1 中船第九设计研究院工程有限公司 上海 200090；2 上海海洋工程和船厂水工特种工程技术研究中心 上海 200090
摘要：高桩码头面层裂缝为码头施工的通病之一。本文简要分析其产生的原因，并结合天津某高桩码头面层裂缝的防控措施，提出相应的改进方法。
关键词：高桩码头，面层裂缝，产生原因，防控措施，改进方法
近年来，随着港口建设的不断发展，高桩码头作为一种常见的码头结构形式，以其适用于较厚软土地基的优点，在全国范围内得到了广泛地应用与发展。高桩码头施工工艺及技术已日趋成熟，但码头面层裂缝问题却一直难以彻底解决。本文结合笔者参建的天津某高桩码头施工经验，分析其在施工过程中所采取的防裂措施，并提出一些改进方法。
1 工程概况
天津某5000吨级工作船码头，岸线长度200米，前方承台宽14.96米。前方承台通过2座长34.28米，宽9米的引桥与后方陆域相连。
该码头采用高桩梁板式结构，码头平台自下而上为桩基、桩帽、预制安装横梁、预制安装纵梁、预制安装面板及现浇面层等。现浇面层混凝土标号为C30，厚度为100mm-130mm的素混凝土结构。码头上设有系船柱及水管支座预埋件等。
2 高桩码头面层裂缝种类及成因
裂缝是固体材料中的某种不连续现象。裂缝的种类很多，产生的原因也较为复杂，由于高桩码头面层结构的特殊性，其裂缝的产生有其自身的规律。成因主要有：
首先是由外荷载作用引起的裂缝。高桩梁板码头相对于其他结构形式的码头，构件数量多，连接部位多，面层跨度大，且各部位成型时间、温度、外荷载等存在很大的差异。同时码头面层为近似薄壳结构，整体刚度偏小，比较脆弱，对环境变化的敏感性高，部分地方易应力集中，结构徐变及使用环境等因素都可引起结构性裂缝。从分布特征来说，该种裂缝为有规则的沿着预制板缝，纵、横梁两边或应力集中的地方。
其次是由变形变化引起的裂缝，如温度变化、收缩、膨胀、化学作用、不均匀沉降等因素引起的裂缝。从分布特征来说，该种裂缝为走向不规则、深浅不一的网状裂缝。
最后是由施工操作如脱模、养护、吊装等引起的裂缝。
3 天津某高桩码头面层裂缝的防控措施
该码头在施工前对引桥区域及岸坡部位的软土地基进行了水下真空预压处理，对于码头整体稳定性起到了良好的作用，很大程度上消除了码头结构性沉降导致的面层混凝土的结构性裂缝。针对码头面层易裂的特点，本工程采取了一些措施，在一定程度上减少了面层混凝土的裂缝。
3.1 预埋钢筋网片减少应力集中
码头共有14个系船柱，在系船柱周围铺设钢筋网片。本工程面层设计厚度为100mm-130mm，保证其保护层厚度在50mm以上。钢筋网片筛孔大小比混凝土粗骨料最大粒径稍大，选用30mm×30mm（粗骨料最大粒径为25mm）。钢丝网在面板上打入小锚杆固定。
3.2 混凝土配合比控制
面层混凝土配合比是控制面层裂缝的一个重要因素。混凝土配合比设计原则是在保证混凝土设计标号和施工可操作性的基础上，尽量降低水泥用量、水灰比，以减小混凝土干缩量，提高混凝土早期抗拉强度。混凝土配合比中选用水化热相对较小的天津山水东岳牌普硅42.5水泥，掺用UBM-1高效减水剂和可改善混凝土性能增强抗裂能力的纤维素纤维等。每m3面层混凝土材料用量如表1所示。
表1 混凝土配合比表（kg）
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3.3 混凝土浇筑过程控制
（1）铺洒水泥净浆。面层混凝土浇筑前用空压机将面板上的杂物吹净，均匀洒上与面层混凝土水灰比相同的水泥净浆，以提高新老混凝土的粘结力，防止面层产生空鼓现象。
（2）混凝土振捣。混凝土振捣采用φ50mm振捣棒振捣密实，用震动梁震动提浆，用长滚杠整平压浆，最后用铝合金刮杠刮平。
（3）混凝土抹面。抹面采用抹面机进行抹面，效率高，且均匀度较好，有利于控制抹面质量，边、角处配合人工抹面以提高表观质量。
（4）混凝土拉毛。光面交活后，用软毛刷进行拉毛处理，可释放表面应力，有助于减少龟裂现象。拉毛时机一般在混凝土表面无明显粘手现象时进行，深度宜在1mm左右。
3.4 混凝土浇筑后控制
