高桩码头混凝土面层裂缝原因及治理方法分析

王旭光

摘要：在高桩码头中，混凝土的应用十分广泛。但是高桩码头混凝土面层经常会出现裂缝现象，其是一个一直无法彻底解决的施工难题，它对混凝土的外观质量和耐久性都有一定的影响。根据多年从事高桩码头工程项目管理的经验，本人对混凝土面层裂缝的防治提出相应具有可操作性和针对性的措施。

关键词：高桩码头;面层裂缝;成因分析;防治措施

引言

随着我国科学技术的发展，码头施工的技术水平也得到了极大的发展，施工技术也日益完善，从目前施工的成功案例来看，高桩码头工程不论是外观还是实体的混凝土施工质量都已经达到了比较高的水平，有力的支撑了我国经济的发展。但是，从实践的情况来看，由于高桩码头的施工大多数都在地基状况不优越的地方，这样造成了混凝土面层出现龟裂或是结构裂缝等现象，若裂缝发生在梁顶或板缝等部位，若不及时采取相应的补救措施，混凝土面层裂缝将会沿着拼缝的方向扩大，这样不仅影响了整个工程的外观还会造成严重的质量问题，进而影响混凝土面层内部的结构性能，缩短工程的使用寿命。因此，我们有必要深入的研究高桩码头混凝土面层裂缝产生的原因，并找出裂缝的预防措施，以保障整个工程的质量。

1高桩码头混凝土结构裂缝防治的重要性

码头是船舶靠泊建筑物。在船舶停（靠）泊的过程中，码头承受船舶的横向冲击力较大。虽然有橡胶护舷作为缓冲，但主要靠桩基和上部结构协同起到抗冲击的作用。同时，码头多为工业用码头，按功能区分主要有集装箱码头、件杂货码头、通用码头及其他各类专用码头。这些码头均要承受较大的静动荷载，因此对码头结构的要求也较高。民用码头主要以客运为主，其可靠性要求也是非常高的。由于高桩码头均建于水域环境，受此环境影响，防止钢筋锈蚀是保证结构可靠性的关键之一。特别是近些年大量海港码头的新建，如何解决海洋环境下混凝土结构的耐久性和可靠性问题，成为结构设计和施工的考虑重点。在工程实践当中，通过采取增加保护层厚度、运用高性能混凝土、混凝土防腐措施等方式，来增加混凝土的抗腐蚀性。结构混凝土的裂缝问题，一直困扰着工程实践。但是，一旦结构混凝土出现裂缝，海水或淡水顺缝侵入钢筋混凝土内部进而腐蚀钢筋，最终还是会给混凝土结构带来较大的隐患。由于结构的特点，这些裂缝还经常出现在桩基、梁段中部等结构敏感部位，也给结构的安全和可靠性带来较大的问题。因此，交通部早在20世纪八九十年代就将码头结构混凝土的裂缝防治，作为水运工程通病防治的重点。

2高桩码头混凝土面层裂缝分类

一般而言，面层裂缝是码头施工中常见的问题，形成的原因多种多样，按照裂缝的大小主要可以分为宏观和微观两种。微观方面的裂缝很难被发现，只有通过高科技探测仪才能确定裂缝的位置，宽度非常小，一般不会超过0.05mm，只要不超过码头的设计极限，很难对码头造成什么影响。而宏观方面的裂缝都是通过直接观察可以观察到的，宽度都在0.3mm以上，根据裂缝产生的位置，可以分为三类，既龟裂、结构裂缝和钢筋顶部裂缝。龟裂：此类裂缝是最常见的裂缝之一，毫无规律可言，对码头的美观会造成很大的影响。结构裂缝：结构性裂缝多在面板缝处出现，此类裂缝又长且直。钢筋顶部裂缝：沿着钢筋的方向出现的裂缝，一般会蔓延至钢筋的顶部。

3高桩码头面层裂缝的形成原因

面层裂缝是混凝土常见的病害之一，其影响因素也有很多，一般发生在施工阶段。按照外观尺寸大小可以将面层裂缝分为微观和宏观两类。微观裂缝不易被发现，需要借助超声波探测仪等仪器检测才能发现其内部的裂缝，是一种非连贯性的典型裂缝，宽度通常不超过0.005mm，这种裂缝普遍存在于混凝土面层中，在实际设计应用时，只要码头实际载荷不超过设计的范围，危害较小。而宏观裂缝则是通过渗水法直接观察到的，其裂缝宽度在0.005mm以上。不同种类的裂缝其产生的原因往往不同。

