东非某全直桩码头项目面层裂缝控制技术研究

2020-10-22焦绪学冯光华

港工技术 2020年5期

袁原，焦绪学，冯光华

（1.中国港湾工程责任有限公司，北京 100027；2.中国路桥工程有限责任公司，北京100011；3.中交四航局第一工程有限公司，广东广州 510310）

引言

随着深水港口建设发展，高桩码头建设规模越来越大，设计、施工技术越来越完善，但码头面层裂缝却一直是一个普遍存在而又难以解决的问题[1]。目前，高桩码头结构设计理论比较成熟，受力引起的结构性裂缝基本上可以避免，而混凝土收缩及施工质量引起的不规则裂缝，特别是码头面层龟裂现象仍然是困扰工程界的通病[2]。

造成码头现浇混凝土面层裂缝的因素很多，形式也多样[3]，国内很多同行也作出相关的研究[4-8]。本文基于分析东非某水工全直桩码头项目面层搜索裂缝产生的机理，设立典型施工区域，从各个方面提出控制裂缝的优化措施，从典型施工效果来看，裂缝得到了全面的控制，效果较佳。

1 工程概况

项目位于非洲东海岸，港池疏浚面高程为-17.5 m，项目为该国首个深水港码头项目，为高桩梁板式结构，采用 PHC桩作为桩基础，码头岸线长度为1 200 m，单个泊位长度为4 00 m，项目共1 440根基桩，均为直桩，桩径为1.2 m，基桩平均桩长为40.6 m，自由段长度为6.5～21.3 m。

单个泊位共 16个结构段，每个结构段平行于码头岸线防线长度为25 m，共5排基桩，基桩中心距为5.25 m；垂直于码头岸线方向长度为为36 m，共6列基桩，基桩中心距为6.1 m，结构段划分见图1所示，结构段之间采用凹凸设计，面层混凝土坡率为1 %，为集装箱码头，其码头面为轨道设计，上方安装桥吊。

图1 标准结构段平面

码头的纵向断面见图2所示，码头面前沿线为悬挑结构，护舷块底部至面层高度为4 m，悬挑长度为4 m，前沿和后沿的梁高为1.5 m，中间排的梁高为1.0 m。

图2 码头标准段纵断面示意

2 码头面施工及裂缝情况分析

2.1 前6个结构段的码头面施工工艺

码头混凝土强度等级均为C45，面层混凝土保护层厚度为7.5 cm，码头面层采用预制叠合板和现浇的组合形式，厚度共 50 cm，预制面板厚度为30 cm，面层厚度为20 cm，前6个结构段预制板的30 cm厚板间缝和20 cm厚面层一次浇筑到顶。面层结构详见图3所示。总浇筑方量（含板缝间方量）377.8 m3。

码头面层按照施工顺序分为8幅，见图4所示，最大宽度为第一幅，为6.05 m，施工时先进行2/4/6幅浇筑，后进行 3/5/7幅浇筑，最后进行后帽梁面层第8幅及前帽梁面层第1幅浇筑。设计方要求浇筑后7天方可进行码头面层混凝土切缝工作，混凝土切缝深度3 cm，缝宽5 mm，码头面尚未刻纹。

图3 码头面层结构示意

图4 面层施工分幅

由于码头面尚未通陆路，搅拌车开至临时码头处，卸料后，用履带吊将料斗吊至开体驳上，采用水路运输装载混凝土的料斗至码头后沿，后沿的水上吊机起吊料斗进行码头面层浇筑，混凝土在海上运输时采用土工布进行覆盖，从搅拌站出厂至完成一车混凝土的浇筑用时约40分钟。

混凝土配合比见表1所示，表中单位为kg/m3混凝土，河砂细度模数为 1.8，属于细砂，水灰比为0.31，砂率为32 %。采用项目部自产石子浇筑混凝土。

表1 前6个结构段混凝土配合比 /(kg·m-3)

2.2 前6个结构段码头面层裂缝情况

面层共浇筑6个结构段，出现较多裂缝，均为横纵向均有分布不规则，但以垂直码头岸线方向裂缝居多，裂缝间距多为0.8～1.5 m之间，经检查裂缝宽度主要分布在 0.1～0.3 mm之间，从浇筑完成20天后逐渐出现，3个月内基本停止发育。

在5个不同的裂缝位置进行面层混凝土钻芯，芯样直径为5 cm。结果显示，完成浇筑2个月以上的面层裂缝均贯通整个混凝土保护层，而第6个结构段因为面层浇筑龄期仅为 35天，裂缝深度约为5 cm，尚未贯穿至面层钢筋。

2.3 面层裂缝产生原因分析

经分析，面层产生的横向裂缝，主要为收缩裂缝，产生的主要原因主要是包括几个方面：

1）高桩码头设计与施工规范（JTS 167-1-2010）规定，码头现浇混凝土面层切缝位置应设在构件应力较小的部位，切缝时间宜在面层混凝土强度达到10 MPa时进行，切缝深度宜为20 mm。项目的面层在浇筑7天后方进行切缝，此时混凝土强度已达到40 MPa左右，未适时切缝，混凝土产生收缩拉应力，超过其允许值，出现面层横向裂缝。

