王正喜，梁 鵬，朱念強(qiáng)，張志勇，劉智盈

（1.山東港口青島港建設(shè)管理中心有限公司，山東青島 266500；2.山東港灣建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東青島 266500）

引言

青島港董家口港區(qū)華能碼頭二期工程的建設(shè)完成，使兩側(cè)泊位順岸相連，形成了完整的規(guī)劃岸線，新增碼頭年通過能力569 萬t。同時(shí)，本工程直沖防波堤口門，碼頭岸線的形成對(duì)后方建筑、場(chǎng)地起到了極大的保護(hù)作用，將不再受風(fēng)浪侵襲，保障了港區(qū)生產(chǎn)、作業(yè)安全進(jìn)行。

本工程沉箱外墻上部設(shè)有多個(gè)消浪孔，其優(yōu)勢(shì)在于可降低波浪的反射力，從而實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于開孔沉箱有著獨(dú)特的消浪單元，使得波浪產(chǎn)生的力發(fā)生非同相位疊加，從而抵消很大一部分受力，減少對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，但開孔沉箱上部胸墻往往因受到波浪影響產(chǎn)生裂縫。本文結(jié)合工程實(shí)例，針對(duì)帶消浪孔沉箱胸墻的裂縫特殊成因與控制措施進(jìn)行針對(duì)性分析。

1 工程概況與特點(diǎn)

1.1 工程概況

本工程位于青島港董家口港區(qū)，建設(shè)2 個(gè)5 萬t級(jí)通用泊位（西側(cè)298 m 碼頭結(jié)構(gòu)按靠泊12 萬t級(jí)船舶設(shè)計(jì)，東側(cè)218 m 碼頭結(jié)構(gòu)按靠泊10 萬t級(jí)船舶設(shè)計(jì)）及相應(yīng)配套設(shè)施。碼頭總泊位長度516 m，分為新建標(biāo)準(zhǔn)段、取水口段、新建過渡段及改造段。主體采用鋼筋混凝土沉箱結(jié)構(gòu)，沉箱上部為23 段胸墻、10 段軌道梁及相關(guān)施工。沉箱后拋填10～100 kg 塊石棱體，其后鋪設(shè)二片石和混合倒濾層。護(hù)舷采用1700H 一鼓一板鼓型橡膠護(hù)舷，系船設(shè)施采用1 500 kN 系船柱。

1.2 工程特點(diǎn)

由于本碼頭正對(duì)防波堤口門，受到風(fēng)浪影響頻率較高，波向主要分布在ESE～SSE 向，頻率約59.52 %左右；其中SE 向?yàn)槌＠讼?，頻率為29.34 %。實(shí)測(cè)最大波高出現(xiàn)在ENE 向，波高為2.5 m，對(duì)應(yīng)平均波周期5.2 s，對(duì)應(yīng)風(fēng)向NW 向，風(fēng)速3.2 m/s。對(duì)本工程施工影響較大。故在設(shè)計(jì)沉箱結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)院采取了帶消浪孔沉箱，以減少波浪對(duì)沉箱的沖擊力。

2 裂縫成因分析

2.1 裂縫常見成因

1）混凝土內(nèi)外溫度差導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自生應(yīng)力裂縫

胸墻澆筑時(shí)，大量的水化熱聚積在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)(混凝土內(nèi)部溫度升達(dá)70 ℃左右)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，造成內(nèi)部與外部溫差較大，熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，混凝士表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。在混凝土的施工中當(dāng)氣溫溫差較大或混凝土受到寒潮襲擊時(shí)，表面溫度急劇下降，產(chǎn)生收縮，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生裂縫。

2）分層澆筑混凝土間產(chǎn)生的約束應(yīng)力裂縫

分層澆筑胸墻混凝土?xí)r，特別是兩層混凝土澆筑間隔時(shí)間較長，下層混凝土完成大部分收縮，其作為一個(gè)剛體對(duì)上層混凝土產(chǎn)生約束，不能自由變形，就會(huì)使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。分層澆筑的胸墻施工縫處理不規(guī)范，上下層間聯(lián)系薄弱時(shí)，容易因上層混凝土收縮變形產(chǎn)生裂縫。

