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关于港区高桩码头面层局部裂缝 产生原因及处置措施
2017年04月25日   文章作者: 郭伟楠
文章来源:本站原创  内容分类: 陆桥文库

 

    摘要:“裂缝”在港区码头面层表面出现较为常见,但有必要采取适当的措施加以约束,避免有害裂缝的产生。结合码头实际的生产情况,应分区域,有计划的对码头面层进行局部维修改造,改造前,拟定好方案,实施过程中要管理科学,安排有序,并积极采取有效措施,提升码头的维修质量,减少码头面层有害裂缝的产生。本文主要结合维修方案的选择及工作实践,探讨港区高桩码头混凝土面层局部裂缝的产生原因及处置措施。
        关键词:裂缝产生原因   裂缝处置措施
     
     
     
      
    一、高桩码头的基本概况
    天津港位于环渤海区域,是全国最大的人工港,港区分为东疆港、北疆港、南疆港、临港及南港部分区域,散货装卸服务主要分布于南疆港区,伴随“南散北集”的港口规划,南疆港区将主要以承接油品、煤炭、焦炭及矿石等散货为主,北疆港区将不再进行散货装卸服务。
    目前,除专业化煤炭及铁矿石码头以外,天津港南疆港区主要以通用散货码头为主,现在南疆港区正在建设的南27#码头即为通用散货码头。考虑施工技术相对成熟,多年以来,港口建设大多选用高桩码头的结构形式。参照图纸,高桩码头主要由桩基、上部结构(含码头面层)、接岸结构三个部分组成。
    1、桩基。采用钢管桩、大管桩或PHC 桩、预应力或非预应力混凝土方桩、灌注桩或嵌岩桩。前承台主要采用叉桩和直桩混合布置的结构。
    2、上部结构(含码头面层)。采用梁板式结构、板式结构、墩式结构。根据预应力情况可以分为预应力结构和非预应力结构,在预制混凝土面板上现浇混凝土面层。
    3、接岸结构。最常见的形式为斜坡式结构,主要是适应高桩码头地基比较软弱,又为避免过陡边坡造成码头位移、桩基损坏。接岸结构也有采用直立式结构的。一般采用板桩、板桩卸载平台、或重力式结构如挡土圆筒等方案。
    二、码头面层裂缝产生的部位及原因
    (一)、码头面层裂缝产生的部位
    经天津港及周边港口了解,码头面层表面开裂现象较为常见,除面板局部区域产生干缩裂缝及龟裂以外,大部分面板裂缝主要发生于板缝之间,裂缝属于不规则分布。考虑载货车辆属于流动荷载,载重量均为60-90t之间,车辆通行频繁,较长时间对码头面层进行碾压,且洒水车一天多次喷洒,面层混凝土长期处于干湿的状态,面板伸缩缝张拉应力较为集中,因此,应注重对板缝之间薄弱部位的处置。
    (二)、面层裂缝产生的原因
    1、收缩裂缝
    码头面层维修改造后,常见的收缩裂缝,主要体现为硬化收缩、塑性收缩和失水收缩三种情况。混凝土浇筑后,出现的裂缝有粘着裂缝和水泥石裂缝,粘着裂缝主要是在混凝土干燥硬化的水化过程中,由于水泥石、骨料的干缩系数不同,在水泥石与骨料间产生极为微细的裂缝,当混凝土受温湿作用,产生内力时,粘着裂缝就慢慢扩大,深入附近的水泥石,而在混凝土面层产生网状连续的裂缝。
    在没有外部荷载作用时,码头面层改造后,重新出现的裂缝主要是混凝土自身的收缩变形超过了其拉伸极限而引起的,而引起该变形的因素有组成材料的性质、水灰比、外界约束、时间及环境温湿度等。
