摘要：高桩码头面层混凝土裂缝是码头工程的质量通病,严重影响着码头的整体观感及结构耐久性, 必须有针对性地对裂缝形态及成因进行研究, 并采取有效的控制措施。文章以江苏沿江港口某高桩墩台式码头工程面层混凝土施工为例, 分析码头面层结构各类混凝土裂缝的形态特征及分布情况, 分析各类裂缝的成因。
关键词：高桩码头； 面层混凝土； 裂缝控制；裂缝成因；控制措施
0 引言
码头是建设于海边或江河边，专供船舶停靠，让乘客上下和货物装卸的水工建筑物。根据结构型式划分，码头可分为重力式码头、板桩码头、高桩码头和混合式码头等。其中，高桩码头特别适用于地基条件较差、水位变化幅度较大的水域，是我国采用最为广泛的码头结构形式。高桩码头宜用于黏性土、粉土、砂土、碎石土和风化岩等可以沉桩的地基。当采用灌注桩和嵌岩桩等时，也可适用于不易沉桩的情况。以上海地区为例，水域多以粉质黏土或砂土为主，而且水位变动较大，绝大多数采用高桩码头结构型式。高桩码头一般由桩基础、上部结构、码头附属设施及接岸结构等组成，主要由桩基础承受水平及竖向荷载。本文以高桩码头混凝土结构裂缝成因的分析为切入点，提出加强高桩码头混凝土结构裂缝的防治措施。
1 高桩码头混凝土的结构
高桩码头的桩基通常采用钢管桩、预应力高强度混凝土(PHC)管桩、大管桩和钻孔灌注桩。其中，PHC 管桩由于具有成本低、沉桩便利和工艺成熟等特点而被广泛运用，成为最主要的桩型。上部结构有梁板式、无梁板式和桁架式等，多采用梁板式结构，即下横梁、上横梁、纵梁和面板等结构居多。码头面层有混凝土面层和沥青混凝土面层，但多为混凝土面层。
2 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。
3 高桩码头结构裂缝的成因
目前，高桩码头桩基从材料上可分为钢管桩和混凝土桩。钢管桩不做裂缝分析；混凝土桩中，以 PHC 管桩的应用最为广泛。因此，笔者主要探讨 PHC 管桩和码头上部结构混凝土的裂缝问题。
3.1 PHC管桩裂缝的成因
PHC 管桩采用先张预应力离心成型工艺，并经过 10 个大气压(1.0 MPa 左右)、180℃ 左右的蒸汽养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件，混凝土强度等级≥C80。裂缝产生的原因主要存在于制作阶段、沉桩阶段和码头运营阶段。
3.1.1 制作阶段的成因
从 PHC 管桩的制作工艺来看，制作阶段产生裂缝的原因主要有几个方面。(1)由于离心工艺的特点，PHC 管桩在断面上由外至内可分为净浆层、砂浆层和混凝土层。位于最外层的净浆层水灰比较大，容易产生干缩裂缝。(2)一般 PHC 管桩管节长度均超过 10 m。用于高桩码头的 PHC 管桩，为了避免水上接桩，均制作成 35 m 以上大管径大长度桩。因此，如此长的管桩在制作台架上，离心过程中稍有振动，就会造成混凝土质量的分布不均匀，进而形成表面裂缝。(3)在脱模后的养护期间，在最终强度未形成之前的碰撞也极容易造成裂缝。(4)高压蒸养后的管桩在出高压釜后，如果降温措施和卸压程序做得不妥，会造成内外温差所引起的表面裂缝。
3.1.2 沉桩阶段的成因
(1)水上打桩船沉桩采用的是锤击法沉桩法。地质情况复杂，桩的细长比过大或锤形选择不当，均会造成桩身应力超过极限，从而导致桩身裂缝的产生。(2)由于水域环境受天气、水文条件影响较大，打桩船又是通过抛锚定位，因此沉桩过程中船舶晃动等因素，也会对桩身造成损坏，从而造成裂缝。
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3.1.3 沉桩后及运营阶段的成因
(1)沉桩完成后下横梁施工前未及时进行夹桩，单桩容易受到水流或其他外力的作用。水流力引起的共振和外力碰撞，都可能使桩身产生裂缝。(2)在上部结构施工期，船机设备的碰撞也会造成桩身表面裂缝。(3)在码头运营期，主要是因为码头运营管理不善，由外来船舶对桩基造成的碰撞。
3.2 上下横梁及纵梁裂缝的成因