3.1龟裂

龟裂是高桩码头施工中最为常见的裂缝之一。造成龟裂的原因有：一是内部质量问题。例如混凝土配合比例设计不科学、原材料质量不符合标准等等，这样就与混凝土粗骨料不匹配，造成混凝土含泥量偏高，细颗粒含量偏多，引发面层龟裂。二是外部质量问题。在高桩码头混凝土施工中，若底层预制面板没有进行充分湿润或者是存有积水，都会使面层混凝土出现离析现象，从而造成面层中不同高度的混凝土容易产生不均匀收缩，进而引起裂缝的发生。而在混凝土摊铺中，对诸如振动器等机械设备的操作不当，使混凝土粗骨料摊铺不均，在其收缩过程中同样可能会产生裂缝现象。此外还有施工地区的气候条件等都会诱发面层龟裂的产生。

3.2收缩不均型裂缝

收缩不均型裂缝多产生在预制面板板缝以及纵梁、横梁梁顶。裂缝一般较长，顺着板缝纵向分布。其产生的主要原因是混凝土浇筑间隔时间较短，导致面层混凝土下板缝、梁顶与预制面板处混凝土收缩变形不均匀，从而使面层产生裂缝。另外，在实际施工中，板缝、梁顶浇筑标高往往低于预制面板，这就造成板缝、梁顶部位现浇面层厚度大于预制面板部位，导致混凝土收缩不均匀，产生裂缝。

3.3网状裂缝

对其成因进行分析，可总结出如下三点：其一，当面层的混凝土结构尚未出现凝固现象时便产生了一些轻微的塑性收缩裂缝，在此基础上伴随着温度等因素的影响，将会进一步扩大裂缝。其二，当混凝土表面的水分出现过度集中的现象时，在混凝土干缩特性的影响下将会在水分聚集区形成微小裂缝，伴随着温度以及干缩应力的持续变化，将会导致裂缝扩大。其三，当新旧混凝土连接区域的贴接程度不足时，便会产生空鼓现象，加之外荷载的影响，将会形成网状大裂缝。

3.4剪切应力型

一般形成于纵梁和横梁梁顶两侧，若预制面板安装时间较短或砂浆铺垫不均匀密实，在外力作用下，预制面板下沉，使混凝土內部产生剪切应力，而板缝结合处又较为薄弱，无法承受住剪切应力而产生裂缝。

3.5结构性裂缝

在施工过程中，混凝土预制面板安装不牢靠或者面板发生了活动都可能引发面层裂缝的产生。如果预制面板的座浆在铺设时无法充裕的进行铺设，那么就会使得荷载不能很好的在混凝土面层上均匀地、平衡的传递，进而产生裂缝。另外，施工的顺序混乱，没有先进行码头梁槽、板缝的浇筑，将致使梁顶部位和板缝位置的混凝土要比混凝土面层厚，从而产生面层厚度各不相同，在混凝土收缩时，会造成收缩不匀称，从而导致裂缝产生;在梁槽和板缝浇筑结束之后，没等其成型，就开始混凝土面层浇筑，这样会致使梁顶和板缝的收缩量比其他的地方大，从而引发面层裂缝的产生;面层混凝土需要多次的进行浇筑，浇筑的面积和时间也不能过多，不然会致使混凝土产生收缩裂缝。对面层混凝土锯缝的处理不及时，也会产生裂缝，这些都属于结构性裂缝。