    (1)、硬化收缩,混凝土收缩过程实际上是水泥和水发生水化作用的过程,在此过程中,混凝土的收缩变形可正可负,普通硅酸盐水泥混凝土的收缩变形是正的,即缩小变形,而矿渣硅酸盐水泥基掺粉煤灰混凝土的收缩变形是负的,即膨胀变形,对抵抗裂缝的产生有利。
    (2)、塑性收缩混凝土浇筑4-10h左右,水泥水化反应剧烈,水泥胶凝的晶体结构越来越多,出现泌水和水分急剧蒸发现象,引起失水收缩,这都发生在初凝过程,终凝以前。一般情况下,码头面层的顶面先干,内部后干,致使外部发生塑性收缩,而内部还未发生,这时就使面层顶部微小的单元体收到变形产生的拉应力作用。而此时混凝土处于凝结过程或硬化初期,抗拉强度极低,极易产生裂缝。
    (3)、失水干缩混凝土中含有大量的空隙,粗细毛细孔。这些空隙、毛细孔中存在着以物理力学结合水方式存在的自有水机以物流化学方式结合的吸附水。当环境干燥,太阳直射时,自有水先期蒸发,并且在细孔及微细毛细孔中产生毛细压力,水泥石承受毛细压力后产生压缩变形。待毛细水蒸发后,进一步蒸发吸附水,首先蒸发晶格间的水分,其次蒸发分子层中的吸附水。因为砂、石的压缩率低,水泥石的压缩率高,所以这些水分的蒸发引起显著的水泥石压缩,产生混凝土干缩变形的主要部分,也即码头面层裂缝的主要原因。
    2、龟裂裂缝
    龟裂属于码头面层裂缝中的一种,此类裂缝细小、数量多、不规则,往往遍布整个码头面层,出现的时间有早有晚,有的两三天内就出现,有的则在维修改造1年后变得较为明显,严重影响码头观感性。
    (1)、混凝土约束性龟裂
    钢筋混凝土预制面的现浇面层收缩的约束力较大,当面层收缩变形较大时,就容易产生约束性龟裂。现浇面层混凝土中存在多余的游离水,水分蒸发后混凝土表面与内部变形不一致,导致约束性龟裂产生。现浇面层混凝土坍落度过大、可塑性差,一经振捣,混凝土中石子下沉、水泥砂浆上浮,导致混凝土面层材料上下不均匀,混凝土硬化后上下收缩不一致,产生约束性龟裂裂缝。
    (2)、混凝土不均匀性龟裂
    混凝土所用的砂石中杂质(如泥土、粉尘、有机物等)含量过大、砂石级配不良或粗骨料粒径过大,拌制混凝土时计量不准确,混凝土时干时稀等原因导致混凝土均匀性差而产生不均匀性龟裂。混凝土振捣时布点不均匀,振捣时间不一致,使面层混凝土而产生不均匀性龟裂。
    3、结构裂缝
    考虑码头流动车辆通行频繁,不断的对面层造成碾压,使伸缩缝张拉应力较为集中,因此,主要处理板缝之间的薄弱部位,在板缝处产生沿伸缩缝平行或斜向的部分裂缝。
    三、码头面层裂缝的处置措施
    1、制定好维修改造的方案
    (1)、面层维修拆除后,可以选用混凝土的形式,尽量在混凝土拌合过程中掺入聚丙烯纤维(按照1Kg/m3掺入),并采用真空吸水工艺,以提高混凝土面层综合质量水平,避免或减少码头混凝土面层裂缝的产生。
    (2)、面层维修拆除后,也可选用高强无压缩灌浆料与三菱石的混合材料(三棱石配重30%)的形式,替代混凝土材料。
    (3)、面层维修拆除后,如果选择混凝土浇筑,可以在拌合时适度掺入钢钎维,形成特殊性能的钢纤维混凝土,以提高混凝土面层综合抗拉强度。
    (4)、面层维修拆除后,在混凝土面层距顶面约30mm处铺设一层细钢丝保护网,以防止并约束混凝土开裂。考虑铺设双层钢筋对防止裂缝的产生没有明显的效果,因此,不建议放置双层钢筋。同时,考虑在板缝伸缩处适当加设钢筋支撑,以减少板缝受力不均匀等产生的裂缝。
    2、认真做好混凝土浇筑施工准备