3）混凝土收縮裂縫

混凝土在硬化過程中將產(chǎn)生一定的收縮，當(dāng)水灰比較大、用水量較多時(shí)，混凝土自身的收縮增大。收縮裂縫多發(fā)生在大體積混凝土中，常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，裂縫多為規(guī)則的條狀，很少交叉。

4）應(yīng)力集中裂縫

胸墻上設(shè)有系船塊體和各種工藝管溝，這些塊體和管溝四角處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致在塊體周圍和管溝四角處出現(xiàn)斜向裂縫。

5）混凝土沉縮裂縫

混凝土硬化初期尚處于一定的塑性狀態(tài)，混凝土骨料在自身重力作用下將會(huì)發(fā)生下沉，振搗不密實(shí)的混凝土在硬化的初期也產(chǎn)生一定沉縮，當(dāng)這種沉降受到模板或鋼筋的約束時(shí)，將導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生塑性變形裂縫。

6）混凝土表面干縮裂縫

施工過程中或混凝土后期養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，表層的水分容易散失，過早干燥，將造成混凝土表面出現(xiàn)干縮裂縫?；炷帘砻娴母煽s裂縫不僅與施工條件、養(yǎng)護(hù)情況等有關(guān)，而且也與混凝土的技術(shù)條件有很大關(guān)系。未摻加減水劑、水灰比大、單位體積用水量大和泌水情況嚴(yán)重的混凝土，表面容易產(chǎn)生干縮裂縫。

7）與骨料質(zhì)量有關(guān)的裂縫

砂的含泥量及粒徑對(duì)混凝土干縮也有較大影響，隨著含泥量增大，混凝土收縮增大，抗拉強(qiáng)度降低。石子粒徑加大，混凝土配合比不變情況下，其用水量或水泥用量相應(yīng)減少，混凝土收縮隨之減少。摻入減水劑、緩凝劑和引氣劑等外加劑以改善混凝土性能，增加混凝土抗裂能力。

8）與切縫有關(guān)的裂縫

切縫不及時(shí)，沒有及時(shí)將混凝土收縮應(yīng)力集中到切縫的斷面上。另外，早拆?；虿鹉２划?dāng)以及混凝土硬化前遭受擾動(dòng)或承受荷載等都可能產(chǎn)生裂縫。

2.2 沉箱胸墻裂縫主要成因

上述8 個(gè)原因均可能產(chǎn)生混凝土裂縫，本工程較為特殊，如此前所述，項(xiàng)目受風(fēng)浪影響較大，且大部分沉箱為消浪孔沉箱。波浪可隨沉箱消浪孔進(jìn)入沉箱內(nèi)部隔倉，沉箱頂部安裝預(yù)制蓋板，單塊重量約為24 t。施工中因漲落潮影響，蓋板受波浪頂托力及空氣瞬間壓縮產(chǎn)生位移震動(dòng)。尤其在受到較大風(fēng)浪影響時(shí)，沉箱蓋板會(huì)被波浪頂托力及沉箱腔內(nèi)被海浪瞬間壓縮的空氣頂起。在胸墻澆筑后初期強(qiáng)度上升中，會(huì)經(jīng)歷若干高潮段，在此期間若出現(xiàn)海上風(fēng)浪較大情況，蓋板受到震動(dòng)、位移將會(huì)對(duì)胸墻混凝土產(chǎn)生較大影響，后期極易發(fā)育成裂縫，在混凝土表面表現(xiàn)出來。

2.3 不同沉箱裂縫對(duì)比

通過對(duì)比同一時(shí)間施工、同一施工區(qū)不帶消浪孔沉箱胸墻發(fā)現(xiàn)：本工程不帶消浪孔沉箱幾乎無表面裂縫，帶消浪孔沉箱出現(xiàn)裂縫發(fā)育，由此可得出結(jié)論，本工程沉箱胸墻裂縫產(chǎn)生的主要原因?yàn)檫M(jìn)入消浪孔的波浪頂托力及空氣壓縮產(chǎn)生對(duì)沉箱蓋板的浮托力作用。

