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港口作為臨海城市綜合運(yùn)輸?shù)闹匾獦屑~，已成為全球貨物供應(yīng)鏈上不可替代的重要節(jié)點(diǎn)。梁板式高樁碼頭是我國港口建設(shè)以來應(yīng)用最為廣泛結(jié)構(gòu)之一，大型高樁碼頭建設(shè)工程通常包含碼頭泊位本身、與碼頭相連的引橋以及后方供貨物裝卸、裝運(yùn)和臨時(shí)堆放的陸域堆場(chǎng)三個(gè)主要部分。港區(qū)道路作為供流動(dòng)機(jī)械設(shè)備、大型運(yùn)輸車輛的通道，交通繁重，往往具有重載交通特性。水泥混凝土路面是港區(qū)道路最常見形式，但由于水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層影響因素多、控制難度大、材料質(zhì)量對(duì)外部環(huán)境敏感等缺點(diǎn)，使港區(qū)道路路面開裂成為了目前普遍存在的質(zhì)量病害。裂縫的存在不僅影響了外觀質(zhì)量，尤其在港區(qū)重載車輛、雨水的長期作用下還會(huì)造成不同形式的破壞，如：裂縫加劇、板塊錯(cuò)臺(tái)、網(wǎng)狀開裂等，致使水泥混凝土道路維修困難的弱點(diǎn)在港口進(jìn)一步凸顯。

港區(qū)水泥混凝土路面開裂是長期困擾工程技術(shù)人員難題，本文基于陽江港碼頭工程實(shí)例進(jìn)行研究，通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)對(duì)裂縫的成因進(jìn)行分析，并將提出的預(yù)防措施和處理方法應(yīng)用于道路的施工中，總結(jié)了一系列切實(shí)有效的預(yù)防混凝土路面開裂措施，為港區(qū)水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)施工提供了質(zhì)量保證。

1.港區(qū)道路的結(jié)構(gòu)形式

陽江港碼頭工程港區(qū)道路結(jié)構(gòu)層由面層、基層、底基層從上至下依次組成，荷載傳遞路徑明確。首先由面層直接承受車輛在行駛過程中車輪軸載重的動(dòng)態(tài)荷載作用和自然因素影響，此時(shí)，面層作為道路結(jié)構(gòu)的直接承重層。然后，由設(shè)置在面層之下的基層作為主要承重結(jié)構(gòu)，與面層一起將荷載傳布到底基層。最后通過作為次要承重結(jié)構(gòu)的底基層將承受的荷載作用傳遞至路基，從而減小路基頂面的壓應(yīng)力。如圖1所示，其中，底基層采用級(jí)配碎石材料，為柔性材料結(jié)構(gòu)層，具有滲透性好、適應(yīng)性強(qiáng)、加強(qiáng)承載力、分散路基應(yīng)力以及改善基層水溫狀態(tài)等特點(diǎn)。而基層采用水泥穩(wěn)定碎石半剛性材料，具有成本低、整體性好等特點(diǎn)，但對(duì)濕度、溫度較敏感。港區(qū)道路因交通流量大、車輛速度快以及常年受重載超載運(yùn)輸車輛的作用，因此對(duì)路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和行車安全性都有較高的要求。為了確保港區(qū)道路的正常使用年限，其面層往往較平常公路面層厚，本文研究的陽江港碼頭工程，其港區(qū)道路混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35，厚度為40cm。

圖1 港區(qū)道路結(jié)構(gòu)

港區(qū)道路為多層板面結(jié)構(gòu)，在澆筑混凝土面層時(shí)，水泥漿會(huì)滲入混合料基層表面一定深度，凝固后使基層與面層粘結(jié)成整體。但隨著混凝土產(chǎn)生的收縮、溫度變形以及混凝土面層被分割多塊尺寸均勻的矩形板后導(dǎo)致粘結(jié)層破壞，從而使面層與基層相互分離，因此，港區(qū)道路結(jié)構(gòu)層之間呈彼此分離狀態(tài)。

港區(qū)道路排水系統(tǒng)因道路直接與堆場(chǎng)銜接，所以通常采用路表引流匯集排水的方式，通過路拱橫坡將雨水匯集到分布在路面兩側(cè)的篦井中。雨水井一般設(shè)置在路中間，篦井通過橫向排水管與雨水井連接，雨水井間再通過豎向排水管相連形成了港區(qū)道路排水網(wǎng)，但由于排水井的存在，造成了其所處的路面板塊呈凹形。

