基于桩基架空面板结构码头面层现浇混凝土裂缝的探索

段家红

(云南省港航投资建设有限责任公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

随着我国社会经济不断演变，不仅在经济与文化领域有了突飞猛进趋势，在基础设施建设方面也日新月异，其中码头的建设，尤其在沿江、沿海城市交通网建设中，码头已经成为重要的交通设施和水陆交通链接重要点，也是云南省“五网”建设中水路网的关键一环。但该类型的码头由于混凝土体积较大，难以避免的会产生裂缝，随着国内一些学者对该质量问题的研究，并取得了显著的科研成果，如张伟，张怡戈等介绍了码头地面混凝土裂缝主要是由混凝土的温度应力和收缩变形的综合作用引起的拉应力超过混凝土抗拉强度而导致。如顾祥奎，王晓晖，庄骅介绍了为减少和控制码头现浇面层裂缝，从设计、施工、原材料等方面对裂缝产生的机理进行分析，并提出通过优化原材料质量减少混凝土收缩量的技术路径和量化要求以及通过完善施工过程管理减少混凝土干燥裂缝的技术措施，达到控制码头面层裂缝目的。黄沛，金秀坤，王新刚介绍了码头面层混凝土程施工期间非常容易出现裂缝，裂缝过多、过大会影响正常的生产使用，还会增热维修费用和降低耐久性，在码头面层裂缝现状调查检测的基础上，结合试验和温度、干缩应力计算，对码头面层混凝土裂缝原因进行了深入分析，提出了裂缝控制技术措施。但由于码头施工条件及地面混凝土的面积较大，要想完全不产生裂缝是不可能的，但我们可以通过一系列措施可以把裂缝的数量、宽度和深度控制到最小程度。本文依据大具码头的桩基架空面板结构为例，现结合云南省在建的水工码头进行案例分析，云南省金沙江、澜沧江在建码头结构形式主要分为几个类型，重力式码头、板桩码头、高桩码头以及混合式码头等，中、高桩基架空面板结构码头适用在地基情况较差以及水位变化幅度略大水域，同时也是我国采取最为普遍的码头结构形式，通过优化施工过程管理，避免混凝土干燥裂缝技术分析，从而使码头达到控制面层裂缝目的。

1 工程概况

金沙江发源于青海境内唐古拉山脉的格拉丹冬雪山北麓，是西藏和四川的界河。它在江达县和四川的石渠县交界处进入昌都地区边界，经江达、贡觉和芒康等县东部边缘，至巴塘县中心线附近的麦曲河口西南方小河的金沙汇口处入云南，然后在云南丽江折向东流，为长江上游。金沙江全长2 316 km，流域面积34万km2。而本文案例为500 t/320客位/30 m级的大具码头，该码头属于采用桩基架空结构，采用φ1 200和φ1 400灌注桩，根据地形和水位条件，排架间距7.0～10.0 m，每榀排架由2根桩组成，排架桩基之间设置纵横向联系撑。码头上部结构由横梁和连续板组成。施工水位以下采用钢横梁和预制安装实心板，两跨预制板端部以及横梁之间预留现浇节点，施工水位以上采用现浇钢筋混凝土横梁和连续板，采用现浇面层的结构。航道流经区域地势均为“V”型峡谷，交通闭塞，气温及相对湿度等相差很大。在码头施工过程中，要特别注意预防和应对汛期雨水带来的破坏和影响和温差对混凝土强度的影响。

2 码头面层裂缝分类

(1)龟裂的形式呈现网状分布，细而浅的外形，长短不一，粗细不一。

(2)由于收缩或者温度变化等原因引起的混凝土表面的结构处出现局部应力的裂缝，包括码头面层的孔洞、横梁拼缝等处，一般为规律性出现。长度和宽度大于龟裂型的裂缝。

(3)大体积混凝土由于设计中验算不足或者是配筋等的问题产生结构受力的贯通性裂缝，宽度较大，水工结构不稳定。

3 现浇层面裂缝产生的原因

裂缝的性状不同，是由于受力的原因以及混凝土收缩和混凝土施工质量等引起的。桩基架空面板结构码头的设计优越结构性的受力设计问题，因此裂缝的产生是不可避免，特别码头面层龟裂现象，如图1所示。是困扰码头工程的问题，克服难度较大。因此应加大研究力度。当混凝土结构产生变形超过了混凝土所允许极限变形时，或者结构产生的拉应力大于混凝土抗拉强度，结构就会产生裂缝。通过该码头面层混凝土裂缝情况从现场调研、分析认为，裂缝的产生主要是由水化热温升和收缩引起，下面分别计算由温度变化和收缩所引起的应力。

图1 层裂缝分布图

3.1 温度应力的计算

在桩基架空面板结构码头面层混凝土结构施工时，一般采取水泥与水化热反应的温度应力情况，通过研究使用有限元软件Midas FEA来部析码头面层混凝土实际大小体积，如图2分析模型所示。通过计算得出，码头面层混凝土表层应力值如图3(a)示意，中间温度应力如图3(b)示意。以此从图中计算结果得出，码头面层混凝土中间应力偏小于容许拉应力，然而混凝土表层应力在3(b)之间和容许拉应力偏为挨近，也是小于容许拉应力。所以从中可以得出，温度应力有独立效果，对码头面层混凝土带来裂缝的几率一般偏小。

图2 码头面层混凝土有限元模型

图3 码头面层混凝土表面和中心温度应力

3.2 收缩应力计算

该工程中，码头中混凝土实际配筋吨数偏小，对此混凝土的收缩采取计算公式(1)

εy(t)=3.24×10-4M1M2(1-e-0.01t)

式中εy(t)-任意时间的收缩，t-以天为单位；M1M2……、Mn考虑各种非标准条件的修正系数，参见文献中表2～1至2～5。为此混凝土应力的数值和弹性模量成对比，固弹性模量演算精度也影响到应力演算结果的精度，所以依据弹性模量演算公式采取复合指数式(2)

E(π)=E0(1-e-aπb)

由收缩引起的应力计算结果如表1所示。

表1 码头面层混凝土收缩应力

以码头面层混凝土表层点温度应力与中心点应力分开和收缩应力迭加温度、收缩应力与混凝土抗拉硬度对比如表2、表3所示。

表2 码头面层混凝土表层单温度应力+收缩应力与抗拉硬度

表3 码头面层混凝土中心点温度应力+收缩应力与抗拉硬度

根据以上分析演算结果得知，码头面层混凝土表层点温度应力与收缩应力合为第三天时间开始大于混凝土的抗拉硬度，和码头面层混凝土呈现裂缝时间保持相同。

4 结 论

本文依托大具水运工程码头的现浇面经过一段时间的浇筑，浇筑分条裂缝的几率一般偏小。通过实际施工，混凝土裂缝一般由温度应力与收缩变形而综合作用下引起的拉应力超越混凝土的抗拉硬度而形成的。由于码头地面面积宽阔，混凝土面积也大，不出现裂缝那是难以实现的，我们只有通过在混凝土拌制上加强稳定性，采用分段浇筑的方法提高浇筑质量；控制原材料的品种和质量，尤其是在混凝土配合比上要注意水泥用量和拌合水的用量，尽可能的把裂缝数量、宽度与深度监控到最小的程度。