3 裂縫處理措施

3.1 裂縫的分類及處理

當(dāng)裂縫寬度小于0.3 mm，且裂縫細(xì)而深時(shí)，宜采用甲基丙烯酸酯類漿液或低粘度環(huán)氧樹脂漿液灌漿；裂縫寬度大于或等于0.3 mm 時(shí)，宜采用環(huán)氧樹脂漿液灌注。

表1 面層裂縫分級(jí)

本工程胸墻混凝土面層大部分出現(xiàn)的裂縫屬于0.2 mm 以下的裂縫，局部裂縫超過0.2 mm，低于0.5 mm。經(jīng)項(xiàng)目部討論研究，采用如下處理方案：

采用改性環(huán)氧樹脂灌漿材料進(jìn)行灌漿修補(bǔ)。若裂縫修補(bǔ)后未發(fā)現(xiàn)開裂及裂縫擴(kuò)大現(xiàn)象，其他區(qū)域再出現(xiàn)裂縫按此方法處理。

表2 注漿材料性能指標(biāo)

3.2 裂縫修補(bǔ)工藝

1）使用改性環(huán)氧化學(xué)灌漿液注漿

改性環(huán)氧化學(xué)灌漿液是一種低粘度、高強(qiáng)度的改性環(huán)氧樹脂補(bǔ)強(qiáng)化學(xué)灌漿材料。在催化劑作用下相分離而呈海島狀態(tài)結(jié)構(gòu)，具有橡膠相改性環(huán)氧樹脂效果。它具有強(qiáng)度高、粘度低、放熱少、適用期長、灌注工藝簡單等特點(diǎn)，特別適合于灌注裂縫。本工程胸墻混凝土裂縫已通過第三方檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)裂縫部位進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)識(shí)記錄，按如下措施對(duì)裂縫進(jìn)行封堵處理。處理工藝如下：

按3:1 的配膠比例將A、B 材料加入潔凈干燥容器中，攪拌至色澤均勻一致即可。當(dāng)每次配膠量較大時(shí)，采用攪拌機(jī)械拌和，并確保容器邊緣、底部完全攪拌均勻。

每次配膠量不宜過大，以能完全攪拌均勻并在可操作時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。隨著溫度升高、配膠量加大，可操作時(shí)間會(huì)相應(yīng)縮短。

灌縫膠注入裂縫時(shí)，可采用無壓和壓力注入兩種方法，當(dāng)裂縫深度小于20 cm 時(shí)，采用無壓注入法，當(dāng)裂縫深度大于20 cm 時(shí)，采用壓力注入法。

無壓注入方法：將配比好的灌縫膠用注射器（醫(yī)用注射器即可）沿裂縫緩緩注入，灌縫膠自然滲透到裂縫中，如有滲透不飽滿的裂縫可二次注入，直至把裂縫灌滿，完成后，使用比原混凝土高一標(biāo)號(hào)砂漿復(fù)原混凝土表面并做打磨處理。

壓力注入法：配備壓力注膠器、底座、堵頭及專用環(huán)氧封縫膠。用鋼絲刷將裂縫刷干凈，并吹去浮塵。在裂縫每30～50 cm 左右粘上底座（用封縫膠粘住即可），把配比好的封縫膠將裂縫覆蓋住，沿裂縫涂刷一層肥皂水，從注膠器通入壓縮空氣。若肥皂水起泡，說明起泡處封閉不嚴(yán)，立即擦去肥皂水，并用速凝膠封堵密實(shí)。待封縫膠封閉完成后，把裝有封縫膠的注膠器固定到底座上即可，注漿壓力0.25 MPa，灌縫完成后，用堵頭堵住底座。封縫膠實(shí)干后把底座、堵頭拆除。使用比原混凝土高一標(biāo)號(hào)砂漿復(fù)原混凝土表面并做打磨處理。

圖1 面層裂縫修復(fù)

