王帥

中交一航局第五工程有限公司 河北秦皇島 066000

錦州港煤炭碼頭一期工程碼頭工程位于錦州港規(guī)劃的第四港池北側(cè)岸線(xiàn)西端，為三個(gè)10萬(wàn)噸級(jí)散貨船碼頭，由碼頭及碼頭護(hù)岸兩部分組成。設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度為820m，為突堤式結(jié)構(gòu)，海側(cè)為碼頭岸線(xiàn)，陸側(cè)為護(hù)岸，碼頭面頂高程為5．00m，碼頭前沿底標(biāo)高為-15．7m，胸墻海測(cè)懸挑1m。重力式沉箱結(jié)構(gòu)，共安裝沉箱57座。沉箱上部是C35F300現(xiàn)澆筑鋼筋混凝土胸墻結(jié)構(gòu)，卸船機(jī)的前軌將會(huì)直接作用在這個(gè)結(jié)構(gòu)上面。每一段的胸墻長(zhǎng)16．24米，寬6．7米，高3．3米。本文主要對(duì)該工程之中的胸墻以及面層結(jié)構(gòu)之中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其控制方法進(jìn)行分析。

1 重力式碼頭胸墻以及面層之中混凝土裂縫的形成原因分析

1.1 施工期的裂縫形成原因

首先是干縮裂縫，因?yàn)樾貕γ鎸咏Y(jié)構(gòu)層厚度薄，一次澆筑面積大，混凝土在接近初凝之前無(wú)法進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，所以在初凝之前混凝土表層的失水速度會(huì)很快，而且會(huì)在溫度的影響作用之下產(chǎn)生不均勻膨脹，進(jìn)而出現(xiàn)比較嚴(yán)重的干縮變形情況。由于胸墻和面層之間存在著約束應(yīng)力，這對(duì)于混凝土干縮變形也會(huì)產(chǎn)生一定程度的制約作用，由于約束用力、干縮應(yīng)力與溫度應(yīng)力的共同作用，在施工期間極易出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象[1]。

其次是應(yīng)力集中處的裂縫，在整個(gè)工程之中，系船柱預(yù)埋底座、防風(fēng)錨及其坑邊角的應(yīng)力都比較集中，因此，如果這些部位在混凝土的硬化過(guò)程中發(fā)生驟變，在溫度的影響作用之下，預(yù)埋鐵桿就會(huì)發(fā)生熱脹冷縮情況，進(jìn)而導(dǎo)致邊角位置的應(yīng)力急劇加大，如果這個(gè)應(yīng)力超過(guò)了混凝土抗拉強(qiáng)度的極限，這些位置的混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

1.2 使用期的裂縫形成原因

在碼頭的使用過(guò)程中，由于很多大型的船舶鋼軌都在碼頭進(jìn)行作業(yè)，所以其面層就會(huì)受到正向壓力、交變應(yīng)力以及剪切力等諸多因素的影響，如果這些作用力超過(guò)了面層混凝土所承受的極限，面層的混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫情況。

2 重力式碼頭胸墻以及面層之中混凝土裂縫的控制措施

2.1 減少徐變應(yīng)力，合理控制澆筑時(shí)間和切縫時(shí)間

在溫度的影響作用之下，面層的混凝土表面就會(huì)形成拉應(yīng)力，如果這個(gè)拉應(yīng)力超過(guò)了混凝土的抗拉極限，混凝土就很容易出現(xiàn)裂縫。因此在進(jìn)行施工之前，需充分分析裂縫產(chǎn)生部位和原因，混凝土面層澆筑后需及時(shí)進(jìn)行切縫處理，才能將混凝土水化強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中的溫縮應(yīng)力釋放出來(lái)。在本次所研究碼頭的施工過(guò)程中，其切縫的長(zhǎng)度控制在了2．5米到2．8米之間，切縫的深度控制在了面層厚度的三分之二左右[2]。通過(guò)這樣的方式，就可以有效避免混凝土面層出現(xiàn)裂縫。

同時(shí)，在進(jìn)行混凝土切縫的過(guò)程中，相關(guān)單位也應(yīng)該通過(guò)溫度小時(shí)法以及強(qiáng)度控制法等的這些方法來(lái)進(jìn)行切縫時(shí)間的合理確定，并對(duì)混凝土之中實(shí)際的溫度應(yīng)力及其抗拉強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比，這樣就能夠合理分析出混凝土裂縫的原因。當(dāng)混凝土受到氣溫、陽(yáng)光照射以及水化熱反應(yīng)等的共同作用時(shí)，面層溫度變化的梯度也會(huì)不同。比如，混凝土的水化熱反應(yīng)期就可以分為五個(gè)，第一是起始期，第二是誘導(dǎo)期，第三是加速期，第四是減速期，第五是穩(wěn)定期。在混凝土水化熱的起始期以及誘導(dǎo)期，混凝土都會(huì)處于塑性狀態(tài)之中，且有著比較小的彈性模量，這時(shí)候我們可以不考慮其溫度應(yīng)力，在本次工程的施工過(guò)程中，設(shè)混凝土開(kāi)始澆筑的時(shí)間是0時(shí)，應(yīng)用的是42．5號(hào)硅酸鹽水泥，從0時(shí)到10時(shí)的這一段時(shí)間之中，混凝土的溫度呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)，在10時(shí)之后，混凝土的溫度就呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，同時(shí)，徐變收縮也開(kāi)始產(chǎn)生，由此可見(jiàn)，在混凝土澆筑的10時(shí)是其裂縫開(kāi)始出現(xiàn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

