重力式码头胸墙面层约束裂缝防治施工技术

王刚 鹿平

摘 要：胸墙面层裂缝是重力式码头常见的质量通病，既影响观感质量，又影响使用寿命。本文对胸墙面层约束裂缝产生原因进行分析，阐述了通过减少面层混凝土收缩量、增加混凝土抗拉强度、减小胸墙顶面间约束、在应力集中处采取措施等手段，有效减少胸墙面层裂缝。

关键词：重力式码头 胸墙 面层 约束裂缝 防治

1.引言

重力式码头胸墙面层施工，由于不同结构段沉降不均匀，一般预留20～30cm厚面层，待结构沉降稳定后再施工。受已浇筑混凝土影响，面层混凝土浇注后会出现不规则裂缝。本文通过优化唐山港曹妃甸港区通用散货三期水工结构工程码头胸墙面层施工工艺，达到了防治约束裂缝产生的目的。

2.工程概况

该工程拟建15万、10万及5万吨级泊位各1个，岸线长855m。碼头面层单段长17.5m，宽5.55m，高0.25m。胸墙钢筋与胸墙面层钢筋分开，面层钢绑独立扎成上下两层网片，混凝土设计强度等级为C40F350。面层顶面预埋附属设施有：系船柱、不锈钢拖缆槽、轨道槽、排水沟、高压接电箱井、上水栓井、门机预埋件等。

项目部将码头胸墙面层裂缝防治列为本工程重点攻关课题，为此我们对近年类似工程进行了调研，情况如表1。

综上可见，产生约束裂缝的因素主要是拌合质量、切缝位置、分缝长度、基层约束、施工季节等。胸墙面层约束裂缝防治主要从提高混凝土早期抗拉强度、减少收缩量、释放界面约束应力等方面入手。

3.码头胸墙面层裂缝机理

3.1混凝土收缩特性

3.1.1混凝土微观裂缝

混凝土为复合型、非均质材料，受外部环境影响逐步硬化的同时产生体积形变。由于形变是不均匀，导致内部产生应力，从而在结构内部产生微裂缝。这些微裂缝在拉应力作用下相互连通，这是混凝土产生裂缝的内在原因。

3.1.2混凝土收缩变形特性

3.1.2.1混凝土自生收缩变形

普通硅酸盐水泥混凝土自生体积变形是收缩变形，矿渣硅酸盐水泥混凝土自生体积变形是膨胀变形。

3.1.2.2混凝土干缩变形

混凝土处于干燥环境，内部毛细孔中水分和吸附水蒸发产生干燥收缩变形。随着水分蒸发，湿度分布不均，从而产生收缩应力，这是混凝土表面产生裂缝最常见的原因之一。另外，混凝土干缩变形因受到约束而产生约束应力，进而引起深层裂缝和贯穿裂缝。

3.2混凝土面层裂缝形成机理

3.2.1混凝土自身特性

混凝土硬化过程中形成微观裂缝，导致抗拉强度降低；混凝土收缩特性导致产生收缩应力；水泥发热特性使混凝土产生温度变形，温差消除后应力依然存在。

3.2.2混凝土面层结构特点

混凝土面层是在已浇筑混凝土上浇筑的大面积薄层结构，厚度与长度比很小，下部已浇筑结构对面层混凝土收缩变形产生较强约束。一方面，面层由于大面积暴露，水分蒸发快，干缩变形大；另一方面，胸墙混凝土相对刚度大，限制了面层混凝土干缩变形，因此在面层产生较大收缩应力。当收缩应力大于混凝土极限抗拉强度便形成裂缝。

3.2.3混凝土应力集中裂缝

坑井是应力集中处，也是某个方向抵抗应力薄弱处。混凝土硬化过程中产生徐变，预埋件受温度影响在边角处产生应力，超出混凝土极限抗拉强度后即形成裂缝。

4.胸墙面层约束防裂措施

项目部在施工过程中主要从四个方面进行控制，减小面层和胸墙间约束应力、减小并释放徐变产生的应力、增大面层整体抗拉强度、对应力集中处进行处理。

4.1减小面层和胸墙间约束应力

本工程胸墙面层不承受重载，将码头胸墙面层与胸墙主体结构分开，将码头胸墙底段钢筋标高下调25cm。面层钢筋单独铺设钢筋网片，预留25cm码头面层按照板式配筋。胸墙主体顶面抹平后不凿毛，以减少胸墙面层约束力。 以上措施降低了混凝土界面约束力，有效保证了胸墙结构整体性。

