趙明時，劉愛國

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，天津 300222）

引 言

保護海洋生態(tài)環(huán)境，建設(shè)海洋強國，成為我國海洋發(fā)展的基本策略之一[1]。海洋運輸在我國乃至全世界運輸行業(yè)都扮演了重要的角色[2]。與傳統(tǒng)散雜貨運輸相比，港口集裝箱運輸具有貨損率及運營成本低、裝卸效率及裝載密度高、船舶周轉(zhuǎn)快、綠色環(huán)保、碼垛規(guī)范等特點，目前我國正在逐步打開集裝箱運輸這一新型物流方式的大門，這也是我國與全球集裝箱運輸接軌的重要保證之一[3,4]。

目前，國內(nèi)港口集裝箱碼頭面層大多采用混凝土結(jié)構(gòu)。國內(nèi)混凝土面層多使用于機場跑道及低等級公路等，而混凝土面層存在最大的通病就是裂縫問題。對于碼頭混凝土面層而言，裂縫不但影響碼頭的觀感質(zhì)量，還直接影響碼頭的耐久性。雖然，國內(nèi)外對于裂縫的實驗研究、開裂機理、計算方法及設(shè)計標準有了較為深入的研究，但是裂縫仍然是混凝土面層最難以克服的頑疾之一[5]。目前制約混凝土面層發(fā)展的桎梏之一就是其施工水平不能滿足裂縫理論的研究和發(fā)展，所以有必要對碼頭混凝土面層的施工方法進行合理及科學(xué)的選擇，以解決混凝土面層的裂縫問題。

1 工程背景

1.1 工程概況

唐山港京唐港區(qū) 23#～24#集裝箱泊位碼頭工程位于京唐港區(qū)三港池南側(cè)岸線東段，為兩個新建 7萬t級專業(yè)化集裝箱碼頭，碼頭結(jié)構(gòu)按照10萬t級集裝箱船設(shè)計，采用全遮簾式地連墻板樁結(jié)構(gòu)方案，如圖1所示。兩個泊位的碼頭設(shè)計長度為660 m，工程投資約1.8億元。碼頭前沿60 m范圍內(nèi)設(shè)計采用現(xiàn)澆混凝土面層結(jié)構(gòu)，混凝土面層厚度為350 mm，彎拉強度為R5.0 MPa級，面層結(jié)構(gòu)總面積約32 500 m2。

圖1 板樁碼頭結(jié)構(gòu)斷面示意

1.2 技術(shù)背景

通過對以往類似工程的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，混凝土面層施工常見的質(zhì)量問題主要集中在強度、平整度、板厚、相鄰板高差及裂縫幾方面。特別是在使用過程中，由于外部荷載（如路面機械設(shè)備運輸、堆放等荷載）的作用，這些質(zhì)量問題會進一步加劇，不但降低碼頭的觀感度，嚴重者會威脅面層結(jié)構(gòu)的使用安全和使用壽[6]。

根據(jù)京唐港區(qū) 26#～27#集裝箱泊位碼頭工程的混凝土面層施工質(zhì)量問題調(diào)查統(tǒng)計分析可知。在調(diào)查范圍內(nèi)30 000 m2的混凝土面層施工質(zhì)量問題中，以裂縫為主，裂縫缺陷率（裂縫缺陷率為在混凝土面層澆筑結(jié)束后需要重新處理的面積占總面積的比率）占總面積的4.28 %；其次為板厚不足，其處理面積為0.58 %；再次為相鄰板高差，其處理面積為0.31 %；其它問題，其處理面積為0.07 %，見表1。由統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，26#～27#集裝箱泊位碼頭混凝土面層施工質(zhì)量問題主要為裂縫缺陷率過高，占質(zhì)量問題總數(shù)的82 %。因此，在京唐港區(qū)23#～24#集裝箱泊位碼頭工程混凝土面層施工中，為了提高碼頭混凝土面層驗收的合格率，保證碼頭的觀感質(zhì)量和耐久性，必須對碼頭混凝土面層裂縫在施工階段進行嚴格控制。