將以上的理論分析和施工當(dāng)?shù)孛刻斓臍鉁刈兓?guī)律相結(jié)合，就可以發(fā)現(xiàn)，在混凝土澆筑之后0時(shí)到10時(shí)的升溫時(shí)間段之中，大氣溫度正在呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢(shì)，因?yàn)榛炷恋拿鎸邮且粋€(gè)很薄的結(jié)構(gòu)，所以其內(nèi)部和外部并不會(huì)產(chǎn)生比較大的溫差，所以我們可以認(rèn)為隨著氣溫降低，混凝土之中的水化熱升溫情況開(kāi)始逐漸被中和，一直到混凝土澆筑10時(shí)之后，其水化熱的峰值以及應(yīng)變值都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢(shì)。如果將混凝土的澆筑時(shí)間定在上午，隨著氣溫的逐漸上升，混凝土之中的溫度應(yīng)變也會(huì)逐漸加大，所以就理論而言，這樣的情況將會(huì)加大混凝土裂縫的形成幾率。

根據(jù)以上的闡述，我們可以認(rèn)為在混凝土澆筑的第十個(gè)小時(shí)是其最容易出現(xiàn)裂縫的時(shí)間，因此，在具體的施工過(guò)程中，混凝土的最佳澆筑時(shí)間是下午溫度開(kāi)始下降的時(shí)候，這樣才可以盡量減小混凝土澆筑10小時(shí)之內(nèi)溫度的梯度，使其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力與應(yīng)變都盡量減小。同時(shí)，在混凝土水化熱降溫徐變之前，現(xiàn)場(chǎng)的施工人員一定要及時(shí)做好混凝土的切縫處理，由于其徐變時(shí)間是澆筑后的10小時(shí)左右，所以切縫時(shí)間一定要在混凝土澆筑之后的十小時(shí)之內(nèi)完成，這樣才可以有效避免裂縫的產(chǎn)生。

2.2 降低胸墻和面層之間的剛度差

在重力式碼頭胸墻以及面層的混凝土澆筑施工過(guò)程中，造成混凝土裂縫情況的一個(gè)主要原因就是胸墻和面層之間產(chǎn)生了過(guò)大的剛度差。因?yàn)樾貕Σ糠值幕炷馏w積很大，所以其頂面在施工的過(guò)程中就很容易產(chǎn)生裂縫，胸墻的水化熱以及徐變也會(huì)比小型混凝土構(gòu)建的水化熱和徐變情況大很多。在具體的施工過(guò)程中，面層的施工往往都是在胸墻部分的混凝土徐變之前進(jìn)行，因此在進(jìn)行面層的混凝土澆筑過(guò)程中，就會(huì)對(duì)處于徐變狀態(tài)的胸墻混凝土產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力作用，這樣的情況就很容易導(dǎo)致胸墻混凝土形成裂縫。

在本次所研究的工程施工之中，為了有效避免這樣的情況發(fā)生，就應(yīng)用到了一種公路工程之中所應(yīng)用的由高分子材料制造的防裂貼，并將其和高強(qiáng)胎基以及耐高溫的織物共同應(yīng)用到胸墻混凝土的裂縫預(yù)防之中，在進(jìn)行面層混凝土的澆筑施工之前，就將這些材料應(yīng)用到胸墻頂面產(chǎn)生裂縫的位置，這樣就可以有效阻止或制約胸墻混凝土裂縫朝著面層繼續(xù)蔓延的情況。以下是對(duì)本次工程之中所應(yīng)用的防裂貼作用和工作原理的總結(jié)：

2.3 面層整體極限抗拉強(qiáng)度的提升

在具體的施工過(guò)程中，施工人員可以下調(diào)鋼筋，使其處于胸墻主體的結(jié)構(gòu)之內(nèi)，并將雙層的鋼筋網(wǎng)片設(shè)置到面層之中，底層的網(wǎng)片因公φ20毫米的螺紋鋼筋，并通過(guò)滿(mǎn)鋪的方法進(jìn)行布置，鋼筋網(wǎng)片的雙向間距為250毫米，和胸墻凈保護(hù)層之間的距離為70毫米，這樣就可以讓面層底部抗拉強(qiáng)度得以顯著提升，使其具備足夠的強(qiáng)度可以抵御卸船機(jī)前軌對(duì)其產(chǎn)生的應(yīng)力作用。上層的網(wǎng)片可以采用φ8毫米的圓鋼，其雙向間距是100毫米，和面層頂面凈保護(hù)層之間的距離是100毫米，并在混凝土的切縫部位斷開(kāi)這個(gè)鋼筋網(wǎng)片，其斷開(kāi)的間距是100毫米。通過(guò)這樣的方式，就可以讓混凝土抗拉強(qiáng)度得以進(jìn)一步提升，使其具備足夠的強(qiáng)度來(lái)抵御徐變應(yīng)力作用[3]。

表1 防裂貼工作的作用與原理總結(jié)

2.4 進(jìn)一步降低或消除局部應(yīng)力對(duì)混凝土的集中影響

為了有效預(yù)防邊角應(yīng)力集中的情況而造成的混凝土裂縫，在設(shè)計(jì)面層的井、坑等預(yù)留孔洞時(shí)，應(yīng)該將用來(lái)加固的鋼筋網(wǎng)片設(shè)置在可能會(huì)有裂縫產(chǎn)生的位置，這樣就可以避免邊角位置的局部集中應(yīng)力所造成的裂縫情況。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在進(jìn)行碼頭胸墻以及面層的混凝土施工過(guò)程中，一定要全面了分析出混凝土裂縫形成的原因，然后根據(jù)實(shí)際的施工情況，采取針對(duì)性的措施來(lái)加以控制。這樣才可以讓混凝土裂縫情況得到合理控制，提升碼頭胸墻以及面層的混凝土施工質(zhì)量。這對(duì)于當(dāng)今港口運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的提升都將起到十分積極的促進(jìn)作用。