上下横梁均为水上现场浇筑，纵梁为预制安装。桩基施工完毕后，即进行下横梁浇筑施工；待纵梁安装完成后，再进行上横梁浇筑施工。横梁和纵梁裂缝的产生主要有以下一些原因。(1)根据 JTS 202-1—2010《水运工程大体积混凝土温度裂缝控制技术规程》中的描述，大体积混凝土是指：预计因胶凝材料水化热等因素引起混凝土温度变化导致裂缝的混凝土，或结构断面最小尺寸≥1 m 的混凝土。对于大体积的横梁或纵梁，如果混凝土原材料的质量或配合比控制不力，由于内外温差所致的收缩裂缝时有发生。(2)由于下横梁通常远远早于上横梁浇筑，因此当上横梁收缩时，下横梁已完成充分收缩。由于受到下横梁的约束，从而导致上横梁发生收缩裂缝。(3)纵梁在预制场地、运输途中和安装过程中，原因保护措施不当、吊装方法不妥而造成的成品损坏，也会造成裂缝的产生。(4)在施工过程中，各类船机设备对横梁或纵梁的碰撞，也会导致裂缝的产生。
3.3 面层混凝土的裂缝成因
面层混凝土裂缝被称为高桩码头工程通病中的“癌症”，这种裂缝既影响结构的耐久性，还影响到码头整体的观感，常受诟病。面层裂缝常以“龟裂”的形式出现。从实践来看，龟裂的产生主要有以下一些原因。(1)设计本身的欠妥。这主要体现在配筋方面，配筋率过低或过高，都会造成表面裂缝的产生。(2)混凝土原材料方面。坍落度控制不严，或者混凝土拌合和振捣不充分，这些都会造成面层混凝土的表面裂缝。(3)养护不到位。码头一般在沿江沿海，环境特殊，风速、日照和气温都会对混凝土质量产生影响，“失水”会造成严重的表面裂缝。
4 码头结构混凝土裂缝的防治措施
针对以上对码头结构混凝土裂缝成因的分析，笔者重点探讨 PHC 桩基、横梁、纵梁和面层混凝土裂缝的防治措施。
4.1 PHC管桩裂缝的防治
4.1.1 制作阶段的防治
(1)严格控制混凝土原材料的质量，并经试验确定配合比或严格选用成熟的配合比，从源头上保证混凝土半成品质量，确保熟料混凝土的均匀性。(2)确保设备的良好运行，避免台座发生不必要的振动。(3)在蒸养结束后，严格控制拆模时间，重点避免内外温差过大而导致的表面收缩裂缝。(4)在各环节的吊运过程中，应做好半成品保护，避免碰撞。(5)做好出厂检验，重点检查外观裂缝，避免不合格产品出厂。
4.1.2 沉桩阶段的防治
(1)要认真分析沉桩区域的地质资料，按照规定进行水上沉桩试桩，通过试桩最终确定桩型；还要确定合理的锤击参数和停锤标准，选择合适的锤型和桩垫。(2)选择合适的船型和合适的时间进行沉桩，减少沉桩过程中船体的晃动，避免碰撞桩身。在必须横向船位(横向顶浪)沉桩时，应确保锚位布置合理并防止走锚。(3)遇到贯入度已非常小但标高仍未到达设计标高的情况，应避免硬性沉桩并且及时与设计进行沟通，确定停锤标准。(4)对于已沉好的排架，应及时做好夹桩，尽快连片形成群桩效应，避免风浪造成的晃动。
4.2 上下横梁和纵梁裂缝的防治
(1)严格控制原材料质量，选择合适的配合比并控制好水胶比，减少低温天气的浇筑，降低内外温差，减少大体积混凝土的温度裂缝。同时，加强已浇筑完混凝土的养护。(2)做好成品保护，避免对预制构件和现场构件的损坏。
4.3 高桩码头面层混凝土裂缝的防治
(1)通过优化设计来减少混凝土收缩裂缝。比如采用选择合适的配筋率、梁顶位置局部增加钢筋网片等措施。(2)加强对混凝土搅拌站的管理，严格控制原材料质量，确保搅拌充分；现场浇筑应确保充分振捣。(3)对于浇筑完毕的面层混凝土，要做好全方位的养护。重点做好“保水”和“保温”措施。(4)在面层混凝土中掺入聚丙烯纤维等加筋材料，增强纵向拉结，减少裂缝的产生。(5)根据码头面层的面积和纵横向比例，合理切割收缩缝，避免因面层混凝土累积收缩而导致的裂缝。
5 结语
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。高桩码头裂缝问题是目前的质量通病, 引起裂缝的原因也往往是多种因素综合作用的结果, 对于裂缝的防治是一个系统的工程, 如果单从某一个方面采取措施往往达不到预期效果, 因此对于码头面层裂缝防治必须在多方面的同时采取措施。
参考文献
[1]徐有邻.顾祥林《混凝土结构工程裂缝的判断与处理》[M].
[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M ].北京: 中国建筑工业出版社, 1 9 97.
论文作者:文成
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/24
标签：裂缝论文; 码头论文; 混凝土论文; 面层论文; 结构论文; 横梁论文; 成因论文; 《基层建设》2017年第24期论文;