2）面层浇筑的时候，板缝混凝土和顶部20 cm面层一起浇筑，而不是单独浇筑，容易使混凝土浇筑截面突变，混凝土产生不均匀收缩，导致裂缝的出现。

3）预制板座浆不饱满、不均匀，当面层混凝土时候，预制板容易产生沉降，引起面层裂缝的产生。

4）切缝的位置多位于预制板的内部，对于面层浇筑完毕后混凝土收缩应力的释放比较有限。

3 面层施工典型区域设置

为控制面层裂缝的发生、找出裂缝产生的原因，将第7个结构段的面层作为典型施工区域。

3.1 典型施工区域采取的优化措施

第 7结构段的典型施工区域从混凝土用原材料、设计及工艺方面进行了优化，主要的措施如下：

1）先浇注板间缝的30 cm，面层的20 cm后浇。

2）和设计沟通，在单个结构段钢筋用来不变、受力计算能通过的情况下，缩小钢筋间距，将面层22@200 mm钢筋换成16@100 mm。

3）切缝位置重新分布，将单个结构段的面层分为7幅，结合预制板安装的位置，横梁两侧板缝以及变截面位置要安排切缝。且混凝土浇筑完1天内进行切缝，达到14天强度后进行刻纹。

4）面层混凝土保护层厚度7.5 cm内添加控裂钢筋网，钢筋直接为6 mm，间距为10 cm，钢筋网距离面层顶部为4 cm。

5）保证预制板的座浆均匀，防止面层浇筑过程中预制板的位移。

6）取消用细砂作为用料，采用属于中砂的机制砂作为原材料浇筑混凝土，机制砂外购，且要保证含泥量不超标。

3.2 面层典型施工

第7结构段面层典型施工采用机制砂，混凝土配合比见表2所示，表中单位为kg/m3混凝土，机制砂粒径为0～4 mm，其筛分结果见表3、图5所示，其细度模数为 2.5，为中砂，机制砂采用水洗法测得石粉含量为6 %，亚甲蓝测试值MB＜1.4，水胶比为0.34，砂率为32 %，出机塌落度为170 mm。水泥为当地水泥厂生产CEMⅠ42.5N型号。粉煤灰采用印度Jaycee Buildcorp LLP公司的二级粉煤灰，45 μm筛孔的筛余量为12.7 %。

表2 典型结构段混凝土配合比 /(kg·m-3)

表3 机制砂筛分通过率

图5 机制砂筛选结果

面层分两次浇筑，首次从梁顶浇筑到预制板顶部，共30 cm厚，浇筑完成后，进行表面拉毛处理，而二次浇筑为预制板顶部浇注至码头面顶部，共20 cm厚。两次浇筑示意见图6所示。面层混凝土浇筑前将预制板顶和梁顶浇水充分湿润，但不积水，并均匀涂撒配合比4:1水泥浆，加强新旧混凝土的粘结。

图6 现浇面层两次浇筑示意

码头面典型施工结构段分为7幅，先浇筑第2、4、6幅，凝土浇筑后的12小时后拆除面层槽钢模板，使用电锤进行面层侧壁的凿毛，安装完钢筋网后再浇筑3、5、7幅，第1幅安装完护舷块等构件后后续浇筑，钢筋网的直径较小，为防止施工人员踩踏，设置跨凳。考虑到当地温差比较大，每次面层3幅混凝土的浇筑均从下午4点钟开始，至第二天早上完成，当天晚上进行纵向和横向切缝，切缝深度为4 cm，切至控裂钢筋网的顶部，完成3、5、7幅后，在不同分幅的施工缝处再进行纵向切缝。

浇筑时用振捣棒配合平板振动器使混凝土振捣均匀密实，后用铝方通刮尺刮平。由于现场分幅宽度为 6.1 m，跨度较大，为避免挠度过大而造成局部位置的凹陷等问题，在刮尺内加装钢板改良使其刚度进行加强，保证混凝土的平整度。第二步收浆，收浆采用直径Φ120 mm钢滚筒，多次以模板为依托滚压，其间注意混凝土面的去高填低，保证混凝土面的平整。第三步抹面收光，收浆完毕后，第一次用木抹机具配合铁灰刀粗抹压实提浆，边角处人工木抹压实；之后用塑料薄膜覆盖保水，两个小时达到初凝后，第二次用铁灰刀细抹收光平整，等到混凝土终凝，上混凝土抹光机械细抹平整；细抹3遍收光。

采用塑料薄膜包裹养护，先薄膜保水再覆盖土工布洒水养护，设专人轮班进行14天不间断养护。浇筑完14天后刻纹。