2）胸墻裂縫表層10 cm 鑿除

施工流程：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→混凝土鑿除清理→鋼筋加工、制作、綁扎→模板支立→自檢合格→驗(yàn)收合格→砼澆筑→拆模養(yǎng)護(hù)。

對(duì)胸墻表面存在裂縫區(qū)域使用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除，鑿除深度為10 cm，鑿除時(shí)首先采用墨盒彈出鑿除邊線，再用切割機(jī)開縫約6 cm 厚，然后開始用風(fēng)鎬進(jìn)行鑿除，鑿除時(shí)控制好切割機(jī)和風(fēng)鎬進(jìn)入深度，應(yīng)盡量避免破壞原有鋼筋網(wǎng)，避免混凝鑿除超過設(shè)計(jì)底面線和立面的邊界線。

鑿除完成后，將表面殘?jiān)謇硗瓿?，上部放置縱橫間距15 cm 的Ф 6.5 鋼筋網(wǎng)片，保護(hù)層厚度不小于5 cm。

澆筑混凝土前，潤濕新老混凝土結(jié)合面，鋪一層比胸墻混凝土高一標(biāo)號(hào)的砂漿再使用同標(biāo)號(hào)細(xì)石混凝土進(jìn)行澆筑。使用35 型振搗器對(duì)新澆筑混凝土進(jìn)行振搗，施工過程加強(qiáng)對(duì)振搗工藝的控制，避免漏振或過振。

澆筑完成后，及時(shí)覆蓋土工布灑水養(yǎng)護(hù)，避免表層水分散失造成干縮裂縫。

裂縫修補(bǔ)完成后，及時(shí)通過第三方檢測(cè)公司使用超聲波測(cè)定檢驗(yàn)方法進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)。超聲波測(cè)定檢驗(yàn)是一種非破壞性的內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)方法，根據(jù)構(gòu)件修補(bǔ)前后波形和波速的變化情況對(duì)修補(bǔ)質(zhì)量做出評(píng)定。

4 裂縫控制措施

4.1 設(shè)計(jì)方面

1）優(yōu)化設(shè)計(jì)

在各預(yù)埋件及預(yù)埋管件等應(yīng)力集中位置增設(shè)鋼筋網(wǎng)片或鋼筋加密；在面層增設(shè)Ф6.5 mm 鋼筋網(wǎng)片，通過鋼筋握裹力減少應(yīng)力集中對(duì)混凝土的破壞，減少裂縫出現(xiàn)幾率。

2）優(yōu)化混凝土配合比

鑒于水泥用量較大，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，通過優(yōu)化混凝土配合比，調(diào)整外加劑的摻加數(shù)量，適當(dāng)減少水泥用量并摻加粉煤灰及礦粉，降低水化熱，并嚴(yán)格控制混凝土水灰比及出倉坍落度，要求現(xiàn)場(chǎng)坍落度滿足施工機(jī)械要求及混凝土攤鋪流動(dòng)性即可。

3）預(yù)留通氣孔

在沉箱及蓋板上預(yù)留通氣孔，并連通至沉箱前倉和胸墻頂部，釋放空氣壓縮力，且根據(jù)壓縮空氣的消散影響適度增加通氣孔的布置數(shù)量。

4）封堵消浪孔

波浪進(jìn)入消浪孔內(nèi)呈發(fā)散卸力狀態(tài)，受力角度、大小難以模擬，且波浪進(jìn)入消浪孔內(nèi)的角度、大小、潮高不同，對(duì)腔內(nèi)空氣的壓縮受力也不同，無法通過局部加強(qiáng)解決波浪沖擊及空氣壓縮對(duì)上部沉箱蓋板的震動(dòng)影響。為減小通過消浪孔進(jìn)入沉箱的波浪對(duì)沉箱蓋板頂托力，采用鋼模板對(duì)沉箱消浪孔外部進(jìn)行封堵，保證上部胸墻混凝土在凝固、養(yǎng)護(hù)、滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度前不受消浪孔浮托力的影響，避免混凝土裂縫發(fā)育。