上述對(duì)港區(qū)道路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析表明，港區(qū)道路路面屬于大體積混凝土面層，大體積混凝路面在施工、養(yǎng)生階段導(dǎo)致界面破壞作用的應(yīng)力有：干縮、溫縮以及由溫度產(chǎn)生的翹曲應(yīng)力，其中，干縮和溫縮應(yīng)力起主要作用。開放交通后，車輛荷載成為造成路面結(jié)構(gòu)破壞的主要應(yīng)力，當(dāng)面層受載后，動(dòng)態(tài)荷載、隨機(jī)荷載及自重等將層層傳遞至無限深的路基，無論是哪一結(jié)構(gòu)層質(zhì)量出現(xiàn)問題都將影響路面使用功能。此外，港區(qū)道路功能層間層層分離，即面層與基層間存在一定的縫隙，這將進(jìn)一步加劇基層水毀的危害。

2.港區(qū)道路混凝土裂縫的特征

水泥混凝土開裂形式多樣，由于時(shí)間上的差異，水泥混凝土路面開裂按時(shí)間段可分為早期、使用階段和后期階段，早期裂縫的產(chǎn)生往往是加劇自身和導(dǎo)致其他階段板塊破壞的重要因素。根據(jù)裂縫深度和貫穿板厚度的差異，大致上分為表面裂縫和板塊貫穿裂縫兩種形式。按影響成因及外部因素可分為沉降裂縫、干縮裂縫、溫度裂縫、施工裂縫等。另外，按裂縫在水泥混凝土路面的延伸方向，除縱橫向裂縫外還存在斜向裂縫、交叉裂縫和圓弧形裂縫等。

在陽江港碼頭工程港區(qū)道路對(duì)裂縫分布觀測(cè)中，裂縫以橫向裂縫和縱向裂縫為主，其中，橫向裂縫的出現(xiàn)位置主要為篦井、雨水井處，即路面板塊港區(qū)道路凹形處。并且此種裂縫的出現(xiàn)時(shí)間通常為澆筑完后的1～3d，通過道路側(cè)面觀查，橫向裂縫貫穿板厚導(dǎo)致斷板，其寬度可達(dá)1～3mm。而縱向裂縫主要集中在路面板塊中間部位，裂縫開始時(shí)為細(xì)微裂縫，但隨著交通的開放，裂縫就會(huì)沿著板塊沿長度方向發(fā)展直至縱向貫穿整個(gè)板塊并不斷加寬。

3.路面裂縫產(chǎn)生的原因

為了深入探究陽江港碼頭工程港區(qū)道路開裂的原因，因此對(duì)個(gè)別開裂板塊進(jìn)行了鑿除，鑿除后發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)開裂板塊所處基層完好，個(gè)別基層表面存在裂縫，且其裂縫與板塊裂縫位置幾乎重疊。本文結(jié)合港區(qū)道路結(jié)構(gòu)以及開裂特征，分析如下：

（1）路基發(fā)生沉降導(dǎo)致港區(qū)道路開裂。我國沿海碼頭后方區(qū)域原地質(zhì)土層絕大多數(shù)為淤泥、淤泥質(zhì)土、黏土等軟土地質(zhì)，軟基處理固結(jié)后再通過換填、碾壓形成道路堆場(chǎng)陸域路基，并在施工路面結(jié)構(gòu)前先對(duì)排水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行開挖、埋設(shè)及回填土壓實(shí)等工序。因此，當(dāng)軟基處理效果達(dá)不到預(yù)期，或者管網(wǎng)開挖處回填土采用開挖出的原狀軟土，以及管網(wǎng)開挖回填處壓實(shí)度不滿足要求都可能導(dǎo)致路基發(fā)生不均勻沉降，之后反射至底基層與基層，最終使水泥混凝土路面產(chǎn)生裂縫。

（2）基層裂縫與水毀作用導(dǎo)致港區(qū)道路開裂。良好的基層結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足剛度、強(qiáng)度和平整度要求，能為道路板面提供均勻的底部支承，并應(yīng)具有足夠的水穩(wěn)定性和抗沖刷能力。一方面，當(dāng)半剛性基層由于施工不規(guī)范而產(chǎn)生干縮、溫縮裂縫，其強(qiáng)度在外界因素下加劇下降，隨著時(shí)間推移、行車荷載作用下導(dǎo)致基層裂縫不斷擴(kuò)大，致使裂縫反射上層或混凝土面板在受荷時(shí)承受超過自身彎拉強(qiáng)度的應(yīng)力，從而促使路面產(chǎn)生裂縫；另一方面，港區(qū)道路在投入使用過程中，密封性的不良導(dǎo)致水分進(jìn)入路面結(jié)構(gòu)層，作用在結(jié)構(gòu)層內(nèi)的水對(duì)基層造成了沖刷破壞，使其強(qiáng)度降低，進(jìn)而影響路面結(jié)構(gòu)承載力。此外，在港區(qū)繁多的重載車輛反復(fù)作用下，基層與面層間的水就會(huì)形成具有較大壓力與速度的水流，水流不斷沖刷基層混合料并使其從縫隙中噴出，最終導(dǎo)致板塊脫空從而使港區(qū)道路開裂。