    码头面层混凝土维修改造准备阶段,应依据规范标准,确定分条和锯缝位置,并结合现场实际情况绘制完整的面层分条和锯缝位置详图;要采用空压机等施工设备将浇筑面上的杂物、尘土等吹扫干净,提前24h铺好无纺布并洒水湿润,以减少面板对面层混凝土中水分的吸收,同时可以降低混凝土与空气间的温差,确保混凝土均匀干缩,避免面层裂缝产生。
    在浇筑和早期养护过程中,要确保混凝土面层与预制面板间紧密贴合,避免混凝土中由于预制面板布设不合理引起空鼓等不利现象发生,减少结构裂缝产生。
    3、提高混凝土面层的维修质量
    (1)、控制好混凝土浇筑速度,特别是气温较高时,浇筑、振捣、抹面三个环节要配合得当,不能脱节。在混凝土浇筑过程中,对于局部表面出现的泌水,用海棉或其他工具及时析出。完成后马上用塑料薄膜将混凝土表面覆盖,防止水分蒸发。
    (2)、混凝土搅拌时间要按照标准,保证混凝土的均匀性,水泥浆要将骨料充分包裹,水泥充分进行水化,这样既增大了内部空隙率,保证混凝土的强度,表面水泥砂浆要搅拌均匀,减小不均匀材料的胀缩作用会产生无规则网状裂缝。
    严格控制混凝土搅拌时间,不能太短或太长,搅拌时间太短易造成水泥浆与骨料不能充分包裹,降低混凝土的强度;搅拌时间太长会造成细骨料磨损,减少和易性,造成浇筑不均匀;一般自落式拌合机搅拌时间不小于2分钟,有条件情况下最好进行试拌,调整确定具体搅拌时间。
    (3)、混凝土浇筑速度不能太快,考虑码头面层较薄,单位面积上需要混凝土的数量较少,如果混凝土浇筑太快,振捣、抹面跟不上,就来不及全面振捣,使振捣不密实,混凝土沉陷、泌水;另一方面应避免人为加水,避免在混凝土内部产生不均匀的自由水,增加孔隙率,减少混凝土的干缩,避免裂缝的发生。
    (4)、经过多次压光抹面后,在混凝土初凝后,应先用塑料薄膜将混凝土表面覆盖养生。等混凝土终凝后,改用粘垫覆盖,并洒水湿润养护。
    (5)、在养护期内,要严禁车辆等重载对混凝土面层的破坏作用。 当混凝土面层达到一定强度后,应按照设计或相关技术规范要求对采取有效防护措施提高混凝土面层质量,不得堆放任何施工材料,防止任何外界对混凝土面层的破坏,确保混凝土面层具有较高质量水平。(6)、养护处置得当,因为码头面层较薄,面积较大,水分极易在阳光、风力作用下挥发。而早期混凝土抵抗变形的能力相对较弱,根据混凝土收缩的微观原理,必须降低其内部自有水和吸附水的蒸发速度,所以必须在混凝土结硬后就要进行恰当的养护。养护得当,水分就不会挥发太早,就不会使裂缝产生的过早。
    (7)、加强混凝土的早期养护,混凝土养护期间应重点加强混凝土的湿度和温度控制,尽量减少表面混凝土的暴露时间,及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖(可采用篷布、塑料布等进行覆盖),防止表面水分蒸发。暴露面保护层混凝土初凝前,应卷起覆盖物,用抹子搓压表面至少二遍,使之平整后再次覆盖,此时应注意覆盖物不要直接接触混凝土表面,直至混凝土终凝为止。
    四、总结
    高桩码头的维修质量的好坏直接决定了其使用寿命,在面层改造前营做好各工序的质量控制,完善施工工艺,提高施工效率,完善工程的安全管理,加强混凝土浇筑后的养护工作,在具体施工中要多观察、多比较、多分析、多总结,根据工程的不同情况,采取不同的方法进行,减少有害的裂缝发生。
     

     





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