5）增加蓋板穩(wěn)定性

將蓋板伸出鋼筋全部進(jìn)行焊接連接，增加蓋板整體穩(wěn)定性，同時(shí)建模驗(yàn)算沉箱蓋板的自重，要求按照極端波浪情況計(jì)算浮托力的影響，保證蓋板重量能夠安全壓住波浪浮托力，避免震動(dòng)對(duì)混凝土的影響及后期使用功能。

4.2 施工方面

1）胸墻分層澆筑

首先將沉箱護(hù)舷位置一次性澆筑完成，胸墻面層鋼筋綁扎前再將沉箱蓋板間混凝土澆筑完成，保證蓋板整體性，蓋板以上分兩次澆筑，第一次澆筑50 cm，待強(qiáng)度上升后，再進(jìn)行第二次50 cm 面層澆筑，并注意分層澆筑的胸墻施工縫的處理。

圖2 胸墻分層澆筑示意圖

2）合理確定澆筑時(shí)間

胸墻面層澆筑應(yīng)選擇天氣良好、涌浪較小的落潮時(shí)段開始，隨著落至低潮再到高潮的10 h 左右，混凝土強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，減少波浪對(duì)混凝土震動(dòng)影響。

3）對(duì)混凝土原材料進(jìn)行嚴(yán)格控制

對(duì)砂的含泥量及粒徑、石子粒徑進(jìn)行控制，減少混凝土收縮。同時(shí)摻入減水劑、緩凝劑和引氣劑等外加劑以改善混凝土性能，并在面層混凝土中摻加聚丙烯纖維，進(jìn)一步提高混凝土抗裂能力。

4）加強(qiáng)混凝土澆筑過程控制

技術(shù)員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督控制，試驗(yàn)員加強(qiáng)混凝土坍落度及入模溫度檢測(cè)控制。嚴(yán)格按照混凝土施工規(guī)范要求進(jìn)行施工，加強(qiáng)混凝土振搗，防止漏振，振搗時(shí)間均勻一致以表面泛漿為宜；間距要均勻，振搗范圍重疊二分之一；澆筑時(shí)要求分層澆筑、分層振搗，保證混凝土上層、下層結(jié)合緊密；壓面時(shí)進(jìn)行多次壓面。

5）分縫

混凝土澆筑完成后，及時(shí)對(duì)碼頭面層進(jìn)行切縫處理，同時(shí)嚴(yán)格控制模板拆除時(shí)間與拆模工藝，嚴(yán)禁混凝土強(qiáng)度較低時(shí)受到擾動(dòng)或荷載。

6）養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)，及時(shí)覆蓋土工布進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，保持濕潤，減小水化熱對(duì)混凝土裂縫的發(fā)育影響。

5 結(jié)語

通過以上措施，帶消浪孔沉箱上的碼頭胸墻裂縫得到了很好地控制。本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了帶消浪孔沉箱上的碼頭胸墻裂縫發(fā)育的成因，得出了帶消浪孔沉箱易導(dǎo)致上部胸墻產(chǎn)生裂縫的結(jié)論，并提供了帶消浪孔沉箱碼頭胸墻裂縫控制的思路，對(duì)不同的裂縫類型提出相應(yīng)的處理措施，從設(shè)計(jì)、施工兩方面提出相應(yīng)的預(yù)防措施，為有類似情況的其他工程提供了有利參考。

在工程建設(shè)行業(yè)中，混凝土澆筑是常見工藝，混凝土的裂縫控制直接影響著碼頭結(jié)構(gòu)質(zhì)量與表觀質(zhì)量，設(shè)計(jì)單位應(yīng)積極評(píng)估消浪孔對(duì)港池內(nèi)波穩(wěn)情況的作用，盡量優(yōu)化消浪孔沉箱的設(shè)計(jì)，減少不必要的裂縫產(chǎn)生。同時(shí)，施工單位應(yīng)積極采用科學(xué)的施工工藝，嚴(yán)格控制因各種原因產(chǎn)生的裂縫，保證碼頭工程施工質(zhì)量，從而真正實(shí)現(xiàn)建一個(gè)碼頭，樹一座豐碑，從整體上推進(jìn)港口建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。