4.2减小并释放徐变应力

在混凝土水化热、温度和日照等影响下，面层混凝土温度随着浇筑时间的差异在不同时刻出现波峰和波谷。

从图中可看出下午浇筑的混凝土在0～10h升温区间内，气温正在逐步降低，由于面层属薄板结构，不存在内外温差过大的情况，可以认为气温的降低中和了部分混凝土水化热的升温，水化热峰值相应降低。实验证明，上午浇筑混凝土的情况正好与之相反，气温的升高增大了混凝土水化热峰值。所以上午浇筑面层产生裂缝的概率要大于下午。

综上所述，第10个小时是裂缝最佳控制时间，最好在下午气温逐步下降时进行浇筑，保证0～10h升温区间内梯度尽量小，应变和应力随之减小。同时切缝必须在混凝土水化热降温前进行。切缝要在混凝土强度达到8～10MPa时进行，锯缝深度为厚度的三分之一，本工程为8cm。

4.3增大面层整体抗拉强度

面层混凝土内部设置双层钢筋网，增加面层抗拉强度，抵抗胸墙徐变产生的应力和面层使用期所产生的应力。

4.4减小应力集中影响

在坑井预埋件边角处设置切缝，增设钢筋网，加强钢筋网钢筋竖向布设，垂直可能产生裂缝的方向，放置在两层钢筋网之间，有效减少边角处因应力集中而产生裂缝。

4.5设置公路防裂贴

胸墙属于大体积混凝土，施工中会在顶面产生裂缝，而胸墙整体水化热和徐变时间较长。限于工期要求，面层施工无法等到胸墙徐变完成后进行，故新浇筑面层与仍在徐变的胸墙间产生应力。

本工程借鉴公路工程中通常使用的防裂贴，防裂贴工作原理如下：

（1）应力吸收作用：促进胸墙垂直裂缝向水平方向发展，减慢裂缝扩散到面层的时间。

（2）抗裂作用：起到抗拉作用，减小裂缝宽度，降低裂缝尖端拉应力集中，延缓裂缝向上反射。

（3）隔离作用：将开裂的胸墙与面层隔离，避免开裂面与面层直接接触，裂縫拉应力无法向上传递到面层。

4.6严格控制混凝土拌合物及浇筑质量

4.6.1优化混凝土配合比

混凝土配合比设计除应满足设计强度、耐久性以及施工要求外，还必须考虑混凝土面层裂缝控制等基本要求。混凝土宜选用低热水泥，水泥用量宜选择在300kg/m3左右，水灰比宜选择在0.45以下，细骨料应采用天然中粗砂，避免使用细砂，取消粉煤灰、矿渣粉等轻质掺合料，同时加入膨胀剂并掺加聚丙烯纤维，减小混凝土收缩，一般混凝土坍落度宜选用30～50mm。

4.6.2严格混凝土浇筑程序

混凝土浇筑应避开高温季节，若因工期要求需在夏季施工，应采取在骨料堆场搭遮阳棚和选择夜间施工等措施。面层浇筑前应将胸墙表面用空压机吹干净，并用淡水冲洗覆盖土工布湿润6小时以上，使表面达到饱和面干的状态。混凝土搅拌时间必须满足《水运工程施工规范》的要求，同时应在混凝土搅拌前将聚丙烯纤维分批洒入罐内，搅拌时间延长4～5分钟。运输采用翻斗车运输，道路应平整，尽量缩短运距，避免混凝土离析。

现场采用人工分灰，不允许出现局部石子过多或过少的现象。用滚杠提浆木抹子找平，铁抹子压浆抹面。压浆抹面次数要根据混凝土硬化时间具体确定，硬化时间越长，压浆抹面次数就要越多，根据以往经验，不少于4-5次，直至混凝土达到初凝，聚丙烯纤维压入混凝土内为止。然后用土工布或麻袋片覆盖洒水养护，保证面层始终处于湿润状态，避免面层表面干湿交替。

5.防裂效果评价

通过上述措施，胸墙混凝土面层约束防裂效果十分明显，除护轮坎出现少数裂缝外，整个胸墙面层未出现裂缝，2017年投入使用至今未出现裂缝。

6.结语

码头胸墙混凝土面层约束裂缝的机理是面层混凝土的干缩变形受到下层已浇筑结构的强约束而产生应力，当约束应力超过了混凝土的极限抗拉强度，最终导致面层混凝土开裂。通过实践证明，采取适当措施，码头胸墙混凝土面层约束裂缝是可以控制和基本消除的，类似工程可借鉴。

参考文献：

[1]黄沛，金秀坤，王新刚，等.天津港高桩码头面层砼裂缝成因分析及裂缝控制技术措施[J]中国港湾建设，2009， （1）：22-24.

[2]肖维，王迎飞.重力式码头胸墙面层砼裂缝形态及控制措施[J]水运工程，2015（10）：196-200.