4对于高桩码头现浇面层出现裂缝的处理方法

4.1设计方面

（1）对预制纵梁、现浇横梁梁顶的外伸箍筋适当降低，使其低于安装后的预制面板，使梁顶混凝土的标高与预制面板相平;现浇纵梁、横梁顶层钢筋高度也要低于预制面板。若梁顶与周围的预制构件存在高差，会使面层混凝土收缩受到约束时产生突变，导致应力集中现象，从而形成裂缝。（2）在项目建设投入资金不明显增加的前提下，适当增大码头的整体刚度，可达到减少码头混凝土面层裂缝的效果。相对经济、有效的设计调整方案有：①在增强单桩承载力的同时，合理减少桩的数量，使整体桩基的刚度有所增加;②合理设置水平剪刀撑，从而增加上部结构的刚度。（3）在梁顶处增加一层钢筋网片，增强梁顶部位的抗裂能力;适当增加顶面配筋，选择合理的配筋率，从而减少面层产生裂缝的数量和宽度。

4.2对混凝土原料合理配比

为了防止高桩码头现浇面层出现裂缝，在混凝土的原料和配比方面要实现其合理化，在原料的选择上，选用水热反应放热低并且稳定性高的水泥，在骨料的选择上，根据具体施工需要，选择合适的用料，保证合理的配比和含砂率，在保证混凝土的强度的基础上降低水泥的使用量，降低水灰比。在进行实际的高桩码头现浇面层作业过程中，要保证混凝土的搅拌地点和施工现场都有负责试验的专业人员，保证施工全程进行跟踪，试验人员要充分保证混凝土的原料选用合理，配比符合设计的施工要求，还要根据原料中的含水量和施工现场的天气情况进行综合考虑，必要时对原料进行优化。例如：宁波-舟山港金塘港区大浦口集装箱码头二阶段水工（第八、九分段及3#引桥）面层的混凝土强度为C35，配比如下：选用P.042.5水泥，具体用量374kg/m3，粉煤灰的用量51kg/m3，是胶凝材料的12%。在粘层混凝土中加入聚丙烯纤维，具体掺量为0.9kg/m3，可增强混凝土抗拉强度，能抑制对其收缩、温度变化产生的裂缝。

4.3合理布置收缩缝

控制好各个分块的尺寸，确保收缩缝位置的合理性。对于纵向分条缝而言，其需要设置在安装缝的中间区域;对于后方平台而言，应设置在面板安装缝的中部区域;此外，前方平台宜设置在横梁迭合混凝土的两侧。

4.4结构收缩稳定后浇筑面层

现浇板缝混凝土的收缩变形会导致面层混凝土产生裂缝。因此，必须待面层下结构达到基本稳定后才能进行面层浇筑。（1）浇筑混凝土的前期工作。施工人员必须遵照施工图纸进行设计，结合实际情况来进行面层分条和锯缝绘制;在浇筑混凝土工作开始之前，利用空压机等机械设备将施工面上的灰尘吹干净，提前一天的时间进行洒水湿润并且铺设防尘防潮的无纺布，这样能够有效地控制混凝土与空气之间的温度差异，降低面板对混凝土之中水分吸收的可能性，保证混凝土能够正常的、均匀地收缩。在对混凝土进行浇筑时，应运用分块施工法，能够有效避免混凝土由于温度原因、收缩不均匀所产生的裂缝，通过构建内部的收缩过程，在一定时间之后在浇筑施工所产生的缝隙，就会使其连成一个整体结构。面对即将凝固的混凝土，可以采用二次抹面法，在混凝土即将凝固的一到两个小时之前，使用二次抹压进行处理，处理的同时可以使用塑料薄膜笼罩在其上面，这样能够有效的控制混凝土表层的非结构性的小裂缝，防止其出现，并且防止混凝土表层的水分流失的过于快速，造成混凝土的干缩，从而产生裂缝，有必要的情况下，可以多次使用二次抹面法进行处理。（2）对特殊部位的裂缝的控制手段。有些码头混凝土面层对于裂缝的控制标准要较一般的高出不少，通常遇见这种情况，可以采取多种方法来对裂缝进行控制：第一，可以铺设一层细钢筋网作为保护手段，一般铺设在距离顶层35mm处;第二，可以在混凝土内部掺杂钢纤维，这样能够有效地提升混凝土的抗拉强度;第三，使用防裂的钢丝网，可以分散混凝土干缩产生的收缩力度，防止裂缝的产生;第四，对保护层的厚度进行有效的控制，避免厚度的偏差太大，导致受力不均匀;第五，时刻注意混凝土面层的养护工作，可以采取表面灑水、塑料薄膜养护等养护方法，尽可能的减少混凝土的早期收缩;第六，在混凝土面层里掺入聚丙烯纤维，这样能够提高混凝土的面层质量，减少裂缝的产生。而在养护期间，应禁止行人与车辆通过，避免其对混凝土面层造成不必要的毁坏。当混凝土硬度达到一定程度之后，应该采取合理有用的防护措施，避免对其造成破坏。

