集裝箱碼頭混凝土面層裂縫施工質量控制的研究

虞善國 舟山市港航事業發展中心

1.工程背景

1.1 工程概況

某集裝箱碼頭工程為5個7-10萬噸級集裝箱泊位，兼顧15萬噸集裝箱專用船舶，碼頭總長1774m，寬59m，引橋7座。本工程一階段745m長碼頭（1個7萬噸級和1個10萬噸級共兩個泊位）及配套工程已于2018年12月通過竣工驗收。施工內容為第十～二十二分段，4#-7#引橋，包括長1009m、寬59m碼頭平臺一座，長178m、橋面寬25m引橋兩座（4#、5#引橋），長196m、橋面寬18m引橋一座（6#引橋），長44m、橋面寬18m引橋一座（7#引橋），以及相應的配套附屬設施。

1.2 技術背景

混凝土面層施工中經常產生的質量問題多發生于平整度、相鄰板高差、強度、裂縫、板厚等上。尤其是在使用期間因外部荷載的影響，此類質量問題往往會變得更加突出，輕則會對碼頭的觀感度產生影響，重則會對面層結構的使用時長與使用安全形成威脅。

依照某集裝箱泊位碼頭工程的混凝土面層施工質量問題可知，在調查發現的多達3萬m2的混凝土面層施工質量問題，其中以裂縫問題最為突出，在總面積中裂縫缺陷率的占比高達4.28%；板厚不足位列其次，其處理面積達到了0.58%；相鄰板高差緊隨其后，其處理面積是0.31%；而其他問題的處理面積是0.07%。該集裝箱泊位碼頭混凝土面層施工質量問題主要是裂縫缺陷率過高，在所有質量問題中的占比達到了42%。所以，在某集裝箱泊位碼頭工程混凝土面層施工工作的過程中，必須在施工期間強化力度嚴控碼頭混凝土面層裂縫，確保碼頭使用的持久性，提高碼頭的觀感質量及其混凝土面層驗收的合格率。

圖1 集裝箱泊位碼頭效果圖

2.裂縫施工質量控制的要點

2.1 混凝土養護的控制要點

因本工程是在夏季進行施工的，夏季氣溫偏高，再加上海邊多大風天氣，澆筑混凝土面層之后水分易迅速蒸發，產生面層脫水問題，這對混凝土面層表層發生水化反應極為不利，且會影響到表層強度。此外，水分的飛快流失會導致混凝土面層出現明顯收縮，形成許多裂縫。所以在澆筑混凝土面層時，一定要在澆筑結束后立馬實施混凝土養護，避免產生干縮裂縫。

在夏季施工時，施工現場的平均氣溫為30℃，白天溫度最高有38℃。對于混凝土面層，選取淡水浸泡養護方式，每隔四小時補充一次淡水，將養護時間設置成半個月，安排專人進行養護，將養護記錄表的內容補充完整，把養護期的成品養護工作做到位，保證養護質量符合有關要求。但是具體要養護多久，則應結合工程的實際情況及施工期間的氣溫確定。

2.2 水泥用量的控制要點

由于水泥市場的迅猛發展，盡管更易確保混凝土面層強度達標，然而混凝土面層放熱速率太快，太早劣化的問題比較突出，且會產生許多后期裂縫。盡管人類無法使水泥市場的發展規律發生變化，但可對水泥用量進行合理調配，減小混凝土面層放熱速率與混凝土面層裂縫。結合現場試驗結果與以往工程積累的經驗，要基于確保設計強度達標之上合理地調整水泥用量與混凝土配合比，同時可考慮將粉煤灰、減水劑與礦粉等摻入其中，能有效緩解水化熱問題，提高混凝土的抗裂性能，降低裂縫的形成幾率，具體看表1所示。

依照配合比試驗，對不同水泥用量條件下的混凝土工作性能進行對比，得出以下幾方面結論：

①配合比B水泥用量是最合適的，選用的原材料、坍落度、摻量與和易性都符合施工的有關標準與要求，內表溫差不大，通過試驗之后混凝土表面產生的裂縫偏少，同時實測彎拉強度符合有關設計規范。

② 配合比A水泥摻量比相對更大，水化熱高，通過澆筑之后，混凝土內外有較為顯著的溫度差異，混凝土面層會產生許多裂縫，彎拉強度不符合設計規范，缺乏經濟性。

③配合比C水泥使用量不多，粗骨料較高，盡管裂縫較少，然而實測混凝土彎拉強度恰巧符合設計規范，富裕系數偏小，無法有效確保混凝土面層彎拉強度質量。

盡管將水泥用量下調能在一定程度上使混凝土面層的水化熱問題得到改善，抑制裂縫的形成。然而若大幅度減少水泥用量也會產生反作用，無法有效確保混凝土彎折的強度。相較于過去的工程，本工程水泥用量不多，混凝土坍落度偏大，現場施工難度系數相對更低。為提高施工便捷性，將坍落度設置得更高的話，會導致混凝土的水分在凝固期間迅速變少，使混凝土面層裂縫問題變得更加突出。結合現場各方面因素以及若干次試驗之后，筆者最終把混凝土坍落度設置為7cm-9cm，可大幅度緩解混凝土面層的開裂問題。綜上，選擇B為最佳施工配合比。

2.3 割縫的控制要點

在控制集裝箱碼頭混凝土面層裂縫時，應靈活采取以抗為主、放為輔、抗放結合的策略。其中抗指的是限制裂縫的形成，放指的是主動促使其形成割縫。在施工期間，應從割縫深度與割縫時間入手對混凝土面層裂縫缺陷率進行管控，表2具體地列出了割縫控制統計結果。

由上可知：首先，割縫時間太早，混凝土無法充分凝固，在割縫期間切割機的振動會對振動區域中的混凝土面層形成破壞，導致裂縫問題變得更加突出，甚至會對混凝土面層強度形成影響。割縫時間太晚，則不會起到顯著的切縫效果。

表1 R5.0現澆混凝土配合比試驗的統計結果

表2 割縫控制統計結果

表3 控制效果的調查結果

其次，割縫深度太淺，在水化反應期間混凝土形成的應力無法全面釋放出來，無法實現割縫；割縫深度太深，會導致切割時間增加，振動會導致附近形成裂縫，面層結構的受力受到影響。

經過對混凝土面層的割縫深度與時間進行嚴控后，將割縫深度設置成0.1m，割縫時間約為50h，如此可盡可能地防止出現割縫深度不到位、混凝土錯失最佳割縫時機等問題。

3.裂縫施工質量控制效果

某集裝箱泊位碼頭工程的混凝土面層施工工作結束后，對施工區域2.25萬m2的混凝土面層施工質量問題展開調研，結果見表3所示。

站在經濟的角度上考慮，該工程混凝土面層修復面積有且只有855m2，較以往工程下降了2.61個百分點，共減少了12萬元的損失。

4.結論

①在碼頭混凝土面層施工間，要合理調整水泥用量，待完成混凝土面層澆筑工作后，一定要結合養護方法與季節等及時實施養護，同時要合理管控割縫深度與割縫時間。

② 要想確保碼頭混凝土面層施工質量，關鍵在于能否控制并減少裂縫。經過對碼頭混凝土面層裂縫進行分析后發現，某集裝箱泊位碼頭工程混凝土面層的裂縫缺陷率較過去有所下降，碼頭混凝土面層的耐久性、觀感質量得到了大幅提升，相關維修費用較過去有所減少。