（1）混凝土养护。养护是防止混凝土产生裂缝的一项重要措施。面层混凝土浇筑后，混凝土用手指压后无痕迹时采用塑料薄膜上面再覆盖湿无纺布的方法养护，养护时间不少于14d。塑料薄膜覆盖可有效阻止混凝土水分蒸发，保证水泥充分水化。湿无纺布起到保温保湿和压住塑料薄膜的作用。
（2）锯缝。锯缝位置为板缝两边、各条施工缝及大板中央，面层分块尺寸控制在3.5m*2.5m以内。锯缝时间在混凝土强度达到10MPa后用切缝机锯缝，深度宜为面层厚度的1/3以上，并不小于40mm，缝宽为4mm。
4 改进方法
4.1 经检查该码头局部区域出现了结构性裂缝
在泄水孔及水管基础预埋件周围出现些许裂缝，为应力集中所致，建议在此处加设钢筋网；部分边角处锯缝机无法锯到的位置出现了结构性裂缝，建议在用锯缝机锯缝时应配合使用手持式小锯缝机。
4.2 该码头混凝土面层大多数裂缝为走向不规则的网状裂缝
建议改进措施如下：
（1）原材料质量控制：水泥优先选用低水化热、碱含量低、微膨胀水泥，水泥熟料中C3A的含量宜控制在10%以内。粗骨料宜选用级配良好、弹性模量高并经刷洗过的最大粒径不大于31.5mm的碎石，并严格控制含泥量，要求碎石的含泥及石粉最高含量小于0.6%，针片状含量小于7%。细骨料宜选用细度模数在2.6以上的中粗砂，优先选用清洁不含杂质的优质河砂。掺合料应加入Ⅱ级以上粉煤灰，粉煤灰对混凝土收缩有一定的改善作用，且可提高混凝土的粘聚性和整体性，并对混凝土面层“起粉”、“起砂”无影响，推荐粉煤灰掺量为水泥用量的8%-20%；纤维素纤维选用比表面积大、分散性好的纤维，长度宜满足分散性和抗裂性要求，推荐掺入量为0.9kg/m3。减水剂选用与水泥相匹配、满足最小用水量，并适应现场施工条件的高效减水剂。在收缩和变形较大的部位加入适量膨胀剂。
（2）配合比优化：该码头面层混凝土设计塌落度为160-180mm。设计塌落度过大，可塑性差，一经振捣，混凝土中石子下沉，水泥砂浆上浮，加之面层施工期为春季，海风较大而干燥，混凝土收缩量大，表面水分蒸发快，自由水逸出使混凝土表面产生裂缝。建议适当降低其塌落度，并为降低水泥水化热和提高面层抗裂性能，建议添加适量优质粉煤灰，相应减少水泥用量。
（3）纤维素纤维搅拌顺序的改进：先将砂、石、纤维素纤维搅拌，再加入水泥和水搅拌成纤维砼。纤维素纤维在与砂石的干拌中被强烈分散，分散性好。搅拌时间建议比一般普通砼搅拌延长30s左右，即延长至150s。
（4）建议在浇筑混凝土前，提前24h铺无纺布洒水湿润，可减少面板对面层混凝土水分的吸收，防止混凝土水灰比的改变，也可降低预制板顶面的温度，有效减小面层现浇混凝土与预制板的温差。
4.3 科学控制锯缝时间
由于混凝土强度增长与时间、温度等因素有关，强度达到10MPa所需时间仅凭经验来控制，而造成面层部分区域锯缝时间偏晚，局部出现了贯穿切缝两侧的裂缝。建议可采用成熟度理论来确定锯缝时间，不同养护温度条件下的混凝土强度与混凝土的成熟度存在一定的关系。
成熟度计算公式：
M=Σ（t+15）*△T…………（1）
式中：t为养护温度（℃）；△T为t温度养护的持续时间（h）。
混凝土的强度与成熟度之间的关系式为：
R=faeb/M……………………（2）
式中：R为推算强度（MPa），此处取10MPa；f为修正系数，取0.869；a，b为按混凝土强度等级、水泥、外加剂确定的常数，a=37，b=-1170。
由此便可确定锯缝时间。
5 结束语
天津某高桩码头面层裂缝大多都是不影响码头使用的，但却严重影响到了其外观质量。目前修补的方法有很多，但却不是效果不太好，就是费用高昂，因此裂缝防控便显得十分重要。码头面层裂缝问题比较复杂，产生的原因也是多方面的。结合其产生的原因，有针对性的采取相应的防控措施，裂缝是可以减少甚至避免的。
参考文献：
[1]徐志栓.高桩码头面层裂缝的结构性成因分析.水运工程，2009，（11）
[2]秦飞.高桩码头混凝土面层裂缝的预防措施.中国港湾建设.2011，（6）
[3]冯守中，王喆，季景远.码头面层裂缝的分析及预防措施.中国港湾建设.1999（2）
作者简介：丁文静（1989.02- ），男，工程师，从事港口和岩土工程设计。