（3）水泥混凝土路面澆筑完成后產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力導(dǎo)致開裂。前述介紹過在重載交通下的港區(qū)道路面層具有較厚的特性，一次性施工面積較大，屬于大體積混凝土施工范疇，而溫度裂縫普遍被認(rèn)為是大體積混凝土構(gòu)件的主要病害之一。水泥混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì)，澆筑完成的混凝土路面，由于水泥水化熱作用而不斷放出熱量使施工完成的路面溫度上升。大量試驗(yàn)研究表明：在水泥混凝土硬化可承受的范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)溫度上升1℃，每米就會(huì)膨脹1mm。溫度變形對(duì)大體積混凝土質(zhì)量控制極為不利，因?yàn)楫?dāng)路面體積較大時(shí)，水泥產(chǎn)生熱量會(huì)聚集路面內(nèi)部不易散發(fā)，導(dǎo)致混凝土路面內(nèi)部溫度越積越高，使其內(nèi)部混凝土產(chǎn)生了顯著的膨脹變形。此外，混凝土路面在濕水覆蓋養(yǎng)護(hù)的條件下，隨著夜晚外部氣溫降低而收縮，因內(nèi)外溫差過大水泥混凝土路面就會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)超過混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)導(dǎo)致水泥混凝土路面開裂。

（4）水泥混凝土路面澆筑前未充分潤濕基層及養(yǎng)護(hù)不當(dāng)導(dǎo)致路面開裂?；炷谅访鏉仓笆紫葘?duì)基層面清理和潤濕，這是混凝土路面澆筑前必不可少的工序。但由于水泥穩(wěn)定碎石基層具有較強(qiáng)的吸水能力，在基層未充分潤濕就澆筑的情況下，基層將會(huì)對(duì)澆筑完成后的混凝土路面底部進(jìn)行“吸水”，從而造成混凝土內(nèi)部水分減少；受港口海洋環(huán)境影響，若混凝土澆筑完后沒有及時(shí)覆蓋、充分養(yǎng)護(hù)，其表面的水分蒸發(fā)將加快，以至于超過了混凝土泌水的速度，致使表面干燥收縮較快。因此，由基層未充分潤濕及養(yǎng)護(hù)不及時(shí)造成的混凝土水分流失，在得不到補(bǔ)充的情況下，都將進(jìn)一步加劇內(nèi)外溫度差和干燥收縮從而導(dǎo)致路面開裂。

（5）水泥混凝土路面因截面突變導(dǎo)致應(yīng)力集中導(dǎo)致路面開裂。裂縫分布觀測(cè)表明，橫向裂縫在港區(qū)道路兩側(cè)篦井與中間雨水井處呈現(xiàn)規(guī)則性開裂（圖2）。針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了大量的試驗(yàn)段工作，結(jié)果表明，當(dāng)已經(jīng)凝結(jié)硬化的混凝土路面溫度開始下降時(shí)，混凝土路面會(huì)產(chǎn)生收縮，此時(shí)，需要在混凝土路面切割縮縫誘導(dǎo)收縮導(dǎo)致開裂的位置及方向。但由于雨水井、雙篦雨水井修建在路面上，造成水泥混凝土路面截面形狀發(fā)生改變從而導(dǎo)致應(yīng)力集中在截面突變處。因此，若當(dāng)路面切縫深度較淺、切縫不及時(shí)或切縫位置離篦井、雨水井較遠(yuǎn)時(shí)，切縫的引導(dǎo)裂縫效果較截面突變處的引導(dǎo)裂縫效果差，最終致使開裂位置出現(xiàn)在井邊。

圖2 井邊裂縫

4.港區(qū)厚板道路開裂預(yù)防措施關(guān)鍵點(diǎn)

結(jié)合陽江港碼頭工程港區(qū)道路開裂原因分析，路面裂縫的產(chǎn)生既有內(nèi)部因素又有外部因素，因此，預(yù)防措施的制定與實(shí)施應(yīng)綜合考慮。本文在一般的混凝土質(zhì)量控制的基礎(chǔ)上，結(jié)合港區(qū)道路結(jié)構(gòu)和裂縫開裂特點(diǎn)提出以下幾點(diǎn)預(yù)防措施關(guān)鍵點(diǎn)：