表1 質(zhì)量問題調(diào)查

2 裂縫施工質(zhì)量控制重點分析

圖2 事故頻率

裂縫的產(chǎn)生是材料、人員、技術(shù)及外界因素等各種原因引起的，這里不再一一贅述。根據(jù)相鄰工程的經(jīng)驗，水泥用量、混凝土養(yǎng)護及割縫是影響產(chǎn)生裂縫的主要原因。其中水泥用量占事故頻率的41 %，混凝土養(yǎng)護占事故頻率的25 %，割縫占事故頻率的18 %，其余（人員素質(zhì)、設(shè)備能力、原材料品質(zhì)及晝夜溫差等）占16 %，如圖2所示。由此可見，有效解決水泥用量、混凝土養(yǎng)護及割縫問題，可以大幅度減少裂縫的產(chǎn)生。

2.1 水泥用量的控制和分析

社會生產(chǎn)的工業(yè)化和集約化促使了現(xiàn)代混凝土向高性能的方向發(fā)展，特別是研磨工藝的不斷進步和混合材料的不斷研制，更加穩(wěn)固了混凝土在高強度方向發(fā)展的基礎(chǔ)?？刂瞥瞿ニ啾缺砻娣e是目前許多水泥廠家普遍使用的提高水泥強度的方法。然而根據(jù)多年施工經(jīng)驗，隨著水泥市場的發(fā)展，雖然混凝土面層強度更容易保證，但是混凝土面層放熱速率過快，過早劣化的現(xiàn)象較為嚴重，特別是后期裂縫明顯較多。雖然，我們不能改變水泥市場的發(fā)展規(guī)律，但是我們可以適當調(diào)配水泥用量，以達到降低混凝土面層放熱速率，減少混凝土面層裂縫的目的。

根據(jù)以往工程及現(xiàn)場大量的試驗，混凝土的配合比在保證設(shè)計強度要求的前提下，適當調(diào)配水泥用量，并加以減水劑、粉煤灰及礦粉等，可以降低水化熱，增強混凝土的抗裂能力，減少裂縫的產(chǎn)生，見表2。

表2 R5.0現(xiàn)澆混凝土配合比試驗統(tǒng)計

根據(jù)配合比試驗，可以將不同水泥用量條件下的混凝土工作性能比較如下：

1）配合比A水泥摻量較大，水化熱高，澆筑后混凝土內(nèi)外溫差大，混凝土面層出現(xiàn)裂縫較多，并且彎拉強度遠超過設(shè)計要求，不經(jīng)濟；

2）配合比B水泥用量適中，所選定原材料及摻量、坍落度、和易性均滿足施工操作的要求，內(nèi)表溫差小，試驗后混凝土表面裂縫較少，且實測彎拉強度滿足設(shè)計要求；

3）配合比C水泥用量較小，粗骨料偏高，雖然裂縫數(shù)量也不是很多，但是實測混凝土彎拉強度剛剛達到設(shè)計要求，富裕系數(shù)較低，混凝土面層彎拉強度質(zhì)量風(fēng)險較大。

雖然減少水泥用量可以降低混凝土面層的水化熱，從而達到減少混凝土面層裂縫的目的，但是大量削弱水泥用量會對混凝土彎折強度造成不利的影響。另一方面，與以往工程相比，雖然水泥用量較少，但是混凝土塌落度較大，降低了現(xiàn)場施工難度。然而在追求施工便利的情況下，高塌落度會使混凝土在凝固過程中損失更多的水分，這也加劇了混凝土面層裂縫的產(chǎn)生，根據(jù)現(xiàn)場條件，經(jīng)過多次試驗，選擇混凝土坍落度為70～90 mm，能有效控制混凝土面層開裂。綜合以上分析，選定B為最佳施工配合比。

2.2 混凝土養(yǎng)護的控制和分析

由于本工程施工季節(jié)為夏季，氣溫較高，且海邊大風(fēng)天氣較多，混凝土面層澆筑后水分蒸發(fā)快，容易形成面層脫水現(xiàn)象，不利于混凝土面層表層的水化反應(yīng)，降低表層強度；同時，水分的快速流失會使混凝土面層急劇收縮，產(chǎn)生大量裂縫。因此，在混凝土面層澆筑過程中，混凝土養(yǎng)護必須在澆筑完成后立即進行，防止出現(xiàn)干縮裂縫。下面主要對混凝土養(yǎng)護時間進行試驗，如圖3所示。

