不能满足沉降控制要求，这也是造成不均匀沉降的主要原因；2）地基地质条件差异过大，地基压缩性不同造成沉降不均匀；3）结构荷载差异大；4）码头基础采取不同的桩基础等；5）分期建筑码头或在原有码头基础上进行扩建；6）北方地区由于冬季寒冷所引起的地基冻胀融沉；7）码头所处位置地质灾害较多，如内河流域的码头附近出现的滑坡、溶洞以及活动断层等不良地质灾害；8）码头运行过程中，地基基础受力条件发生变化等导致的不均匀沉降；9）码头运营期间无法满足大吨位船舶的停靠要求时可能会采取清淤捞浅等措施，改变了码头基础的受力条件，造成不均匀沉降；总之，引起不均匀沉降的原因较多，是导致码头产生裂缝并可能发生破坏的主要原因。引起变形裂缝产生的另一个原因是由于温度所引起的，在码头混凝土浇筑过程中，水泥硬化将释放大量的水化热，内部温度升高或降低造成混凝土出现热胀冷缩现象，而该变形受到限制后就会产生温度应力，超出混凝土的强度时则会使得混凝土内部或表面出现温度裂缝。引起温度变化的主要因素有：1）内部水化热；2）气温季节变化；3）日照等。

（3）施工操作不规范，如在制作混凝土、混凝土脱模、养护以及堆放运输等过程中所引起的裂缝。

3.2 材料自身性能的影响

混凝土自身性质也是产生裂缝的主要因素，混凝土是由水泥、掺合料、水以及一定的外加剂经过搅拌而粘结在一起所形成的结构体，其具有较高的抗压强度而抗拉能力较弱，混凝土受到较小的拉应力就会出现裂缝，而混凝土浇筑成型后不可避免的受到骨料收缩的影响而产生一定的微裂缝，随着时间的增加，受到各种外界因素影响，微裂隙逐渐扩展为宏观裂隙，成为影响码头稳定性的重要因素。

（1）混凝土腐蚀引起的裂缝。码头混凝土长期受到水位变动及涌浪等的影响，局部位置破坏严重，在涌浪影响区域附近，由于混凝土的孔隙作用，使得含有盐分的海水侵入到混凝土内部，这一方面会由于水压力作用而导致原因微裂缝扩展，另一方面盐分的结晶也会使得裂缝扩大，随着这个过程的反复循环进行，造成混凝土局部发生损伤破坏。

（2）钢筋锈蚀引起的裂缝。钢筋锈蚀也是引起码头混凝土出现破坏的主要原因之一，而且该问题一旦发生将使得混凝土很快出现失稳。由于码头混凝土体积较大，为增强其强度通常会进行配筋，但混凝土保护层厚度不够或质量较差时，海水等很容易对钢筋形成腐蚀，从而造成钢筋附近混凝土的碱度降低，通过化学反应使得钢筋附近混凝土产生膨胀应力，最终导致保护层混凝土出现开裂、剥离并沿钢筋纵向产生裂缝，同时由于锈蚀作用，也使得钢筋的有效受力面积减少，降低了钢筋与混凝土之间的握裹力，使得码头混凝土承载力下降，造成结构破坏。

4 码头裂缝的控制措施

4.1 勘察、设计合理

勘察、设计保证码头混凝土质量的源头，在勘察过程中，应对码头基础地质条件进行详细的勘测，采用多种手段确保地质条件勘测的准确性，为设计提供坚实的基础，避免后期由于地质条件原因出现不均匀沉降变形；设计过程中，应充分考虑到码头的施工、运行条件，严格按照规范要求进行设计，由于对于重点部位，应适度加大安全系数，保证码头长期运行的安全性。

4.2 加强温度控制

温度是产生混凝土裂缝的重要原因，应尽量降低温度裂缝的产生，可采取以下措施：

（1）码头混凝土体积较大，应充分考虑水泥水化热影响而产生的裂缝，可通过采用一定的降温措施，如在混凝土中埋设散热孔、通水排水等，避免浇筑过程中水化热集中出现；振捣成型后，应对混凝土进行养护，可通过覆盖保温膜等措施，同时避免混凝土内外温差大而引起的裂缝，夏季施工中可考虑采用冰块降温，冬季时应加入温水等。

（2）改善骨料级配，在降低水泥用量的同时，通过掺加外加剂等提高混凝土的强度。

（3）采取分层浇筑，分层厚度应合理控制。

4.3 科学的施工工艺

在混凝土浇筑过程中尽量避开大雨、大风等不利天气，杜绝在高温时段进行混凝土收面，严禁洒水抹面；混凝土振捣要均匀，不漏振也不过振；混凝土强度达到一定程度时应进行割缝处理；可考虑采用真空吸水工艺，减少混凝土中的多于水分；对混凝土进行合理的养护。合理的施工工艺对于降低混凝土裂缝具有重要作用。

4.4 科学使用及维护

码头运营过程中确保不超载使用，对已经出现的宽裂缝及时进行修补处理，以免因钢筋的锈蚀而使码头面层进一步开裂。

5 结语

通过科学设计、规范施工，就一定能够在码头混凝土施工及运行过程中降低裂缝的产生，同时将可能出现的危害控制在最低范围内，保证码头的安全运营。

参考文献

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