（1）提高路基承載力。良好的基底承載力是保證路基穩(wěn)定性和減小工后沉降的關(guān)鍵與前提。所以，應(yīng)加強(qiáng)港口陸域軟基處理施工監(jiān)控與固結(jié)質(zhì)量檢測(cè)工作，選用水穩(wěn)性好、強(qiáng)度高的粒料材料作為路基表層并提升壓實(shí)度。對(duì)管網(wǎng)開挖處，選用優(yōu)質(zhì)填土材料回填或原狀土摻灰處理之后再用壓實(shí)機(jī)具壓實(shí)，以防止出現(xiàn)路基壓實(shí)度不均現(xiàn)象，使路基承載力滿足要求。

（2）提高基層施工技術(shù)，確保其承載力與穩(wěn)定性。在施工過程中，應(yīng)從配合比、攪拌、運(yùn)輸卸料、攤鋪、碾壓及養(yǎng)護(hù)加以控制，并做好后期的檢測(cè)工作。多年工程經(jīng)驗(yàn)表明，碾壓工藝是決定基層質(zhì)量的關(guān)鍵，集料在檢測(cè)含水率接近最佳含水率情況下壓實(shí)，宜采用重型壓路機(jī)先靜后動(dòng)使基層形成密實(shí)骨架結(jié)構(gòu)，再采用膠輪壓路機(jī)將表面粒料揉搓緊密的機(jī)械組合方式。若混合料在養(yǎng)生過程中出現(xiàn)裂縫，需對(duì)基層裂縫采用灌縫、鋪灑熱改性瀝青等方式處理。

（3）控制切縫的時(shí)間與深度，確保填縫質(zhì)量。一方面，大體積混凝土路面更應(yīng)嚴(yán)格控制澆筑后的切縫時(shí)間和深度，及時(shí)解除板塊路面應(yīng)力限制，釋放應(yīng)力從而避免路面開裂。以切縫時(shí)間不大于10h，切縫深度為1/3～2/5板厚的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，并對(duì)篦井、雨水井位置按設(shè)傳力桿假縫型設(shè)計(jì)縮縫，從而誘導(dǎo)截面突變導(dǎo)致的裂縫在縮縫處開裂。另一方面，為保證港區(qū)道路的密封性，應(yīng)嚴(yán)格控制填縫質(zhì)量，并根據(jù)路面上填縫料的損壞情況及時(shí)清縫和補(bǔ)灌，防止接縫處滲水致使基層水損，提高港區(qū)道路壽命。

（4）優(yōu)化路面板塊施工工藝、強(qiáng)化施工管理、規(guī)范施工行為對(duì)預(yù)防裂縫具有積極作用。例如：使用先進(jìn)的攤鋪設(shè)備；確保澆筑前基層的養(yǎng)護(hù)潤濕與澆筑后的養(yǎng)生、溫度控制按要求實(shí)施；正確使用傳力桿、拉桿；控制混凝土坍落度，振搗到位，同時(shí)確保澆筑連續(xù)性；禁止工人隨意加大拌合用水等等。混凝土路面早期裂縫與施工因素密切相關(guān)，并非單純的技術(shù)問題，防止裂縫的產(chǎn)生很大程度上取決于科學(xué)的施工管理、正確的施工操作規(guī)程。

5.結(jié)論

本文結(jié)合港區(qū)道路結(jié)構(gòu)形式，路面開裂特點(diǎn)，深入的分析了導(dǎo)致港區(qū)道路開裂的原因，并將提出的預(yù)防措施和處理方法應(yīng)用于港區(qū)道路施工中，總結(jié)了一系列切實(shí)有效控制混凝土路面開裂的關(guān)鍵措施，為同類工程道路的裂縫防治提供了施工技術(shù)借鑒與參考。主要結(jié)論與建議如下：

（1）導(dǎo)致混凝土路面裂縫產(chǎn)生的因素，既有單一，也有多種。因此，在對(duì)裂縫的原因進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)綜合分析與研究。

（2）無論是哪一結(jié)構(gòu)層質(zhì)量出現(xiàn)問題都將影響路面使用功能。因此，層層施工質(zhì)量嚴(yán)格控制把關(guān)是鋪筑出高質(zhì)量港區(qū)道路的關(guān)鍵。

（3）港區(qū)道路養(yǎng)護(hù)期，因篦井、雨水井等構(gòu)件造成路面應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象，可通過及時(shí)切縫消除。

（4）優(yōu)化施工工藝，加強(qiáng)溫度控制、及時(shí)養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)化施工管理等對(duì)預(yù)防裂縫的產(chǎn)生具有積極作用。