圖3 混凝土養(yǎng)護時間

本工程施工時正處于夏季，平均氣溫達30 ℃，白天最高溫度達 38 ℃，混凝土面層采用淡水浸泡養(yǎng)護方法，每間隔4 h補充淡水一次，養(yǎng)護時間確定為15天，派專人負責(zé)養(yǎng)護，并填寫?zhàn)B護記錄表，做好養(yǎng)護期的成品保護工作，確保養(yǎng)護質(zhì)量。當然混凝土養(yǎng)護時間不能一概而論，要根據(jù)不同工程而定，特別是要注意施工所在季節(jié)的溫度。

2.3 割縫的控制和分析

碼頭混凝土面層裂縫的控制要靈活地運用“抗放”結(jié)合、以“抗”為主、以“放”為輔的原則[7]。所謂“抗”即限制裂縫的產(chǎn)生，例如減少水泥用量、保證混凝土養(yǎng)護時間等。所謂“放”即主動讓其產(chǎn)生“人為”裂縫（即割縫），以釋放混凝土面層表面應(yīng)力，減少其它位置的裂縫產(chǎn)生，從而達到控制混凝土面層裂縫的目的。在施工中，主要通過割縫時間和割縫深度來控制混凝土面層裂縫缺陷率，見表3。

表3 割縫控制統(tǒng)計

從表3可知：

1）割縫時間過早，混凝土凝固不充分，切割機的振動會在割縫過程中破壞振動范圍內(nèi)的混凝土面層，加劇裂縫的產(chǎn)生，甚至?xí)绊懟炷撩鎸訌姸?；割縫時間過晚，混凝土水化熱基本釋放完成，切縫作用不明顯。

2）割縫深度過淺，不能充分釋放混凝土在水化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，達不到割縫的目的；割縫深度過深，勢必造成切割時間較長，振動會加速周圍裂縫的產(chǎn)生，同時會影響面層結(jié)構(gòu)的受力。

通過嚴格控制混凝土面層割縫時間和割縫深度，本工程割縫時間控制在50 h左右，割縫深度為10 cm，最大限度的避免了混凝土錯過最佳割縫時間和割縫深度不到位的情況，進而有效的減少了混凝土面層裂縫缺陷的產(chǎn)生。

3 裂縫施工質(zhì)量控制效果

表4 控制效果調(diào)查

京唐港區(qū) 23#～24#集裝箱泊位碼頭工程的混凝土面層施工完成后，對施工范圍內(nèi)32 500 m2的混凝土面層施工質(zhì)量問題進行調(diào)查，見表 4。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，雖然混凝土面層質(zhì)量問題仍然以裂縫為主，但是裂縫缺陷率降低為1.75 %，且總裂縫缺陷率降低至2.63 %。也就是說，混凝土面層施工時在水泥用量、混凝土養(yǎng)護及割縫三方面進行控制可以有效減少裂縫缺陷率，從而降低混凝土面層總體不合格率。從經(jīng)濟方面考慮，本工程混凝土面層修復(fù)面積僅為 855 m2，修復(fù)面積降低了2.61 %（約848 m2），減少損失約12萬元。

4 結(jié) 論

1）在碼頭混凝土面層施工中，適當減少水泥用量可以減少裂縫的產(chǎn)生，同時不能忽略塌落度對混凝土裂縫的影響；混凝土面層澆筑完成后必須根據(jù)季節(jié)、養(yǎng)護方法等不同條件進行及時養(yǎng)護，以減少裂縫的產(chǎn)生；控制割縫時間和割縫深度，可以主動減少混凝土面層不規(guī)則裂縫的產(chǎn)生。

2）裂縫是碼頭混凝土面層施工質(zhì)量的重點控制對象之一，它直接影響到碼頭混凝土面層的驗收合格率和施工企業(yè)的經(jīng)濟效益。通過對碼頭混凝土面層裂縫的研究，切實降低了京唐港區(qū) 23#～24#集裝箱泊位碼頭工程混凝土面層的裂縫缺陷率，從而提高了碼頭混凝土面層的觀感質(zhì)量和耐久性，且降低了混凝土面層的維修成本。

3）混凝土面層裂縫施工質(zhì)量的控制，不僅僅關(guān)系到碼頭面層結(jié)構(gòu)形式的選擇，特別是有利于集裝箱碼頭的維護和美觀，還為混凝土面層設(shè)計理論和施工技術(shù)相互平衡提供了寶貴的實踐經(jīng)驗，同時為混凝土面層應(yīng)用于高等級公路等其它類似工程提供了參考和依據(jù)，為打破混凝土在面層結(jié)構(gòu)工程中應(yīng)用的局限性奠定了基礎(chǔ)。