4.5合理安排和设置面层切缝

混凝土强度达到10Mpa-15Mpa时，对码头面层进行切缝。在纵梁梁顶的两侧布置纵缝，在板缝和横梁梁顶的两侧布置横缝，间距与梁宽、缝宽相同，把面层分成近似方形的多个板块。梁顶割缝深度约为5cm，板缝顶深度约为3cm。待面层混凝土板块收缩变形稳定后，进行灌缝处理，灌缝材料采用黑色聚氨酯，灌缝前需对缝内的砂石、水泥浆等杂质进行清理，保持缝内清洁。

4.6支拆模板

基于分条浇筑的方式完成面层混凝土施工作业，以分条线的位置为基准，在此基础上对面板进行弹线处理，并以所得线为基准，沿线设置砂浆垫块，由于固定侧模板会出现裂缝，此时宜选用低标号的砂浆材料对其进行处理。此外，当完成模板拆除作业后便需要随即将封堵材料去除，而后对板外边线的位置进行检测。将所得检测结果与标准值进行对比，但实际值偏高时，则需要进行弹线锯直处理，当达到工程要求后方可进行其余板块施工。

4.7他注意事项

（1）针对夏季高温和冬季低温施工制定相应的质量保障措施。注意面层混凝土养护，根据温度不断调整方法，气温高时多浇水，温度低时少浇水，防止混凝土被冻裂。（2）严格控制混凝土振捣质量。振捣时严禁振捣器头部碰撞钢筋骨架、模板;振捣器移动间距不宜大于作用半径的1.5倍，与模板距离不应大于作用半径的0.5倍;插入混凝土的深度一般不小于5cm;注意避免过振。（3）掌握好混凝土压光时间。压光一般不应少于3遍。第1遍应在面层混凝土浇注之后进行，使面层材料均匀紧密，抹压平整，以表面不出现水层为宜。第2遍压光应在初凝后终凝前完成，将面层表面压实、压平整，一般以上人时有轻微脚印但又不明显下陷为宜。第3遍压光主要是消除抹痕和闭塞细毛孔，进一步将表面压实、压光滑，时间应掌握在上人不出现脚印为宜，切记注意不要在混凝土终凝后压光。

4.8做好养护及维护工作

对于高桩码头现浇面层混凝土进行养护可以保证混凝土表面湿润，从而正常硬化，这道工序能够防止浇筑面层出现裂缝。具体在人工收面工作完成后，将浇筑面层用土工布覆盖，此时应注意确保土工布保持湿润的状态，至少覆盖半个月以上。对于处在养护期的浇筑面层旁边要设有警示牌，并利用警示带进行隔离，养护阶段禁止任何车辆行驶，禁止在路面上放置其它重型物，防止浇筑层面没有完全硬化就受到外力的影响而产生裂缝，在此期间还要注意对浇筑面层的保护，防止油污或者其他腐蚀性物质掉落在路面上对混凝土结构进行破坏，从而防止裂缝的产生。

结语

综上所述，高桩码头结构由于所处的特殊水环境，同时结构还要承受频繁的船舶靠泊力、装卸力和运载力等动静荷载的作用，因此结构的可靠性和安全性非常重要。高桩码头结构从型式上来讲较为简单，各结构之间以“搭积木”的方式环环相扣，其单一结构的可靠性也应是万无一失的。水工混凝土的耐久性是影响高桩码头结构可靠性和安全性的最重要因素，因此对混凝土结构耐久性的研究就显得非常重要。高桩码头结构混凝土裂缝是影响结构耐久性的最大隐患，关于此方面的研究也比较多。由于理论和实践水平有限，笔者仅从一位监理工程师的视角，对该问题进行了以上一些较为浅显的讨论，以期起到抛砖引玉的作用，增强对高桩码头结构混凝土质量的控制手段。

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